JP5081339B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本願発明は液滴を吐出する記録ヘッドを備える画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液(液体)の液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)で構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、液体としての記録液(以下、インクという。)を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行なうものがある。
なお、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味し、捺染装置や金属配線を形成する装置なども含みものである。また、液体とは画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。
このような液体吐出方式の画像形成装置において、特に、液滴を吐出する記録ヘッドを搭載したキャリッジを往復移動させて、往路及び復路の双方向で印字を行うようにした場合、印字画像が罫線であるとき、往路と復路で罫線の位置ずれが発生し易いという問題がある。また、異なる色を重ねて画像を形成する場合にも、各色の着弾位置がずれることによって色ずれが発生するという問題がある。
そのため、一般的に、インクジェット記録装置などでは、罫線位置ズレ調整用のテストチャートを手動にて出力し、ユーザが最適値を選んで入力し、入力された結果に基づいて吐出タイミングの調整などを行うようにすることが行われているが、テストチャートの見方には個人差があり、また、操作に不慣れなためデータ入力ミスの発生などが考えられるので、逆に調整の不具合を招いてしまうことが考えられる。
従来、液体吐出方式の画像形成装置において、濃度ムラを補正するため、特許文献1には記録媒体や搬送ベルトなどにテストパターンを印字し、テストパターンの色データを読取り、この読取り結果に基づいてヘッドの駆動条件を変更して、濃度ムラの補正を行うことが記載されている。
特公平4−39041号公報
また、液体吐出ヘッドのノズル不良を検出するため、特許文献2には印字媒体の保持搬送部材上の所定領域にシアンインク、マゼンダインク及びイエローインクによる混合色ドットのテストパターンを形成し、この混合ドットをRGBセンサによって読取り、この読取り結果から吐出不良ノズルの検出を行うことが記載されている。
特許第3838251号公報
また、特許文献3には、ノズル欠を検出するノズル欠パターンと、インクの色ずれを検出する色ずれパターンと、記録ヘッドの位置を調整するヘッド位置調整パターンのいずれか一つあるいはこれらを組み合わせたテストパターンを、搬送ベルトの一部分に記録させるとともに、このテストパターンをCCDなどの撮像手段で読取り、この結果に基づいて補正を行うことが記載されている。
一方、トナー用いる電子写真方式の画像形成装置において、トナー像の濃度を検出するものとして、特許文献4には感光ドラム上にトナー像を形成し、トナー像の濃度を検出するための発光素子および受光素子を備え、受光素子は正反射光を受けるものと散乱光を受けるためのものを備え、それぞれ特性の異なるトナー像の濃度を個別に検知するものが記載されている。
特開平5−249787号公報
また、特許文献5には形成したトナー像からの正反射光及び拡散反射光を同時に検出可能なセンサによって検知した結果得られる出力を用いて、トナー付着量を検出するものが記載されている。
特開2006−178396号公報
しかしながら、上述した特許文献1ないし3に記載されているように、搬送ベルト上にテストパターンを形成してテストパターンの色を検出の色を検出し、あるいは、撮像しようとした場合、例えば搬送ベルトの色とインクの色の組合せによっては色の差が小さいため正確に読取ることが困難であるという課題がある。この場合、色検出を正確に行うためには、色ごとに波長を変化させた光源を使用して検出するなど、高価な検出手段を使用しなければならないという課題を生じる。例えば、搬送ベルトとして、表面の絶縁層と裏面の中抵抗層とで形成され、中抵抗層の導電性を得るためにカーボンが練りこまれているような静電ベルトを用いた場合、静電ベルトの外観上の色は黒となるため、色による反射や撮像手段による撮像だけでテストパターンを検出しようとすると、黒インクと見分けがつきにくくなり、高精度の検出を行うことができなくなる。
より具体的には、特許文献1の濃度ムラの補正を行う装置では、センサとして色の読取を行っているため、吐出するインク滴色と保持搬送部材の色が近い場合に検出精度が低下し、色毎にフィルタを通す必要があるためにセンサやフィルタの種類が増えてコストが高くなる。また、特許文献2のノズル不良を検出する装置では、RGBセンサによるため、吐出するインク滴色と保持搬送部材の色が近い場合に検出精度が低下し、検出精度を向上させようとすると、使用するインクと搬送部材の組合せが限られてしまうこととなる。更に、レーザー光を用いると、極めて限られた1点を走査することになるため、小さな異物や搬送部材上の傷の影響を受けやすくなるため検出精度が低下する。RGBセンサでは少なくともそれぞれの色を読取るための手段が必要であり、コストが高くなる。また、特許文献3の撮像手段を用いる装置では、特許文献2の場合と同様、吐出するインク滴色と保持搬送部材の色が近い場合の検出精度が低下し、また、2次元の画像として認識するために、一次元と比べると比較的高性能な処理システムが必要となりコストが高くなる、という課題を有している。
そこで、特許文献4、5に記載されている電子写真方式のトナー付着量を検出する方式を適用することが考えられる。しかしながら、トナーは粉体同士が接しても形状が維持されるため、トナーを矩形ライン上にこんもりと盛り上がるくらいに密集させた部分で読取りを行うことができる。これをこのまま液体吐出方式の画像形成装置に適用した場合、液滴は凝集してしまうことから、検出自体はできるもののノイズと大差ないレベルしか得られず、高い検出精度でテストパターンを検出ことができないという課題がある。
また、所謂インクが浸透する被記録媒体としての普通紙にテストパターンを形成して光学センサで読み取るようにした場合、インクが浸透して滲みが発生し、パターンがぼけることになり、正確に着弾位置を検出することができないという課題がある。
また、同じ色の液滴を吐出させる複数の記録ヘッドを搭載して、往路及び復路で印字を行うと、1つの記録ヘッドの往路及び復路での着弾位置ずれに比べて、同色の記録ヘッド間で着弾位置がずれる可能性が高く、このような同色複数ヘッド構成ではより高い精度での着弾位置ずれの補正が必要になってくる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、液滴で形成する着弾位置ずれ補正用調整パターンを高精度に検出できて、高精度な着弾位置検出と着弾位置ずれ補正を行えるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する記録ヘッドを備えて搬送される被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
撥水性を有する撥水性部材上に、独立した複数の液滴で構成され、着弾位置ずれを検出する最小項目毎のブロックパターンからなる調整用パターンを形成するパターン形成手段と、
前記撥水部材に光を照射する発光手段及び前記撥水部材上からの正反射光を受光する受光手段で構成される読取り手段と、
この読取り手段の読取り結果に基づいて前記記録ヘッドから吐出される前記液滴の着弾位置を補正する着弾位置補正手段と、を備え
前記調整用パターンを構成する前記独立した複数の液滴の外表面が丸みを帯びた状態で前記読取り手段の前記発光手段から光を照射して、
前記撥水性部材の表面の内の前記調整用パターンが形成されていない領域で前記照射された光を正反射させ、前記調整用パターンを形成した領域では前記独立した複数の液滴の丸みを帯びた外表面で前記照射された光を拡散反射させて、
前記読取り手段の前記受光手段で前記正反射される光を受光して前記拡散反射領域となる前記調整用パターンを読取る
構成とした。
本発明によれば、液滴の着弾位置を簡単な構成で高精度に検出して、液滴着弾位置ずれを高精度に補正することができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る画像形成装置の一例の概要について図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同画像形成装置の全体構成を示す概略構成図、図2は同装置の画像形成部及び副走査搬送部の平面説明図、図3は同じく一部透過状態で示す側面説明図である。
この画像形成装置は、装置本体1の内部(筺体内)に、用紙を搬送しながら画像を形成するための画像形成部(手段)2及び用紙を搬送するための副走査搬送部(手段)3等を有し、装置本体1の底部に設けた給紙カセットを含む給紙部(手段)4から用紙5を1枚ずつ給紙して、副走査搬送部3によって用紙5を画像形成部2に対向する位置で搬送しながら、画像形成部2によって用紙5に液滴を吐出して所要の画像を形成(記録)した後、排紙搬送部(手段)7を通じて装置本体1の上面に形成した排紙トレイ8上に用紙5を排紙する。
また、この画像形成装置は、画像形成部2で形成する画像データ(印刷データ)の入力系として、装置本体1の上部で排紙トレイ8の上方には画像を読み取るための画像読取部(スキャナ部)11を備えている。この画像読取部11は、照明光源13とミラー14とを含む走査光学系15と、ミラー16、17を含む走査光学系18とが移動して、コンタクトガラス12上に載置された原稿の画像の読取りを行い、走査された原稿画像がレンズ19の後方に配置した画像読取り素子20で画像信号として読み込まれ、読み込まれた画像信号はデジタル化され画像処理され、画像処理した印刷データを印刷することができる。
ここで、この画像形成装置の画像形成部2は、図2にも示すように、ガイドロッド21及び図示しないガイドレールでキャリッジ23を片持ちで主走査方向に移動可能に保持し、主走査モータ27で駆動プーリ28Aと従動プーリ28B間に架け渡したタイミングベルト29を介して主走査方向に移動走査する。
ここで、この画像形成装置の画像形成部2は、図2にも示すように、前側板101Fと後側板101Rとの間に横架した主ガイド部材であるキャリッジガイド(ガイドロッド)21と後ステー101B側に設けた従ガイド部材であるガイドステー22で、キャリッジ23を主走査方向に移動可能に保持し、主走査モータ27で駆動プーリ28Aと従動プーリ28B間に架け渡したタイミングベルト29を介して主走査方向に移動走査する。
そして、このキャリッジ23上には、それぞれブラック(K)インクを吐出する2個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド24k1、24k2と、シアン(C)インク、マゼンタ(M)インク、イエロー(Y)インクを吐出するそれぞれ1個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド24c、24m、24y(色を区別しないとき及び総称するときは「記録ヘッド24」という。)の計5個の液滴吐出ヘッドを搭載し、キャリッジ23を主走査方向に移動させ、副走査搬送部3によって用紙5を用紙搬送方向(副走査方向)に送りながら記録ヘッド24から液滴を吐出させて画像形成を行うシャトル型としている。
また、キャリッジ23には各記録ヘッド24に所要の色の記録液を供給するためにサブタンク25を搭載している。一方、図1に示すように、装置本体1の前面からカートリッジ装着部26Aに、ブラック(K)インク、シアン(C)インク、マゼンタ(M)インク、イエロー(Y)インクをそれぞれ収容した記録液カートリッジである各色のインクカートリッジ26を着脱自在に装着でき、各色のインクカートリッジ26から各色のサブタンク25に図示しないチューブを介してインク(記録液)を補充供給する。なお、ブラックインクは1つのインクカートリッジ26から2つのサブタンク25に供給する構成としている。
なお、記録ヘッド24としては、インク流路内(圧力発生室)のインクを加圧する圧力発生手段(アクチュエータ手段)として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどを用いることができる。
また、キャリッジ23の主走査方向に沿って前側板101Fと後側板101Rとの間に、スリットを形成したリニアスケール128を張装し、キャリッジ23にはリニアスケール128のスリットを検知する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ129を設け、これらのリニアスケール128とエンコーダセンサ129によってキャリッジ23の移動を検知するリニアエンコーダを構成している。
また、キャリッジ23の一側面には、本発明に係る着弾位置ずれの検出(調整パターンの読取り)を行うための発光手段及び受光手段を含む反射型フォトセンサで構成した読取り手段(検出手段)である読取りセンサ(DRESSセンサ)401を備え、このパターン読取りセンサ401によって後述するように搬送ベルト31上に形成された着弾位置検出用の調整パターンを読み取る。また、キャリッジ23の他側面には、搬送される被搬送部材の先端を検出するシート材検出手段であるシート材検知センサ(先端検知センサ)330を備えている。
さらに、キャリッジ23の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド24のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構(装置)121を配置している。この維持回復機構121は、5個の記録ヘッド24の各ノズル面24aをキャッピングするキャップ部材である、1個の保湿用を兼ねた吸引用キャップ122aと、4個の保湿用キャップ122b〜122eと、記録ヘッド24のノズル面24aをワイピングするためのワイピング部材であるワイパーブレード124と、空吐出を行うための空吐出受け125とが配置されている。また、キャリッジ23の走査方向の他方側の非印字領域には、空吐出を行うための空吐出受け126を配置している。この空吐出受け126には開口127a〜127eを形成している。
副走査搬送部3は、図3にも示すように、下方から給紙された用紙5を略90度搬送方向を転換させて画像形成部2に対向させて搬送するための、駆動ローラである搬送ローラ32とテンションローラである従動ローラ33間に架け渡した無端状の搬送ベルト31と、この搬送ベルト31の表面を帯電させるために高圧電源から交番電圧である高電圧が印加される帯電手段である帯電ローラ34と、搬送ベルト31を画像形成部2の対向する領域でガイドするガイド部材35と、保持部材136に回転自在に保持されて、用紙5を搬送ローラ32に対向する位置で搬送ベルト31に押し付ける加圧コロ36、37と、画像形成部2によって画像が形成された用紙5の上面側を押えるガイド板38と、画像が形成された用紙5を搬送ベルト31から分離するための分離爪39とを備えている。
搬送ベルト31は、DCブラシレスモータを用いた副走査モータ131によって、タイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ32が回転されることで用紙搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト31は、例えば、図4に示すように、抵抗制御を行っていない純粋な樹脂材、例えばETFEピュア材で形成した用紙吸着面となる表層31Aと、この表層31Aと同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層(中抵抗層、アース層)31Bとの2層構造としているが、これに限るものではなく、1層構造あるいは3層以上の構造でも良い。
また、従動ローラ33と帯電ローラ34との間に、搬送ベルト31の移動方向上流側から、搬送ベルト31の表面に付着した紙粉等を除去するためのクリーニング手段とし搬送ベルト31表面に当接する当接部材であるPETフィルムからなるマイラ(紙粉除去手段)191と、同じく搬送ベルト31表面に当接するブラシ形状のクリーニングブラシ192と、搬送ベルト31表面の電荷を除去するための除電ブラシ193とを備えている
さらに、搬送ローラ32の軸32aには高分解能のコードホール137を取り付け、このコードホイール137に形成したスリット137aを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ138を設けて、これらのコードホイール137とエンコーダセンサ138によってロータリエンコーダを構成している。
給紙部4は、装置本体1に抜き差し可能で、多数枚の用紙5を積載して収納する収容手段である給紙カセット41と、給紙カセット41内の用紙5を1枚ずつ分離して送り出すための給紙コロ42及びフリクションパッド43と、給紙される用紙5をレジストするレジストローラ対44とを有している。
また、この給紙部4は、多数枚の用紙5を積載して収容するための手差しトレイ46及び手差しトレイ46から1枚ずつ用紙5を給紙するための手差しコロ47と、装置本体1の下側にオプションで装着される給紙カセットや両面ユニットから給紙される用紙5を搬送するための縦搬送コロ48を備えている。給紙コロ42、レジストローラ44、手差しコロ47、縦搬送コロ48などの副走査搬送部3へ用紙5を給送するための部材は図示しない電磁クラッチを介してHB型ステッピングモータからなる給紙モータ(駆動手段)49によって回転駆動される。
排紙搬送部7は、副走査搬送部3の分離爪39で分離された用紙5を搬送する3個の搬送ローラ71a、71b、71c(区別しないときは「搬送ローラ71」という。)及びこれに対向する拍車72a、72b、72c(同じく「拍車72」という。)と、用紙5を反転してフェイスダウンで排紙トレイ8へ送り出すための反転ローラ対77及び反転排紙ローラ対78とを備えている。また、
また、1枚手差し給紙を行なうために、図1にも示すように、装置本体1の一側部側に、1枚手差し給紙トレイ141を装置本体1に対して開閉可能(開倒可能)に設け、1枚手差しを行なうときには1枚手差し給紙トレイ141を仮想線図示の位置に開倒する。この1枚手差し給紙トレイ141からの手差し給紙される用紙5は、ガイド板110の上面でガイドされてそのまま副走査搬送部3の搬送ローラ32と加圧コロ36との間に直線的に差し込むことができる。
一方、画像形成が行われた用紙5をフェイスアップでストレートに排紙するため、装置本体1の他側部側にストレート排紙トレイ181を開閉可能(開倒可能)に設けている。このストレート排紙トレイ181を開く(開倒)ことで、排紙搬送部7から送り出される用紙5を直線的にストレート排紙トレイ181に排紙することができる。
次に、この画像形成装置の制御部の概要について図5のブロック図を参照して説明する。
この制御部300は、CPU301と、CPU301が実行するプログラム、その他の固定データを格納するROM302と、画像データ等を一時格納するRAM303と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)304と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行なう画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC305とを含む、この装置全体の制御を司るとともに本発明に係る調整パターンの形成、調整パターンの検出、着弾位置調整(補正)などに関わる制御を司る主制御部310を備えている。
また、この制御部300は、ホスト側と主制御部310との間に介在して、データ、信号の送受を行なうための外部I/F311と、記録ヘッド24を駆動制御するためのヘッドデータ生成配列変換用ASICなどで構成されるヘッドドライバ(実際には記録ヘッド24側に設けられる。)を含むヘッド駆動制御部312と、キャリッジ23を移動走査する主走査モータ27を駆動するための主走査駆動部(モータドライバ)313と、副走査モータ131を駆動するための副走査駆動部(モータドライバ)314と、給紙モータ49を駆動するための給紙駆動部315と、排紙部7の各ローラを駆動する排紙モータ79を駆動するための排紙駆動部316と、帯電ベルト34にACバイアスを供給するACバイアス供給部319と、その他図示しないが、維持回復機構121を駆動する維持回復モータを駆動するための回復系駆動部、両面ユニットが装着された場合に両面ユニットを駆動する両面駆動部、各種のソレノイド(SOL)類を駆動するソレノイド類駆動部(ドライバ)と、電磁クラック類などを駆動するクラッチ駆動部と、画像読取部11を制御するスキャナ制御部325とを備えている。
また、主制御部に310は、搬送ベルト31の周囲の温度及び湿度(環境条件)を検出する環境センサ234などの各種検出信号を入力する。なお、主制御部310には、その他の図示しない各種センサの検出信号も入力されるが図示を省略している。また、主制御部310は、装置本体1に設けたテンキー、プリントスタートキーなどの各種キー及び各種表示器を含む操作/表示部327との間で必要なキー入力の取り込み、表示情報の出力を行なう。
また、この主制御部310には、前述したキャリッジ位置を検出するリニアエンコーダを構成するフォトセンサ(エンコーダセンサ)129からの出力信号が入力され、主制御部310は、この出力信号に基づいて主走査駆動部315を介して副走査モータ27を駆動制御することでキャリッジ23を主走査方向に往復移動させる。また、この主制御部310には、前述した搬送ベルト31の移動量を検出するロータリエンコーダを構成するフォトセンサ(エンコーダセンサ)138からの出力信号(パルス)が入力され、主制御部310は、この出力信号に基づいて副走査駆動部314を介して副走査モータ131を駆動制御することで搬送ローラ32を介して搬送ベルト31を移動させる。
また、主制御部310は、搬送ベルト31上に調整パターンを形成する処理を行い、形成した調整パターンに対し、キャリッジ23に搭載したパターン読取りセンサ401の発光手段を発光させる発光駆動制御を行うとともに、受光手段の出力信号を入力して調整パターンを読取り、この読取り結果から着弾位置ずれ量を検出し、更に着弾位置ずれ量に基づいて記録ヘッド24の液滴吐出タイミングを着弾位置ずれがなくなるように補正する制御を行う。なお、この詳細については後述する。
このように構成した画像形成装置における画像形成動作について簡単に説明すると、搬送ベルト31を駆動する搬送ローラ32の回転量を検出して、この検出した回転量に応じて副走査モータ131を駆動制御するとともに、ACバイアス供給部319から帯電ローラ34に交番電圧である正負極の矩形波の高電圧を印加し、これによって、搬送ベルト31には正と負の電荷が搬送ベルト31の搬送方向に対して交互に帯状に印加され、搬送ベルト31上に所定の帯電幅で帯電が行われて不平等電界が生成される。
そこで、用紙5が給紙部4から給紙されて、搬送ローラ32と第1加圧コロ36との間に送り込まれて、正負極の電荷が形成されることによって不平等電界が発生している搬送ベルト31上へと送り込まれると、用紙5は電界の向きにならって瞬時に分極し、静電吸着力で搬送ベルト31上に吸着され、搬送ベルト31の移動に伴って搬送される。
そして、この搬送ベルト31で用紙5を間歇的に搬送し、キャリッジ23を主走査方向に移動しながら停止している用紙5上に記録ヘッド24から記録液の液滴を吐出して画像を記録(印刷)し、印刷が行われる用紙5の先端側を分離爪39で搬送ベルト31から分離して排紙搬送部6に送り出し、排紙トレイ7に排出させる。
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ23は維持回復機構121側に移動されて、キャップ122で記録ヘッド24のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、吸引及び保湿用キャップ122aで記録ヘッド24をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド24のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード124でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを空吐出受け125に向けて吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド24の安定した吐出性能を維持する。
次に、この画像形成装置における液滴着弾位置ずれ補正制御に係わる部分について図6及び図7を参照して説明する。なお、図6は液滴着弾位置ずれ補正部を機能的に説明するブロック説明図、図7は同じく液滴着弾位置ずれ補正動作の機能的な流れの概要を示すブロック説明図である。
まず、キャリッジ23には、図7及び図9にも示すように、撥水性部材である搬送ベルト31上に形成される調整パターン(DRESSパターン、テストパターン、検出パターン)400を検知するパターン読取りセンサ401が備えられている。このパターン読取りセンサ401は、主走査方向と直交する方向に並ぶ、撥水性搬送ベルト31上の調整パターン400に対して発光する発光手段である発光素子402と、調整パターン501からの正反射光を受光する受光手段である受光素子403とをホルダ404に保持してパッケージ化したものである。なお、ホルダ404の出射部及び入射部にはレンズ405が設けられている。
なお、パターン読取りセンサ401内での発光素子402及び受光素子403は、図2に示すように、キャリッジ23の走査方向に対して直交する方向に配置している。これにより、キャリッジ23の移動速度変動による検出結果への影響を低減することができる。また、発光素子402としてはLEDなど赤外領域や可視光など比較的単純かつ安価な光源を用いることできる。また、光源のスポット径(検出範囲、検出領域)は高精度のレンズを使用せずに安価なレンズを使用するためにmmオーダーの検出範囲となっている。
調整パターン形成/読取り制御手段501は、着弾位置ずれ補正が指示されたときには、搬送ベルト31に対して、キャリッジ23を主走査方向に往復移動走査するとともに液滴吐出制御手段502を介して液滴吐出手段である記録ヘッド24から液滴を吐出させて、複数の独立した液滴500で構成される、図8に示すようなライン状の調整パターン400(400B1、400B2、400C1,400C1など)を形成する。なお、この調整パターン形成/読取り制御手段501は主制御部310のCPU301などで構成される。
また、調整パターン形成/読取り制御手段501は、搬送ベルト31上に形成した調整パターン400をパターン読取りセンサ401で読取る制御を行う。この調整パターン読取り制御は、キャリッジ23を主走査方向に移動させながらパターン読取りセンサ401の発光素子402を発光駆動して行う。具体的には、図7に示すように、主制御部310のCPU301によって発光制御手段511にパターン読取りセンサ401の発光素子402を駆動するためのPWM値が設定され、この発光制御手段511の出力が平滑回路512で平滑化されて駆動回路513に与えられることで、この駆動回路513が発光素子402を発光駆動して、搬送ベルト31上の調整パターン400に対して発光素子402からの出射光を照射させる。
パターン読取りセンサ401は、搬送ベルト31上の調整パターン400に発光素子402からの射出光が照射されることで、調整パターン400から反射される正反射光が受光素子403に入射され、受光素子403からは調整パターン400からの正反射光の受光量に応じた検知信号が出力されて着弾位置補正手段505の着弾位置ずれ量演算手段503に入力される。具体的には、図7に示すように、パターン読取りセンサ401の受光素子403からの出力信号を、主制御部310に含まれる(図5では図示省略)光電変換回路521で光電変換し、この光電変換信号(センサ出力電圧)をローパスフィルタ回路522でノイズ分を除去した後A/D変換回路523でA/D変換し、信号処理回路(DSP)524によってA/D変換したセンサ出力電圧データを共有メモリ525に格納する。
着弾位置補正手段505の着弾位置ずれ量演算手段503は、パターン読取りセンサ401の受光素子403の出力結果に基づいて調整パターン400の位置を検出して基準位置に対するずれ量(液滴着弾位置ずれ量)を算出する。この着弾位置ずれ量演算手段503で算出された着弾位置ずれ量は吐出タイミング補正量演算手段504に与えられ、吐出タイミング補正量演算手段504は着弾位置ずれ量がなくなるように液滴吐出制御手段502が記録ヘッド24を駆動するときの吐出タイミングの補正量を算出して、この算出した吐出タイミング補正量を液滴吐出制御手段502に設定する。これにより、液滴吐出制御手段502は、記録ヘッド24を駆動するときに、補正量に基づいて吐出タイミングを補正した上で記録ヘッド24を駆動するので、液滴着弾位置のずれが低減する。
具体的には、図7に示すように、CPU301によって実行される処理アルゴリズム526によって、共有メモリ525に格納されている例えば図7(a)に示すようなセンサ出力電圧Soから各調整パターン400(1つのラインパターンを「400a」とする。)の中央位置(A点)を検出し、基準位置(基準ヘッド)に対する当該ヘッドによる実際の着弾位置のずれ量を算出し、ずれ量から印字吐出タイミングの補正量を算出し、この補正量を吐出制御手段502に設定する。
そこで、本発明における調整パターン400について図10以降をも参照して説明する。
まず、本発明における着弾位置検出(パターン検出)の原理について説明する。液滴(以下「インク滴」とする。)に対して光を照射したときに液滴からの光が拡散する様子について図10を参照して説明する。
図10に示すように、被着弾部材600に着弾したインク滴500(着弾状態ではインク滴は半球状となる。)に対して入射光601が当たると、インク滴500が丸みを帯びた光沢表面であるため、大部分は拡散反射光602となり正反射光603として検出されるものは僅かとなる。しかしながら、図11に示すように、インク滴500は時間経過とともに乾燥するため表面から光沢が失われ、更に半球形状から徐々に平らになってくるため、正反射光603が生じる範囲及び割合が拡散反射光602に対して相対的に多くなる。したがって、正反射光603を受光素子403で受光するとき、図12に示すように、時間の経過と共にセンサ出力電圧は低下し、時間の経過共に検知精度が低下することになる。
次に、調整パターン400(正確には1つのパターン400a)を構成するインク滴500の位置検出について図13を参照して説明する。
搬送ベルト31の表面(ベルト表面)は光沢を帯びており、発光素子401からの光が照射された場合に正反射光を返し易いものとする。このため、図13(b)で、インク滴500が着弾していない搬送ベルト31面の領域では、発光素子401からの入射光601はベルト面にて殆んど正反射されることから正反射光603の量が多くなり、同図(a)に示すように、正反射光603を受光する受光素子403の出力(センサ出力電圧)が相対的に大きくなる。
一方、図13(b)でインク滴500がそれぞれ独立した状態で、かつ、密集して着弾している領域では、半球状で光沢をもつインク滴500表面にて光が拡散されるため正反射光603の量が減少し、図13(a)に示すように、正反射光603を受光する受光素子403の出力(センサ出力電圧)が相対的に小さくなる。なお、「密集」とは、所定の検出領域内で、インク滴500が着弾している領域の面積(付着面積)よりインク滴500間の面積が小さい状態をいう。
これに対して、図14(b)に示すように、搬送ベルト31上でインク滴が隣同士接触してつながってしまった場合、つながったインク滴500の上面はフラット(平坦)になってしまうので、これにより正反射光603が増加し、同図(a)に示すように、センサ出力電圧は搬送ベルト31面と略同様な出力値となってしまい、インク滴500の位置を検出することが困難になる。なお、インク滴がくっついてしまった場合でも、つながったインク滴の端部では散乱光が発生するが、範囲が極めて限られるため、検出が困難であり、仮に検出しようとすると、受光素子403で見る面積(検出する領域)を絞り込まなければならず、搬送ベルト31の表面の極わずかな傷やごみなどのノイズ要因に反応してしまうおそれが発生し、検出精度の低下や検出結果の信頼性が低下することになる。
したがって、インク滴からの正反射光を受光する受光手段からの出力の内の正反射光が減衰している部分を判別することによって、インク滴の着弾位置を検出することができることになる。そして、インク滴の着弾位置を高精度に検出するためには、調整パターン(調整パターン)400としては、パターン読取りセンサ401の検出領域内で、独立した複数の液滴で構成され、しかも、密集している(検出領域内で液滴の付着面積に対して液滴間の面積が小さい)パターンである必要があり、このような調整パターンを形成することによって発光手段と受光手段という簡単な構成で、調整パターン(液滴着弾位置)を高精度に検出することができるようになる。
ここで、電子写真方式におけるトナーと液体吐出方式における液滴との差異について図15をも参照して説明する。
電子写真方式におけるトナーは被付着部材に付着した状態でも形状が保持されるため、図15に示すように、被付着部材610上に調整パターンを構成するトナー611が重なるように形成した場合であっても、トナー付着面における正反射光の量は被付着部材610における正反射光の量に対して少なくなる(小さくなる)ので、正反射光を受光する受光手段の出力によって調整パターンを検出することができる。
これに対して、前述したように液滴は被着弾部材上に着弾した状態で隣接する液滴とつながった状態になると上部が平坦面となって、実質的には被着弾部材面と同等な正反射光が生じるという特殊性がある。このような液滴の特有の性質を認識することなく、単に調整パターンからの正反射光の受光量の変化で調整パターンを検出する構成を採用しても、検出精度が著しく低下することになる。まして、被記録媒体のようにインクが浸透する媒体上にインク滴を着弾させて調整パターンを形成しても正確にパターンを検出することができない。
本発明は、このような液滴の特有の性質の上に立って、調整パターンを形成する部材として、撥水性を有する搬送ベルト上に、独立した複数の液滴で構成され、検出領域内で液滴の付着面積に対して液滴間の面積が小さい調整パターンを形成することによって、調整パターンからの正反射光の受光量の変化で調整パターンを高精度に検出でき、その結果、高精度に液滴着弾位置のずれを調整(補正)することができる。
次に、搬送ベルト31上に形成した調整パターン400の位置検出処理(読取り処理)の異なる例について図16ないし図18を参照して説明する。
図16に示す第1例において、図16(a)に示すように搬送ベルト31上に、例えば記録ヘッド24k1によってライン状のパターン400k1を形成し、記録ヘッド24k2によってライン状のパターン400k2を形成する。そして、これをセンサ走査方向(キャリッジ主走査方向)にパターン読取りセンサ401で走査することにより、パターン読取りセンサ401の受光素子403の出力結果から、同図(b)に示すように、パターン400k1、400k2で立ち下がるセンサ出力電圧Soが得られる。
そこで、このセンサ出力電圧Soと予め定めた閾値Vrとを比較することで、センサ出力電圧Soが閾値Vrを下回った位置をパターン400k1、400k2のエッジとして検出することができる。このとき、閾値Vrとセンサ出力電圧Soとで囲まれた領域(図に斜線を施して示す部分)の面積重心を算出し、この面積重心をパターン400k1、k2の中心とすることができ、重心を用いることによって、センサ出力電圧の微小な振れによる誤差を低減することができる。
図17に示す第2例においては、第1例と同様なパターン400k1、400k2をパターン読取りセンサ401で走査することにより、図17(a)に示すようなセンサ出力電圧Soが得られる。センサ出力電圧Soの立ち下がり部分を拡大したものを図17(b)に示している。
ここで、センサ出力電圧Soの立下り部分について、図17(b)の矢示Q1方向に探索して、センサ出力電圧Soが下限閾値Vrdを切る(以下になる)点を点P2として記憶する。次に、点P2より矢示Q2方向に探索して、センサ出力電圧Soが上限閾値Vruを超える点を点P1として記憶する。そして、点P1と点P2の間の出力電圧Soより回帰直線L1を算出し、求めた回帰直線式を用いて、回帰直線L1と上下閾値の中間値Vrcとの交点を算出し交点C1とする。同様にして、センサ出力電圧Soの立上り部分について回帰直線L2を算出し、回帰直線L2と上下閾値の中間値Vrcとの交点を算出し交点C2とする。そして、交点C1と交点C2との中間点から、(交点C1+交点C2)/2にてラインセンタC12を参照する。
図18に示す第3例においては、図18(a)に示すように、第1例と同様に搬送ベルト31上に例えば記録ヘッド24k1を用いてライン状のパターン400k1を形成し、記録ヘッド24k2を用いてパターン400k2を形成し、これを主走査方向にパターン読取りセンサ401で走査することにより、図18(b)に示すようなセンサ出力電圧(光電変換出力電圧)Soが得られる。
このとき、前述した処理アルゴリズム525では、IIRフィルタで高調波ノイズを除去する処理を行い、次いで検出信号の品質評価(欠落、不安定、余剰の有無)を行い、閾値Vr近傍の傾斜部を検出して回帰曲線を算出する。そして、回帰曲線と閾値Vrとの交点a1、a1、b1、b2を算出し(実際にはASIC:特定用途向け集積回路で構成した位置カウンタで演算する。)、交点a1、a2の中間点A、交点b1、b2の中間点Bを演算し、中間点Aと中間点Bとの間の距離Lを算出する。これによりパターン400k1と400k2の中間位置が検出される。
そこで、記録ヘッド24k1と記録ヘッド24k2との理想上の距離と算出した距離Lとの差分を、(理想上のヘッド間距離−L)、の演算を行って算出する。この差分が実際の印刷上でのズレ量となる。そこで、この得られたズレ量に基づいて、記録ヘッド24k1、24k2から液滴を吐出させるタイミング(液滴吐出タイミング)を補正する補正値を算出し、補正値を吐出制御手段502に設定する。これにより、吐出制御手段502は補正された液滴吐出タイミングでヘッドを駆動するので、位置ズレが低減することになる。
次に、調整パターン400を形成するインク滴の着弾状態での形状の異なる例について図19ないし図21を参照して説明する。
図19に示す第1例は、複数の液滴500が1滴ずつ独立して格子状に配列されている例である。
図20に示す第2例のうち、同図(a)に示す例は、大きな滴(例えば主滴)と小さな滴(例えばサテライト滴や小滴)が合体してひょうたん型の1つの液滴500Aが構成され、この液滴500Aが1滴ずつ独立して格子状に配列されている例、また、同図(b)に示す例は、略同じ大きさの2つの液滴が合体して1つの液滴500Bが構成され、この液滴500Bが1滴ずつ独立して配列されている例である。
図21に示す第3例のうち、同図(a)に示す例は、液滴がパターン読取りセンサ401による走査方向と直交する方向で連続的にライン状に合体して1つの液滴500Cが構成され、このライン状の複数の液滴500Cがセンサ走査方向に配列されている例、同図(b)は同図(a)の例におけるラインの一部が欠けた線分(長さは同じでも異なってもよい。)で1つの液滴500Dが構成され、このライン状の複数の液滴500Dがセンサ走査方向に配列されている例である。
次に、着弾位置検出の精度を上げるための構成について図22及び図23を参照して参照して説明する。
先ず、調整パターン400からの反射光に占める拡散反射光の割合は一定とする。つまり、前述した図13の中央部分に示すインク滴着弾状態のように、調整パターン400からの反射光の散乱状態が一様となるように液滴500を着弾させる。これにより、処理アルゴリズムにかけるセンサ出力電圧(検出電位)の高い再現性が得られ、高精度の調整パターン400(液滴着弾位置)を高精度に検出して精度の高い液滴着弾位置ずれ調整を行うことができる。
ここで、調整パターン400からの反射光の散乱状態を一様にするには、インク滴表面のうち拡散反射光を放つ表面の面積を一定にする。例えば、図22(a)に示すように、調整パターン400を構成している複数のインク滴500を独立した状態で、1ドット置きに配列する。このとき、隣接するインク滴はくっつかずに搬送ベルト31上に規則的に付着し、拡散反射光を放つ表面の面積は一定となる。隣接するインク滴がくっつかずに独立している条件であれば、配列は、図22(b)に示すようにインク滴500が千鳥状に配列される構成でも、図22(c)に示すように全てのドットにインク滴500が配列される構成とすることもできる。
また、前述した図12に示すように、液滴着弾後の経過時間とともにインク滴は乾燥して反射光散乱状態は変化するので、着弾後、パターン読取りセンサ401が正反射光を受光するまでの時間が一定であるようにすることで、検出電位の再現性を確保することができる。
また、反射光の散乱状態が一様になるという意味では、各インク滴500が前述した図20に示すように2つの液滴(例えば主滴とサテライト滴)が合体して規則的に配列されていても構わない。
また、調整パターン400からの反射光の散乱状態を一様とするためには、例えば、図23に示すように、検出範囲(検出領域)450内におけるインク滴500と搬送ベルト31の接触面積を一定にする。例えば、前述した調整パターン400を構成している複数のインク滴500を独立した状態で1ドット置きに配列する。いずれの液滴500も独立しており、またインク滴500の吐出量を同一にすることにより、搬送ベルト31表面に付着するインク滴500の接触面積は一定となる。この場合も、隣接するインク滴がくっつかずに独立している条件であれば、インク滴500の配列は千鳥状配列などとすることもできる。具体例としては、撥水性の関係をもつ、フッ素系の樹脂(ETFE)の搬送ベルト31と顔料系インクの組合せとすることで、接触面積を一定に保ちやすい。
また、インク滴表面のうち拡散反射光を放つ表面の面積を一定にすることと、インク滴とベルトの接触面積を一定にすること、の両方の実施により、相乗効果によりさらに調整パターンからの反射光の散乱状態が一様になり、再現性の高い検出電位を得ることができる。
また、インク滴の配列はある程度密に配列していないと調整パターン400有無の検知出力が大きくならないため、その点も考慮が必要である。つまり、インク滴の拡散反射部分の面積と検知出力量の相関を実験的に確認したところ、図24に示すように近似的な直線で示す関係となり、調整パターン400部分の面積の10%以上の拡散反射部分面積があれば、所要の検知出力が得られることが確認された。
次に、調整パターン400を形成する液滴についてパターンの乱反射率という面から説明する。
パターン乱反射率とは、前述した図23に示すように、パターン読取りセンサ401による検出範囲(検出領域)内で乱反射する部分(拡散光を発生させる部分)の割合を意味する。つまり、パターン乱反射率=乱反射部分面積の総和/検出範囲面積で算出される値とする。
このとき、検出範囲が一定の場合には乱反射部分面積を大きくすることでパターン乱反射率を大きくすることが可能になる。乱反射部分とは、図25に示すように、搬送ベルト31面にインク滴500が付着した場合、濡れ性が悪い場合(図26の接触角θが大きい場合)には半球状になる。この場合、インク滴500の外周面上には一定方向からの光に対して正反射する部分500aと乱反射する部分500bが存在することになる。個々のインク滴500でこの乱反射部分500b(滴乱反射率)が大きくなるように、インク滴吐出を制御することで対応が可能となる。
ここで、滴乱反射率とは、ベルト面との接触面積に対する乱反射部分の割合で、滴乱反射率=1滴中の乱反射部分の面積/ベルト面との接触面積、で算出される値とする。
具体的には、調整パターン500を形成するときに用いる液滴は、画像形成で用いる液滴のうち、吐出量(滴体積)が最大になる液滴を用いることが好ましい。つまり、最大滴を吐出する印字モードで液滴を吐出して調整パターン400を形成する。これにより、図25に示す、液滴500の高さが高くなり、滴反射率が大きくなる。
また、各色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)毎にインクの組成が異なることから、液滴500の形状が異なる場合があるので、吐出する液滴の色に応じた吐出量(滴体積)で液滴を吐出することで、滴反射率を大きくすることができる。
このように、液滴を吐出する液滴吐出手段(記録ヘッド)と、液滴を受ける撥水性部材に、液滴の着弾位置検出用の独立した複数の液滴で構成される調整パターンを形成する手段と、調整パターンに照射する光を発光する発光手段及び調整パターンに照射された光の正反射光を受光する受光手段からなる読取り手段と、読取り手段から出力される正反射光の減衰信号に基づいて着弾位置ずれ量を算出して液滴の着弾位置補正を行う手段とを備える場合、調整パターンを構成する液滴のパターン乱反射率が最大になるように液滴吐出を制御することにより、受光手段(センサ)の出力感度を向上させることができ、ずれ量の検出性能や繰り返し精度などの読取り性能を向上することができる。
そして、この場合、液滴の単独状態において乱反射面積(滴乱反射率)が最大になるように液滴吐出手段を制御することで、更に検出感度、精度を向上することができる。乱反射面積が最大になるように制御するには、(1)液滴の吐出量を制御する、(2)液滴の吐出量を液滴の色によって制御する、(3)パターン形成のための液滴吐出とパターン読取りのための発光/受光の時間差を最小になるように制御する、更に液滴吐出と発光/受光を一回の動作で同時に行うように制御する、(4)ベルト搬送面上と液滴との接触角が大きい材料の組合せとする、(5)液滴がベルト搬送面に接触している形状を円形状、ひょうたん形状とする、(6)発光手段と受光手段によって検出できる範囲内において液滴の占める面積をほぼ独立状態で最大になるように液滴吐出を制御する、例えば、液滴の配列を制御する、この液滴の配列は液滴間隔が最小になるように制御する、ことが好ましい。
次に、調整パターン400の形成と検出について説明する。前述したように、インク滴形状はベルト面に付着してからの時間経過とともに液滴中の水分が蒸発するために滴形状が変化し、液滴形成直後から正反射光が時間経過とともに増えていくのでパターン読取りセンサ401の出力電圧は低下することになる。
したがって、インク滴の着弾位置を正確に検出するには、調整パターン400を形成した直後にパターン読取りセンサ401で検知することが好ましい。そこで、調整パターン400を形成する印字スピードと調整パターン400を読取るスピードを同一スピードにして、印字しながらその直後にパターンの位置検出を行う。そのためには、パターン読取りセンサ401がキャリッジ23の調整パターン400を印字するときの走査方向に対して上流側に設置する。ただし、この構成は、往路、復路のどちらか一方のみにしか対応できない。
そこで、調整パターン400を形成する印字スピードと調整パターン400を読取るスピードを異なるスピードに設定し、往路、復路で調整パターン400をベルト面に印字し、搬送ベルト31を回転することなくそのままパターン検出を行う。この場合、パターン読取りセンサ401は、調整パターン400の形成領域上に位置するように配置する。
そこで、本発明における調整パターン400を構成する着弾位置ずれを検出する最小項目毎のブロックパターン(基本パターンともいう。)について図27を参照して説明する。
前述したようにこの画像形成装置における着弾位置ずれ補正方法では、基準となる記録ヘッド(色)で搬送ベルトの送り方向にライン状のパターンを送り方向と直交する方向に形成し、その他の記録ヘッド(色)を一定間隔で同様なライン状のパターンを形成して、基準ヘッドとの距離を算出(計測)する。
ここで、最小項目ごとの基本パターンとしては、図27(a)に示すように、往路(第1スキャン)時における記録ヘッド24k1で形成するパターンFK1を基準として記録ヘッド24k2で形成するパターンFK2の着弾位置ずれを検出するパターンと、同図(b)に示すように復路(第2スキャン)時における記録ヘッド24k1で形成するパターンBK1を基準として記録ヘッド24k2で形成するパターンBK2の着弾位置ずれを検出するパターン、同図(c)に示すように往路(第3スキャン)時における記録ヘッド24k1で形成するFK1を基準として、記録ヘッド24c、24m、24yでそれぞれ形成する各色(C,M,Y)のパターンFC、FM、FYの着弾位置ずれを検出するパターン、同図(d)に示すように復路(第4スキャン)時における記録ヘッド24k1で形成するFK1を基準として、記録ヘッド24c、24m、24yでそれぞれ形成する各色(C,M,Y)のパターンFC、FM、FYの着弾位置ずれを検出するパターン、の4種類のパターンを最小基本項目毎のブロックパターン(基本パターン)として、このブロックパターンの組合せによって多様な検出内容を得る調整パターンを構成する。
特に、この上述した画像形成装置においては、ブラックを吐出する2つの記録ヘッド24k1、24k2を備えていることから、1つの記録ヘッドの双方向印字における着弾位置ずれだけでなく、2つの記録ヘッド24k1、24k2間で着弾位置ずれが生じる可能性があることから、記録ヘッド24k1で形成するパターンFK1を基準として記録ヘッド24k2で形成するパターンFK2の着弾位置ずれを検出するパターンも備えている。
次に、このブロックパターンによるモノクロ罫線ずれの調整パターン及びカラー色ずれの調整パターンについて図28及び図29を参照して説明する。
図28に示す罫線ずれ調整パターン400Bは、基準方向(往路とする)のパターンFK1の位置を基準にして(パターンK1を基準パターンとして)決められた間隔で復路のパターンBK1、往路のパターンFK1、復路のパターンBK2(これらが被測定パターンとなる。)を印字することで、これらのパターンFK1、BK1、FK1、BK2の各位置情報から基準パターンであるパターンK1に対しての着弾位置ずれを検出することができる。なお、センサ走査方向(読取り方向)は片方向だけで読取る場合の例を示している。
図29(a)、(b)に示すカラー色ずれ調整パターン400C1、400C2は、基準となる色(ここでは、記録ヘッド24k1によるパターンFK1が基準パターンとなる。)に対して規定間隔でそれぞれ各カラーのパターンFY、FM、FC(これらが被測定パターンとなる。)を印字して、パターンFK1とFY、FK1とFM、FK1とFCの着弾位置を検出することで、基準パターンFK1に対する各色の着弾位置を検出することができる。なお、センサ走査方向(読取り方向)は片方向だけで読取る場合の例を示している。
次に、調整パターンの具体的な形成例について図30を参照して説明する。
まず、キャリッジ23の走査方向は、図2に示すように装置背面側から装置正面側に向かう方向を往路方向、装置正面側から装置背面側に向かう方向を復路方向とし、キャリッジ23には往路方向下流側(装置正面側)から記録ヘッド24c、24k1、24k2、24m、24yの順に配置されているものとする。
そして、この例では、搬送ベルト31の両端部側に罫線位置ずれ調整パターン400B1、400B2を形成し、搬送ベルト31の中央部分に色ずれ調整パターン400C1、400C2を形成している。つまり、この例では、ブロックパターンは搬送ベルトの送り方向と直交する方向での印字領域の幅内に複数個配列されるようにしている。なお、このとき、搬送ベルト31上に直接印字するためベルト面上の凹凸が大きい部分(特に被記録媒体を分離する分離爪39が搬送ベルト31と当接している箇所)を除いたところに配置するようにしている。
そして、パターン読取りセンサ401による読取りは、各調整パターン400B、400C毎に印字しその後複数回行う。この場合、読取り方向は片方向(同一方向)での複数回読取り、または双方向で複数回読取りを行うことができる。
そこで、主制御部310によって実行される液滴着弾位置ずれ調整(補正)処理について図31を参照して説明する。
黒インクを使用する記録ヘッド24k1、24k2の維持回復を行う(K1又はK2)クリーニング実施完了、装置が所定時間放置されたときに行う放置後クリーニング実施完了、環境温度の温度変化量が所定以上のときにこの液滴着弾位置ずれ調整処理を開始する。
そして、前処理1として搬送ベルト31のクリーニングを実施し、更に前処理2としてパターン読取りセンサ401のキャリブレーションを実施し、キャリッジ23で走査されるパターン読取りセンサ401(発光素子402、受光素子403)の正反射の出力レベルが搬送ベルト31面上で一定値になるように発光素子402の出力を調整する。
その後、キャリッジ23を主走査方向に往路走査しながら各記録ヘッド24から液滴を吐出して、図30で説明したような調整パターン(調整パターン400)のうちの往路で形成すべきパターン(符号に「F」を付したパターン)を形成し、次いで、復路走査しながら各記録ヘッド24から液滴を吐出して、図30で説明した調整パターン(調整パターン400)のうちの復路で形成すべきパターン(符号に「B」を付したパターン)を形成する。
その後、パターン読取りセンサ401の発光素子402を発光させた状態で、キャリッジ23を主走査方向に往路走査して調整パターン400を読取り、パターン読取りセンサ401の受光素子403の出力に基づいて着弾位置を検出して液滴着弾位置のずれ量を算出する。なお、この場合、キャリッジ23の駆動制御には前述したようにリニアエンコーダを使用するため、インク滴の位置検出時のキャリッジ位置をインク滴の吐出座標として用いることができるので、より高精度のパターン間理論値を求めることもできる。
そして、パターン読取りセンサ401による読取り値が正常であるか否かを判別し、正常であれば、N回の読取りを行うか否かを判別して、N回の読取りを行う場合には読取り処理に戻る。つまり、ここでは、往路方向での読取りをN回繰り返して行う。N回の読取が完了した場合には、キャリッジ23の往路と復路とのずれ量(往復ずれ量)を紙厚分の補正を行ったずれ量から印字吐出タイミングの補正値を算出し、算出した液滴吐出タイミングの補正値によって印字吐出タイミングを補正する。その後、後処理として、搬送ベルト31の表面を清掃するクリーニングを実施する。
なお、パターン読取りセンサ401による読取り値が正常でない場合には、リトライが1回目か否か判別し、リトライが1回目であれば再度調整パターン400の読取りを行い、リトライが1回目でなければリトライがn回か否かを判別し、リトライがn回でなければ再度調整パターン400の形成処理に戻り、リトライがn回になったときには、後処理として、搬送ベルト31の表面を清掃するクリーニングを実施してエラー処理に移行する。
このように、撥水性を有する撥水性部材として搬送ベルト上に、独立した複数の液滴で構成され、着弾位置ずれを検出する最小項目毎のブロックパターンからなる調整用パターンを形成し、この調整パターンに光を照射して調整パターンからの正反射光を受光して調整パターンを読取り、調整パターンの読取り結果に基づいて記録ヘッドから吐出される液滴の着弾位置を補正することによって、液滴の着弾位置を簡単な構成で高精度に検出して、液滴着弾位置ずれを高精度に補正することができる。
次に、パターン読取りセンサ401による読取り速度について図32を参照して説明する。パターン読取りセンサ401は、キャリッジ23に取付けられているので、キャリッジ23の速度変動によっては読取り誤差の拡大につながる。キャリッジ23の走査を開始するとき、キャリッジ23の速度によっては、図32に示すように、立ち上がりから定常状態(定速状態)になるまでにハンチングをおこしながら最終的に定速になる。このハンチング状態で読取りを行うと取り込んだデータは移動距離が一定とならず誤差の原因につながることになる。この場合、ハンチング時間は読取り速度によって異なるので、搬送ベルト31上に印字された調整パターン400を読取る時に調整パターン400の位置によって立上げ距離(スタートから定速状態になるまでの距離)が必要となる。
したがって、パターン読取りセンサ401による調整パターン400の読取り時にキャリッジ23の移動速度が定速状態になる読取り速度で読取りを行うようにする。これにより、検出精度の向上を図ることができる。
次に、パターン読取りセンサ401のキャリッジ23への取り付け位置について図33を参照して説明する。
パターン読取りセンサ401は、キャリッジ23に搭載した記録ヘッド24による搬送ベルト送り方向での画像形成領域(印字領域)内すなわち記録ヘッド24のノズル列の範囲内に検出範囲450が位置するように取り付けている。また、調整パターン400の形成領域(送り方向の幅内)内に検出範囲が位置するように取り付けている。また、この例では、パターン読取りセンサ401はキャリッジ23の往路走査方向上流側に取り付けている。
このように構成すれば、キャリッジ23(記録ヘッド24)とともに走査されるパターン読取りセンサ401は、記録ヘッド24によって搬送ベルト31上に調整パターン400を形成しながら、形成された調整パターン400を即座に読取ることができるようになる。この場合、パターン読取りセンサ401の読取り速度は調整パターン400を印字する速度と同じになる。ただし、パターン読取りセンサ401が1個であるので、調整パターン400を形成しながら読取りを行えるのは往路及び復路のいずれか一方だけである。
次に、キャリッジ23にパターン読取りセンサ401を2個備える例について図34を参照して説明する。
ここでは、キャリッジ23の主走査方向両側部に第1パターン読取りセンサ401A,第2パターン読取りセンサ401Bを取り付けている。これらの第1、第2パターン読取りセンサ401A、401Bは、搬送ベルトの送り方向でオフセットして(位置をずらして)取付けることも、同じ位置に取付けることもできるが、前述したように印字領域範囲、パターン形成領域内に読取り位置(検出範囲)が入るように取付けている。
このように、キャリッジ23の両側部にそれぞれ読取り手段を配置することによって、調整パターンを印字しながら双方向の読取りが可能になる。また、往路印字時の往路読取り、復路印字の復路読取りなど読取り方向が印字方向と同じ場合にでも即座に読取りが可能になる。
そこで、読取りセンサが1個で、片方向印字、片方向読取りを行う処理について図35のフロー図を参照して説明する。
まず、図28で説明したモノクロの罫線ずれ調整パターン400B(パターン1)を第1スキャン(走査)で往路印字し、同時に記録ヘッド24より上流側に取付けているパターン読取りセンサ401Aでパターン1を読取る。次に、キャリッジ23を第1スキャンの開始位置(印字前の位置)に戻し2回目の読取り(1回目の読取り方向と同じ)を行う。この動作をN回繰り返して、第1スキャンで印字したパターン1の読取りを終了する。
その後、主走査方向の位置をずらして図29で説明したカラー色ずれ調整パターン400C(パターン2)を第2スキャンで往路印字し、同じくパターン読取りセンサ401Bで同時に読取る。次に、キャリッジ23を第2スキャンの開始位置(印字前の位置)に戻し2回目の読取り(1回目の読取り方向と同じ)を行う。この動作をN回行って第2スキャンで印字したパターン2の読取りを終了する。これらの動作をパターンブロック毎に行う。
次に、読取りセンサが2個で、双方向印字、双方向読取りを行う処理について図36のフロー図を参照して説明する。
まず、図28で説明したモノクロの罫線ずれ調整パターン400B(パターン1)を第1スキャン(走査)で往路印字し、同時に記録ヘッド24より上流側に取付けているパターン読取りセンサ401Aで同時にパターン1を読取る。次に、キャリッジ23を第1スキャンの開始位置(印字前の位置)に戻し2回目の読取り(1回目の読取り方向と同じ)を行う。この動作をN回繰り返して、第1スキャンで印字したパターン1の読取りを終了する。
その後、主走査方向の位置をずらして図29で説明したカラー色ずれ調整パターン400C(パターン3)を第2スキャンで復路印字し、同じくパターン読取りセンサ401Bで同時に読取る。次に、キャリッジ23を第2スキャンの開始位置(印字前の位置)に戻し2回目の読取り(1回目の読取り方向と同じで復路方向)を行う。この動作をN回行って第2スキャンで印字したパターン3の読取りを終了する。これらの動作をパターンブロック毎に行う。
次に、印字方向に係わらず一つのブロックパターンを双方向で読取る処理について図37のフロー図を参照して説明する。
まず、図27(a)に示すブロックパターン(パターン1)を第1スキャンで往路印字し、図27(b)に示すブロックパターン(パターン2)を第2スキャンで復路印字して図28のモノクロ罫線ずれ調整パターン400Bを完成させて、その第2スキャンにおいてパターン読取りセンサ401Bで復路読取りを行う。その後、同一パターンをパターン読取りセンサ401Aで往路方向に読取りを行い、また、復路方向にパターン読取りセンサ401Bにて読取りを行う。この読取り動作をN回実施しそのパターン1,2の読取りを完了する。パターンが複数ある場合はその一連の動作を繰返し行う。
このように、着弾位置ずれの調整パターンを検出項目ごとの最小単位(ブロック)で印字し、読取りを行うことによって、印字してからの読取りまでの時間が短縮され、撥水性部材(ここでは搬送ベルト)上のインク滴の乾燥を防止でき、読取りセンサの出力低下を抑え、ずれ量の検出誤差を少なくすることができる。
また、読取り手段による読取り速度は調整パターンを形成する速度と同じとする構成、読取り手段による読取り領域は記録ヘッドによる撥水性部材の搬送方向の画像形成領域幅内である構成、読取り手段による読取り領域は調整パターンの撥水性部材の搬送方向の幅内である構成、記録ヘッドの走査方向上流側に配置され、読取り手段による読取り方向が一方向とする構成とすることで、パターン形成と同時にパターンの読取りが行えるので、パターン形成から読取までの時間が短く、搬送ベルト上でのインク滴の乾燥を防止でき、読取センサの出力低下を抑えて、ずれ量の検出誤差を少なくすることができる。
また、読取り手段は記録ヘッドとともに走査され、記録ヘッドの走査方向上流側及び下流側に配置され、読取り手段による読取り方向が双方向である構成とすることでも、パターン形成から読取までの時間が短く、搬送ベルト上でのインク滴の乾燥を防止でき、読取センサの出力低下を抑えて、ずれ量の検出誤差を少なくすることができる。
次に、搬送ベルト31を移動させることによって搬送ベルト31上に形成した調整パターンの読取り位置をずらす例について図38のフロー図及び図39の説明図を参照して説明する。
まず、図28で説明したモノクロの罫線ずれ調整パターン400B(パターン1)を第1スキャン(走査)で往路印字し、同時に記録ヘッド24より上流側に取付けているパターン読取りセンサ401Aでパターン1を読取る。次に、キャリッジ23を第1スキャンの開始位置(印字前の位置)に戻した後、搬送ベルト31を所定量回転させ、パターン読取りセンサ401Aで2回目の読取り(1回目の読取り方向と同じ)を行う。この動作をN回繰り返して、第1スキャンで印字したパターン1の読取りを終了する。
例えば、図39(a)に示すように読取りライン1で読取りを行った後、搬送ベルト31を移動させて読取りセンサによる読取り位置に対するパターンの相対位置をずらして読取りライン2で読取りを行う。
このように、搬送ベルト上に印字されたパターンを片方向又は双方向に繰返し読取り実行後に搬送ベルトを回転させて印字パターンを読取りライン上からずらして再度読取りを実施することができるので、同じパターンに対して複数回の読取り結果を得ることができ、測定回数が増えることで誤差が平均化されてずれ量の測定精度を向上することができる。なお、搬送ベルトの移動は読取りが可能な回数実施することで更に読取りデータ数を増やすことができ、読取り精度(測定精度)を上げることができる。
なお、上記実施形態では撥水性部材が搬送ベルトである例で説明しているが、別途、撥水性を有するシート材を用いることもできる。
本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す概略構成図である。 同装置の画像形成部及び副走査搬送部の平面説明図である。 同じく一部透過状態で示す正面説明図である。 搬送ベルトの一例を示す断面説明図である。 同じく制御部の概要を説明するブロック図である。 本発明の第1実施形態に説明に供する液滴着弾位置検出及び液滴着弾位置補正に係わる部分を機能的に示すブロック説明図である。 同じく液滴着弾位置検出及び液滴着弾位置補正に係わる部分の具体例を機能的に示すブロック説明図である。 調整パターンの例を説明する説明図である。 パターン読取りセンサの説明図である パターン検出の原理の説明に供する液滴からの光が拡散する様子を示す説明図である。 同じく液滴が平坦化した場合に光が拡散する様子を示す説明図である。 同じく液滴着弾からの経過時間とセンサ出力電圧の変化の関係の説明に供する説明図である。 本発明に係る調整パターンの説明に供する模式的説明図である。 比較例に係る調整パターンの説明に供する模式的説明図である。 トナーを用いた場合との比較説明に供する模式的説明図である。 調整パターンの位置検出処理の第1例の説明に供する説明図である。 調整パターンの位置検出処理の第2例の説明に供する説明図である。 調整パターンの位置検出処理の第3例の説明に供する説明図である。 調整パターンを形成する液滴の着弾状態での形状の第1例の説明に供する説明図である。 調整パターンを形成する液滴の着弾状態での形状の第2例の説明に供する説明図である。 調整パターンを形成する液滴の着弾状態での形状の第3例の説明に供する説明図である。 調整パターンを形成する液滴の配列パターンの異なる例の説明に供する説明図である。 検出範囲内における液滴接触面積の説明に供する説明図である。 拡散反射部分面積の割合と検出出力との関係の実験結果を近似的に示す説明図である。 パターン乱反射率の説明に供する液滴の模式的説明図である。 液滴の接触角の説明に供する説明図である。 ブロックパターンの説明に供する説明図である。 罫線ずれ調整パターンの説明図である。 色ずれ調整パターンの説明図である。 調整パターンの形成位置の説明に供する説明図である。 液滴着弾位置ずれ調整(補正)処理を説明するフロー図である。 調整パターン位置と読取り速度の説明に供する説明図である。 キャリッジと読取りセンサの取り付け例の説明に供する平面説明図である。 キャリッジと2個の読取りセンサの取り付け例の説明に供する平面説明図である。 読取りセンサが1個で、片方向印字、片方向読取りを行う処理の説明に供するフロー図である。 読取りセンサが2個で、双方向印字、双方向読取りを行う処理の説明に供するフロー図である。 印字方向に係わらず一つのブロックパターンを双方向で読取る処理の説明に供するフロー図である。 搬送ベルトを回転させて複数回の読取りを行う処理の説明に供するフロー図である。 同じくその説明に供する説明図である。
符号の説明
1…装置本体
2…画像形成部
3…副走査搬送部
4…給紙部
5…用紙(被記録媒体)
6…排紙搬送部
8…排紙トレイ
7…画像読取部
23…キャリッジ
24…記録ヘッド
27…主走査モータ
31…搬送ベルト
32…搬送ローラ
131…副走査モータ
330…シート材検知センサ(シート材検出手段)
400…調整パターン(調整パターン)
401、401A、401B…パターン読取りセンサ(読取り手段)
402…発光素子
403…受光素子
500…液滴(インク滴)
501…調整パターン形成/読取り制御手段
502…液滴吐出制御手段
503…着弾位置ずれ量演算手段
504…吐出タイミング補正量演算手段
505…着弾位置補正手段

Claims (9)

  1. 液滴を吐出する記録ヘッドを備えて搬送される被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、
    撥水性を有する撥水性部材上に、独立した複数の液滴で構成され、着弾位置ずれを検出する最小項目毎のブロックパターンからなる調整用パターンを形成するパターン形成手段と、
    前記撥水部材に光を照射する発光手段及び前記撥水部材上からの正反射光を受光する受光手段で構成される読取り手段と、
    この読取り手段の読取り結果に基づいて前記記録ヘッドから吐出される前記液滴の着弾位置を補正する着弾位置補正手段と、を備え
    前記調整用パターンを構成する前記独立した複数の液滴の外表面が丸みを帯びた状態で前記読取り手段の前記発光手段から光を照射して、
    前記撥水性部材の表面の内の前記調整用パターンが形成されていない領域で前記照射された光を正反射させ、前記調整用パターンを形成した領域では前記独立した複数の液滴の丸みを帯びた外表面で前記照射された光を拡散反射させて、
    前記読取り手段の前記受光手段で前記正反射される光を受光して前記拡散反射領域となる前記調整用パターンを読取る
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記調整用パターンを構成する液滴の外表面が丸みを帯びた状態で前記読取り手段の前記発光手段から光を照射するとき、前記液滴は、前記丸みを帯びた外表面の頂部では前記照射された光を正反射する状態にあることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記撥水性部材の表面は光沢を帯びており、
    前記撥水性部材上に着弾した前記液滴は前記丸みを帯びた状態で光沢を帯び、前記丸みを帯びた状態から平らな状態になることで光沢が失われる
    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. 前記調整用パターンは、前記丸みを帯びた状態の表面が独立した状態の複数の前記液滴が配列され、
    前記独立した複数の液滴が配列されている領域全域に対応する前記読取り手段の出力は、前記調整用パターンが形成されていない領域に対応する前記読取り手段の出力と異なる
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記拡散反射領域は、前記液滴が形成されている部分と前記液滴が形成されていない部分とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  6. 前記調整用パターンの形成領域の面積の少なくとも10%以上の面積は前記拡散反射領域であることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 異なる色の液滴を吐出させる記録ヘッドを有し、
    色に応じた滴体積の液滴で前記調整用パターンを形成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  8. 前記記録ヘッド及び前記読取り手段は、前記被記録媒体の搬送方向と直交する方向に移動走査されるキャリッジに搭載され、
    前記キャリッジを移動させて前記パターン形成手段にて前記記録ヘッドから前記液滴を吐出させて前記各パターンを形成するときの、前記キャリッジの移動方向において前記記録ヘッドの後方になる前記キャリッジの側面に前記読取り手段が設けられ、
    前記各パターンを形成した直後に前記読取り手段で前記各パターンを順次読取る
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  9. 前記記録ヘッド及び前記読取り手段は、前記被記録媒体の搬送方向と直交する方向に移動走査されるキャリッジに搭載され、
    前記調整用パターンを形成するときの前記キャリッジの移動速度と前記読取り手段で前記調整用パターンを読取るときの前記キャリッジの移動速度とが異なる
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
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