JP5593747B2 - 画像形成装置及びクリーニング時間最適化制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の像担持体を無端状搬送体の移動方向に沿って並設し、無端状搬送体上に前記各像担持体上に作像された画像を第１の転写手段によって１次転写し、さらに記録媒体上に前記１次転写された画像を第２の転写手段によって２次転写して画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ、デジタル複合機などの画像形成装置、この画像形成装置で実行される第２の転写手段のクリーニング実行時間をコンピュータによって最適化制御するクリーニング時間最適化制御プログラムに関する。

タンデム方式のカラー画像形成装置においては、４色毎の作像手段を用いてカラー画像を形成している。この各色の画像形成位置を正確に重ねるため、色毎に色合わせパターンを形成し、光センサ等の検出手段によって各色の画像位置を検出し、各色の画像が重なり合う位置を算出し、補正することが行われている。

色合わせパターンは中間転写ベルト（若しくは搬送ベルト）の搬送に合わせて検出位置を通過し、検出後にクリーニングブレードによってベルト上からトナーが掻き取られ、廃トナーとして回収される。ここで、中間転写システムの場合、検出位置とクリーニングブレードの間に２次転写ローラが配置されており、この２次転写ローラにクリーニング前のトナーが付着してしまう。この残留・付着トナーが用紙の裏面に汚れとなって付着し、画像品質を低下させてしまう。この２次転写ローラによる用紙裏面汚れを無くすため、２次転写ローラにバイアスを印加し、中間転写ベルト側にトナーを引き寄せ、クリーニングブレードでトナーを回収することでクリーニングを行っている。

このクリーニング動作はユーザダウンタイムの増大につながるため、残留トナーを検知し、クリーニング時間を最適化する技術は、例えば特許文献１（特開２００３−８４５８２号公報）に記載されているように既に知られている。

この特許文献１には、トナー像が転写ローラ部を通過する際、トナーが転写ローラの表面に落下等し、転写ローラの表面に付着していたのをクリーニングすることを目的とし、トナーパターン像Ｔの濃度検出信号（光センサからの出力）から転写ローラに付着しているトナーの付着量を想定し、転写ローラに印加するトナーと同極性のバイアスを印加する時間又は電圧値を確定して転写ローラをクリーニングすることが開示されている。

しかし、前記特許文献１記載の発明を含め、これまでに知られているトナー検知方法は２次転写ローラ直後の場所で直接中間転写ベルトを見ているわけではなく間接的に検知し、その検知結果に基づいて残留トナーを推測するという検知方法をとっていたので、検知結果が取得できるまで時間がかかっていた。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、中間転写ベルト上のトナーを直接検知することにより、検知までの時間を短縮し、クリーニング時間をさらに最適化することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、複数の像担持体が無端状搬送体の移動方向に沿って並設され、各々の像担持体に対して電子写真工程により異なる色の現像剤像を作像する作像手段と、前記各像担持体上に転写された現像剤像を前記無端状搬送体上に転写する第１の転写手段と、前記無端状搬送体上に転写された現像剤像を記録媒体に転写する第２の転写手段と、前記無端状搬送体上に作像された所定の現像剤パターンを照射し、当該パターンからの反射光の状態を検出する複数のパターン検出手段と、前記各像担持体により作像された現像剤像の位置ずれ補正処理と、前記無端状搬送体を回転させつつ前記第２の転写手段にバイアスを印加して、前記第２の転写手段に付着した現像剤像をクリーニングする処理とを行う制御手段と、を備え、前記パターン検出手段は、前記第２の転写手段と当該第２の転写手段に対して前記無端状搬送体の回転方向最上流側の像担持体との間に配置され、前記制御手段は、位置ずれ補正処理を行う場合には、前記所定の現像剤パターンとして複数色のパターンからなる位置ずれ補正用パターンを形成し、これを前記パターン検出手段で検出した結果に基づいて位置ずれ量を演算し、クリーニング処理を行う場合には、前記第２の転写手段に付着した現像剤像を前記パターン検出した結果に基づいて前記クリーニングする処理のクリーニング時間を決定することを特徴とする。

なお、後述の実施形態では、像担持体は感光体ドラム９、９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙに、作像手段は作像ユニット６、６ＢＫ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｙに、無端状搬送体は中間転写ベルト５に、第１の転写手段は転写器１５、１５ＢＫ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙに、第２の転写手段は２次転写ローラ２２に、パターン検出手段は濃度センサ１７及び位置センサ１８，１９に、制御手段はＣＰＵ５１に、それぞれ対応する。

本発明によれば、クリーニングのために新たにパターン検出手段を用意することなく、別用途で既に搭載している位置合わせ用のパターン検出手段を流用して残留トナーを直接検知することができる。また、残留トナー検知までの時間を短縮し、第２の転写手段のクリーニング時間を最適化することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置を含む画像形成システムの全体的な構成を示すブロック図である。 画像形成装置の詳細を示す図で、中間転写ベルトに沿って各色の作像ユニットが並べられたタンデムタイプの構成を示す。 露光器の内部構造の概略を示す図である。 パターン検出手段としての濃度センサを拡大して示す図である。 パターン検出センサとしての位置センサ及び濃度センサによってトナーパターン検出を行うときの検出構成を示す図である。 中間転写ベルト上に作像された補正用パターンの例を示す図である。 図６の色合わせパターンの検出原理を説明するための図である。 位置ずれ補正に必要な補正量を算出するための検出されたデータの処理を行う位置ずれ補正回路の回路構成を示すブロック図である。 位置ずれ補正に必要な補正量を算出するためデータの処理についての説明図である。 スレッシュレベルの設定手順を示すフローチャートである。 位置ずれ補正の処理手順を示すフローチャートである。

本発明は、位置センサを２次転写ローラの下流側に中間転写ベルトに対向させて設置し、当該中間転写ベルト上を光検知することにより２次転写ローラクリーニング時の残留トナーを直接位置センサで検出し、位置合わせ補正時に行うクリーニング動作の実行時間を最適化制御することを特徴としている。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置を含む画像形成システムの全体的な構成を示すブロック図である。同図において、本実施形態に係る画像形成装置ＰＲは４色のタンデム型のカラー画像形成装置であり、図１のブロック図に示すように、画像データ生成装置ＤＰと画像形成装置ＰＲとによって画像形成システムＳＹが構成されている。

画像形成装置の詳細は、図２に示すように、中間転写ベルトに沿って各色の作像ユニットが並べられた構成のタンデムタイプである。給紙トレイから給紙される用紙を搬送する中間転写ベルトに沿って、この中間転写ベルトの搬送方向の上流側から順に、複数の作像ユニットが配列されている。

画像形成に際して、給紙トレイに収納された用紙は上から順に送り出され、静電吸着作用により中間転写ベルトに吸着されて中間転写ベルトと２次転写ローラによりトナー画像を転写される。

作像ユニットは、感光体ドラム、帯電器、露光器、現像器、感光体クリーナ、除電器等から構成されている。

図２は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図２において、本実施形態における画像形成装置は、無端状移動手段である中間転写ベルトに沿って各色の作像ユニットが並べられた間接転写方式のタンデム型画像形成装置である。この画像形成装置は、給紙トレイ１と、露光器１１と、複数の作像ユニット６と、中間転写ベルト５と、転写器１５（１次転写装置）と、２次転写ローラ（２次転写装置）２２と、定着器１６とを少なくとも備えている。

中間ベルト５は、給紙トレイ１から給紙ローラ２と分離ローラ３とにより分離給紙される用紙（記録紙）４を静電吸着して搬送し、作像ユニット６はブラック（ＢＫ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の４色の作像ユニット（電子写真プロセス部）６ＢＫ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｙを備え、中間転写ベルト５の回転方向に沿って上流側から前記順序で配置されている。これら複数の作像ユニット６ＢＫ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｙは、作像するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。作像ユニット６ＢＫはブラックの画像を、作像ユニット６Ｍはマゼンタの画像を、作像ユニット６Ｃはシアンの画像を、作像ユニット６Ｙはイエローの画像をそれぞれ作像する。

以下の説明では、各色共通の構成について色を示す添え字ＢＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙを省略し、色毎の説明に代えて総括的に説明する。

中間転写ベルト５は無端状のベルトからなり、駆動ローラ７と従動ローラ８と間に張設される。駆動ローラ７は、不図示の駆動モータにより回転駆動され、図示矢印方向に（図示反時計方向）に移動する。画像形成に際して、給紙トレイ１に収納された用紙４は最上位のものから順に送り出され、静電吸着作用により中間転写ベルト５に吸着され、回転している中間転写ベルト５により最初の作像ユニット６ＢＫに搬送され、ここで、ブラックのトナー画像が転写される。

作像ユニット６は、感光体としての感光体ドラム９、この感光体ドラム９の外周に沿って配置された帯電器１０、現像器１２、転写器１５、感光体クリーナ１３、除電器（図示せず）等を備え、帯電器１０と現像器１２の間に露光器１１から出射されたレーザ光１４が照射される露光部が設けられている。露光器１１は、各作像ユニット６の感光体ドラム９の露光部に当該作像ユニット６で作像される画像色に対応する露光ビームであるレーザ光１４をそれぞれ照射する。また、転写器１５は中間転写ベルト５を介して感光体ドラム９に対向するように設けられている。

間接転写方式のタンデム型画像形成装置では、中間転写ベルト５に１次転写され、４色重畳された画像を用紙に一括して２次転写することにより用紙上にフルカラーの画像を形成する。

図３は露光器１１の内部構造の概略を示す図である。各画像色の露光ビームであるレーザ光１４ＢＫ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙはそれぞれ光源であるレーザダイオード２４ＢＫ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｙから照射される。照射されたレーザ光は回転多面鏡２３によって光学系２５ＢＫ，２５Ｍ，２５Ｃ，２５Ｙを経て、光路を調整された後、感光体ドラム９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙの表面へと走査される。回転多面鏡２３は６面体のポリゴンミラーであり、回転をすることによってポリゴンミラー１面につき主走査方向１ライン分の露光ビームを走査する。光源の４個のレーザダイオード２４対して、ポリゴンミラー１つで走査を行う。レーザ光１４は、レーザ光１４ＢＫ，１４Ｍと、レーザ光１４Ｃ，１４Ｙの２色ずつの露光ビームに分けて回転多面鏡２３の対向反射面を用いて走査を行うことによって、異なる４つの感光体ドラム９へと同時に露光することを可能としている。光学系２５は反射光を等間隔に揃えるf-θレンズと、レーザ光を偏向する偏向ミラーで構成されている。

同期検知センサ２６は主走査方向の画像領域外に配置され、１ラインの走査毎にレーザ光１４ＢＫ、１４Ｙを検出し、作像時の露光開始タイミングを調節する。同期検知センサ２６は光学系２５ＢＫ側に配置されているため、レーザ光１４Ｙは同期検知用折り返しミラー２５Ｙ＿Ｙ１、２５Ｙ＿Ｙ２、２５Ｙ＿Ｙ３を経由して同期検知センサ２６に入射する。レーザ光１４Ｍ，１４Ｃは同期検知センサ２６による書き出しタイミングの調節ができないため、マゼンタの露光開始タイミングはブラックの露光開始タイミングに、シアンの露光開始タイミングはイエローの露光開始タイミングに一致させて各色の画像位置を揃えている。

画像形成に際し、感光体ドラム９ＢＫの外周面は、暗中にて帯電器１０ＢＫにより一様に帯電された後、露光器１１からのブラック画像に対応したレーザ光１４ＢＫにより露光され、感光体ドラム９ＢＫ表面に静電潜像が形成される。現像器１２ＢＫは、この静電潜像にブラックトナーを付着させて顕像化する。これにより、感光体ドラム９ＢＫ上にブラックのトナー画像が作像される。

このトナー画像は、感光体ドラム９ＢＫと中間転写ベルト５とが接する位置（１次転写位置）で、転写器１５ＢＫの働きにより中間転写ベルト５上に転写される。この転写により、中間転写ベルト５上にブラックのトナーによる画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体ドラム９ＢＫは、外周面に残留した不要なトナーが感光体クリーナにより払拭された後、除電器１３ＢＫにより除電され、次の画像形成のために待機する。

以上のようにして、作像ユニット６ＢＫでブラックのトナー画像を転写された中間転写ベルト５は次の作像ユニット６Ｍに搬送される。その間、作像ユニット６Ｍ，６Ｃ，６Ｙにおいても、作像ユニット６ＢＫでの作像プロセスと同様のプロセスにより感光体ドラム９Ｍ，９Ｃ，９Ｙ上にマゼンタ、シアン、イエローのトナー画像が転写器１５における転写タイミングだけずれて作像され、そのトナー画像が中間転写ベルト５上に転写されたブラックの画像に順次重畳されて転写される。こうして、中間転写ベルト５上にフルカラーの画像が形成される。この中間転写ベルト５上に重畳されて作像されたフルカラーの画像は２次転写ローラ２２位置で給紙トレイ１から給紙された用紙４上に２次転写され、用紙４上にフルカラーの画像が形成されることになる。用紙４上に形成されたフルカラーの画像は定着器１６で定着された後、画像形成装置の外部に排紙される。

以上のような構成のカラー画像形成装置では、感光体ドラム９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙの軸間距離の誤差、感光体ドラム９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙの平行度誤差、露光器１１内における偏向ミラーの設置誤差、感光体ドラム９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙへの静電潜像の書き込みタイミング誤差等により、本来重ならなければならない位置に各色のトナー画像が重ならず、各色間で位置ずれが生ずることがある。こうした各色の位置ずれの成分としては、主にスキュー、副走査方向のレジストずれ、主走査方向の倍率誤差、主走査方向のレジストずれなどが知られている。

このようなずれを解消するため、各色のトナー画像の位置ずれを補正する必要がある。位置ずれ補正はＢＫの画像位置に対して、Ｍ、Ｃ、Ｙの３色の画像位置を合わせる形で行う。本実施形態では、図２に示すように作像ユニット６Ｙの下流側であって、２次転写ローラ２２の上流側に、中間転写ベルト５に対向させてトナーパターンを検出する画像検出手段として濃度センサ１７が設けられ、作像ユニット６ＢＫの上流側であって、２次転写ローラ２２の下流側に位置センサ１８，１９が設けられている。これらのトナーパターンを検出するセンサ１７，１８，１９は反射型の光学センサである。

位置ずれ補正あるいは濃度補正に必要な位置ずれ量あるいはトナー付着量の情報を算出するため、中間転写ベルト５上に後述の図５に示すようなパターン３０ａ，３０ｂ，３１を作像し、各センサ１７，１８，１９で各色の補正用パターン３０ａ，３０ｂ，３１を読み取り、検出後、クリーニング部２０でクリーニングされ、中間転写ベルト５上から除去される。

図４は濃度センサ１７の拡大図、図５は位置センサ１８，１９及び濃度センサ１７によってトナーパターン検出を行うときの検出構成を示す図で、中間転写ベルト５、補正用パターン３０、及び各センサ１７，１８，１９の位置関係を示す。なお、位置センサ１８，１９は発光部（素子）２７と正反射受光部（素子）２８を備え、濃度センサ１７はさらに拡散反射部（素子）２９を備える。すなわち、位置センサ１８，１９は図４に示した濃度センサ１７の構成に対して拡散反射部２９が省かれた構成となっている。位置センサ１８，１９は主走査方向の両端に配置され、各々に対して色合わせパターン（位置ずれ補正用パターン）３０ａ，３０ｂ列が形成され、中央の濃度センサ１７に対してのみ濃度パターン（濃度補正用パターン）３１が形成される。

図４において、濃度センサ１７は発光部２７と、正反射受光部２８と、拡散反射受光部２９とを備える。発光部２７からは中間転写ベルト５上に形成された濃度パターン３１に光ビーム２７ａが照射され、その正反射光成分と拡散反射光成分を含んだ反射光を正反射受光部２８が受光し、濃度センサ１７によって前記濃度パターン３１を検出することができる。濃度パターン３１の検出時には正反射受光部２８で正反射光成分と拡散反射光成分を含んだ反射光を受光し、拡散反射受光部２９で拡散反射光を受光する。

また、位置センサ１８，１９によって位置ずれ補正用パターン３０ａ，３０ｂが検出される。位置センサ１８，１９は、図５に示すように主走査方向の両端部に配置され、各々に対して色合わせパターン列３０ａ，３０ｂが形成される。なお、図５では、各色の各種色ずれ量を求めるために必要な最低限の１組のパターン列を示している。

図６は補正用パターン３０ａ，３０ｂ，３１の例を示す図である。色ずれ補正用パターン３０ａ，３０ｂは、ＢＫ、Ｍ、Ｃ、Ｙの４色からなる直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙと斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓの計８本のパターン列をもって１組のパターン列としている。斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓは全て右上り斜線（図において副走査方向に対して平面視右端が上位置に左端が下位置）である。このパターン列を２つの位置センサ１８，１９に対してそれぞれ作成し、さらに副走査方向に複数セット作成している。なお、以下の説明において色合わせパターンは総括的には符号３０で、濃度パターンは符号３１でそれぞれ示す。

同様に濃度パターン３１も、ＢＫ、Ｍ、Ｃ、Ｙの４色からなる直線パターン３１ＢＫ＿Ｙ，３１Ｍ＿Ｙ，３１Ｃ＿Ｙ，３１Ｙ＿Ｙと斜線パターン３１ＢＫ＿Ｓ，３１Ｍ＿Ｓ，３１Ｃ＿Ｓ，３１Ｙ＿Ｓの計８本のパターン列をもって１組のパターン列としている。斜線パターン３１ＢＫ＿Ｓ，３１Ｍ＿Ｓ，３１Ｃ＿Ｓ，３１Ｙ＿Ｓは色ずれ補正パターン３０ａ，３０ｂと同様に全て右上り斜線である。このパターン列を位置センサ１８，１９の場合と同様に作成し、さらに副走査方向に複数セット作成している。

加えて、色合わせパターン３０及び濃度パターン３１は、パターンの先頭に検出タイミング補正用パターン３０ＢＫ＿Ｄ，３１ＢＫ＿Ｄを備えている。各センサ１７，１８，１９は、直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙ、３１ＢＫ＿Ｙ，３１Ｍ＿Ｙ，３１Ｃ＿Ｙ，３１Ｙ＿Ｙと斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓ、斜線パターン３１ＢＫ＿Ｓ，３１Ｍ＿Ｓ，３１Ｃ＿Ｓ，３１Ｙ＿Ｓを検出する直前に検出タイミング補正用パターン３０ＢＫ＿Ｄ、３１ＢＫ＿Ｄを検出することによって、パターンの作像開始から画像検出手段の位置に到達するまでの時間を検出し、理論値との誤差を算出し、補正することによって適切なタイミングで直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙ、３１ＢＫ＿Ｙ，３１Ｍ＿Ｙ，３１Ｃ＿Ｙ，３１Ｙ＿Ｙと斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓ、３１ＢＫ＿Ｓ，３１Ｍ＿Ｓ，３１Ｃ＿Ｓ，３１Ｙ＿Ｓを検出することができる。

図７は図６の色合わせパターンの検出原理を説明するための図である。図７（ａ）は補正用パターン、照射光のスポット径、及び正反射受光部のスポット径との関係を示し、図７（ｂ）は補正用パターンの受光信号の拡散光成分と正反射成分との関係の一例を示し、図７（ｃ）は正反射受光部の出力信号と補正用パターンの中点を求める求め方を示している。

中間転写ベルト５上には図６に示すようにＢＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙ各色の色合わせパターン３０が形成されている。図７（ａ）では、直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙの副走査方向のパターン幅を符号３４で、隣接する直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ間の間隔を符号３５で、色合わせパターン３０を照射する発光部２７のパターン位置におけるスポット径を符号３３で、正反射部で検知されるスポット径を符号３２で示している。

発光部２７からは光ビーム２７ａが中間転写ベルト５の色合わせパターン３０に照射される。正反射受光部２８の出力信号は中間転写ベルト５上からの反射光であり、正反射光成分と拡散反射光成分を含んでいる。そこで、このような関係の元で中間転写ベルト５が移動すると、ＴＭセンサ１７，１８，１９の受光信号の拡散反射成分は図６（ｂ）において符号３７で示すように、また、正反射成分は符号３８で示すような特性を示す。また、図６（ｃ）において、符号３６は正反射受光部２８の出力信号を示す。図６（ｃ）においては、グラフの縦軸は正反射受光部２８の出力信号強度、横軸は時間を示している。後述するＣＰＵ５１は、位置センサ１８，１９の正反射受光部２８の出力信号３６の検出波形がスレッシュライン４１と交差した位置をもって、パターンのエッジ４２ＢＫ＿１、４２ＢＫ＿２、４２Ｍ,Ｃ,Ｙ＿１、４２Ｍ,Ｃ,Ｙ＿２を検出したと判断する。さらに、これら２点のエッジの平均値をとって画像位置と判定する。正反射受光部２８の出力信号強度、すなわち、反射光強度は、この図では、中間転写ベルト５の表面からの反射光強度と最も濃度が高いパターンの反射光強度の中央値、すなわち、１／２の強度に設定し、当該反射光強度をスレッシュライン４１として設定している。ただし、色合わせパターン３０を検出する位置センサ１８，１９は２次転写ローラ２２の下流側に設置されているため、中間転写ベルト５と２次転写ローラ２２が物理的に接触していることにより中間転写ベルト５上の色合わせパターンは一部除かれてしまう。よってそれに応じたスレッシュレベルを設定する。この設定手順については後述の図１０で説明する。

図７（ｂ）において、符号３７は受光信号の拡散反射光成分である。拡散反射光成分は、中間転写ベルト５の表面とＢＫの色合わせパターン３０ＢＫ＿Ｙパターン上からは反射しないが、Ｍ，Ｃ，Ｙの色合わせパターン３０Ｍ，Ｃ，Ｙ＿Ｙパターン上から反射している。符号３８は受光信号の正反射光成分である。正反射光成分は、中間転写ベルト５の表面で強く反射し、色合わせパターン３０のパターン上からは色に拘わらず反射していない。

図７（ｃ）の正反射受光部２８の出力信号３６から分かるようにカラーパターン検出時には正反射光成分に拡散反射光成分が重畳された反射光を検出することによってＢＫパターン検出時と比較してＳ／Ｎ比が低下している。このとき安定してパターンのエッジを検出するために、
Ｉ）発光部２７は光ビーム２７ａの強度を１回の位置ずれ補正や付着量補正の実行中は一定の値に保つ。
II）さらに、照射光の強度は位置ずれ補正や付着量補正実行のたびに最適な値に調節する。
III）パターンが存在しないときに搬送ベルト５上に光ビーム２７ａを様々な強度で照射し、そのときの正反射受光部２８の検出結果を用いて中間転写ベルト５上からの正反射光レベルが狙いの値になるように光ビーム２７ａの照射強度を決定する。
IV）発光部２７のＬＥＤの照射強度は駆動回路に入力するＰＷＭ波形の周波数を変更すことによって行う。
V）また、調整時間の短縮が必要になるときは調整を行わず、ＰＷＭ波形の周波数は固定値を使い続け、光ビーム２６ａの照射強度は一定とする。
というように処理する。

位置センサ１８，１９は、発光部２７と正反射受光部２８のアライメントを調整することによって正確に色合わせパターン３０を検出することができる。このアライメントが機械的公差や取り付け誤差等によってずれたときに、図７（ｂ）から分かるように各色の直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙからの正反射光成分３８波形と拡散反射光成分３７波形のピーク位置がずれる。すなわち、正反射受光部２８からの出力信号（正反射成分３８波形）では、３０ＢＫパターンは実際のパターンの中点と出力信号のピーク位置が一致しているが、３０Ｍ，Ｃ，Ｙパターンは実際のパターンの中点と出力信号（正反射成分３７波形）のピーク位置が異なる。その結果、カラーパターンの検出位置に誤差が生じ、正確な位置を検出することができない。このカラーパターン検出時のＳ／Ｎ比低下及び検出誤差は直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙよりも斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓを検出したときに大きくなる。

また、図７（ａ）に示すように搬送ベルト５上にベルト傷や付着物といった外乱４３が存在すると、この傷や付着物を位置ずれ補正用パターン３０と誤検出してしまう場合がある。外乱４３に光ビーム２７ａを照射すると、平滑な中間転写ベルト５上と比較して正反射光の反射レベルが下がる（図７（ｂ）参照）。この外乱４３の反射レベルがスレッシュライン４１より下がったとき、センサ１７，１８，１９は外乱４３を位置ずれ補正用パターン３０を検出したと誤認識する。これを防ぐためには、位置ずれ補正用パターン３０の検出時のＳ／Ｎ比を向上させ、スレッシュライン４１を下げることが有効である。

位置ずれ補正は、図６に示した色合わせパターン３０を用い、位置センサ１８，１９からの出力に基づいてＣＰＵ５１が所定の演算処理を実行することにより行われる。すなわち、図６の色合わせパターン３０の検出結果から直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙの画像位置を求め、ＣＰＵ５１が所定の演算処理を行うことによって副走査レジストのずれ量、スキューを求めることができる。さらに、直線パターン３０ＢＫ＿Ｙ，３０Ｍ＿Ｙ，３０Ｃ＿Ｙ，３０Ｙ＿Ｙの画像位置に加えて、斜線パターン３０ＢＫ＿Ｓ，３０Ｍ＿Ｓ，３０Ｃ＿Ｓ，３０Ｙ＿Ｓの画像位置を求めてＣＰＵ５１が所定の演算処理を行うと、主走査方向の倍率誤差、主走査方向のレジストずれ量が各々求められる。この結果をもとに位置ずれ補正が行われる。

スキューに関しては、例えば露光器１１内の偏向ミラーあるいは露光器１１自体をアクチュエータによって傾きを加えることによって補正することができる。副走査方向のレジストずれに対しては、例えばラインの書き出しタイミング及びポリゴンミラーの面位相制御によって補正することができる。主走査方向の倍率誤差に関しては、例えば書き込み画周波数を変更することによって補正する。主走査方向のレジストずれに関しては、主走査ラインの書き出しタイミングを変更することによって補正することができる。

図８は、位置ずれ補正に必要な補正量を算出するための、検出されたデータの処理を行う位置ずれ補正回路の回路構成を示すブロック図である。同図において、位置ずれ補正回路は、制御回路と検出回路とからなり、検出回路は制御回路のＩ／Ｏポート４９を介して制御回路に接続されている。

検出回路はセンサ１７，１８，１９、増幅器４４、フィルタ４５、Ａ／Ｄ変換部４６、サンプリング制御部４７、ＦＩＦＯメモリ４８、及び発光量制御部５４を備えている。制御回路はＣＰＵ５１にバス５０を介してＲＡＭ５２とＲＯＭ５３が接続され、また、Ｉ／Ｏポート４９がデータバス５０に接続されている。

前記位置センサ１８，１９の正反射受光部２８で得られた出力信号は、増幅器４４によって増幅され、フィルタ４５によってライン検出の信号成分のみを通過させ、Ａ／Ｄ変換器４６によってアナログデータからデジタルデータに変換される。データのサンプリングは、サンプリング制御部４７によって制御され、サンプリングされたデータはＦＩＦＯメモリ４８に格納される。１組の位置ずれ補正用パターン３０の検出が終了した後、格納されていたデータはＩ／Ｏポート４９を介して、データバス５０によりＣＰＵ５１及びＲＡＭ５２にロードされ、ＣＰＵ５１は所定の演算処理を行い、上述した各種ずれ量を求める。

ＲＯＭ５３には、上述した各種ずれ量を演算するためのプログラムをはじめ、本実施形態における異常検知制御、位置ずれ補正制御及び画像形成装置を制御するための各種プログラムが格納されている。また、ＣＰＵ５１は正反射受光部２８からの検出信号を適当なタイミングでモニタしており、中間転写ベルト５及び発光部２７の劣化等が起こっても確実に検出ができるように発光量制御部５４によって発光量を制御しており、正反射受光部２８からの受光信号のレベルが常に一定になるようにしている。ＲＡＭ５２はＣＰＵ５１がプログラムを実行する際のワークエリアとして機能する。このように、ＣＰＵ５１とＲＯＭ５３とが、画像形成装置全体の動作を制御する制御手段として機能する。

このように色合わせパターン３０を作像し、検出することによって各色間の位置ずれ補正を行い、高品質な画像を出力することができる。その際、色ずれをより低減し、高品質な画像を得るためにはカラーパターンの検出誤差とパターンの誤検出の低減が不可欠である。このために、本実施例では、カラーパターン（色合わせパターン３０）からの拡散反射光成分の影響が最小となる色合わせパターンの単位面積当りのトナー付着量を算出する。そのために、濃度パターン３１を用いる。

また、画像形成装置では、濃度ムラのない高品質な画像を得るために各色のトナー画像を印画紙に転写する際に単位面積当りのトナー付着量を一定にする必要がある。そのために付着量を制御する現像バイアス電圧と露光ビーム光量を様々に変化させた各色の濃度パターンを作像し、ＴＭセンサ等の検出手段によって各色パターンの付着量を検出し、狙いの単位面積当りのトナー付着量（濃度）を得るための現像バイアス電圧と露光ビーム光量を算出する濃度補正が一般的に行われている。この種の技術は、例えば特許第３６６７９７１号公報に記載されており、本発明とは直接関係がないので、ここでの説明は省略する。ただし、前述のように、本実施形態では、中央の濃度センサ１７に対してのみ濃度パターン３１が作像される。

すなわち、付着量補正用パターンは画像中央にあるＴＭセンサ１８の位置で、色毎に例えば４段階の濃度の副走査方向に並んだパッチによって形成され、現像バイアス電圧とレーザ光の光量をパターン毎に変化させることによって様々な付着量補正用パターン３０が副走査方向に所定間隔で作像される。パターンは４色全てで同様に作像する。この付着量補正用パターンからの反射光をＴＭセンサ１８で検出し、画像形成装置はＴＭセンサ１８の検出結果に基づいて付着量補正を行う。

このような処理により実行される位置ずれ補正において、中間転写ベルト５と２次転写ローラ２２は接触しているため、色合わせパターン３０が２次転写ローラ２２上に付着してしまう。そして、この２次転写ローラ２２に付着したトナーが印刷時の用紙の裏面に接触し、裏汚れの問題となってしまう。

そのため、通常は色合わせパターン３０が２次転写ローラ２２を通過している間は２次転写ローラ２２にトナーと逆極性のバイアスを印加し、トナーが引き寄せられないように制御している。しかし、それでも物理的に接触しているためトナーは付着してしまう。

そこで、色合わせパターン３０通過後にさらに２次転写ローラ２２からトナーを引き離し、中間転写ベルト５側にトナーを引き寄せ、クリーニング部でトナーを除去するクリーニングを実行している。このクリーニングは、トナーと同極性と逆極性のクリーニングバイアスを交互に印加することにより行う。これはトナーには本来の極性とは逆のものが混じってしまうからである。

クリーニングバイアスを印加し、２次転写ローラ２２から中間転写ベルト５側にトナーを引き寄せることによって２次転写ローラ２２をクリーニングすることはできるが、どの程度の時間クリーニングバイアスを印加すれば、２次転写ローラ２２に付着したトナーを完全に引き離せるかは検出することはできず、これを考慮してクリーニング時間はマージンをもって長めに設定されており、ユーザダウンタイム増大の原因となっている。

このクリーニング時間を最適化するためには２次転写ローラ２２から引き寄せられた中間転写ベルト５上の残留トナー量を直接検知し、検知しなくなった時点でクリーニングを終了すればよい。ここで、２次転写ローラ２２から位置センサ１８，１９までの距離がより短ければ、より早く残留トナーを検知できるのでクリーニング時間をより短くできる。さらに、２次転写ローラ２２からクリーニング部２０までの距離がより短ければ、残留トナーをより早く中間転写ベルト５上から除去できるのでクリーニング時間を短くできる。

図９は前記残留トナー量の検出方法を示す説明図である。２次転写ローラ２２を通過後の色合わせパターン３０を位置センサ１８，１９で検出した場合、図９に示す第１の検出波形３６＿ｐｔが得られる。また、クリーニング時に、クリーニングバイアスを印加することによって２次転写ローラ２２から中間転写ベルト５側に引き寄せられる残留トナーを検出した場合は、第２の検出波形３６＿ｃｌが得られる。

第１の検出波形３６＿ｐｔではスレッシュライン４１との交点が２次転写ローラ２２を通過後の色合わせパターン３０のエッジと判断され、第２の検出波形３６＿ｃｌではスレッシュライン５１との交点が残留トナーのエッジと判断される。

図１０はスレッシュレベルの設定手順を示すフローチャートである。前提として、ＲＡＭ５２にはパターン検出用スレッシュレベル４１と残留トナー検出用スレッシュレベル５５とが予め保存されている。パターン検出用スレッシュレベル４１は機内温湿度変化に応じて変化するトナー濃度毎に、複数レベルが事前にＲＡＭ５２に保存され、機内温湿度変化に応じて保存されたスレッシュレベルからパターン検出用スレッシュレベル４１が選択される。また、残留トナー検出用スレッシュレベル５５は予め第１及び第２の２種類のレベルがＲＡＭ５２に保存される。言い換えれば、パターン検出用スレッシュレベル４１は機内温湿度変化に応じて変化するトナー濃度毎に複数用意され、残留トナー検出用スレッシュレベル５５は２種類用意される。

そこで、スレッシュレベルを設定する場合、まず、画像形成装置ＰＲの機内環境情報、ここでは機内温度、機内湿度情報を取得する（ステップＳ１０１）。次いで、ＲＡＭ５２の保存データを参照し、機内温湿度変化に応じてパターン検出用スレッシュレベルを選択し、設定する（ステップＳ１０２）。

次いで、色合わせパターン３０用のスレッシュラインを設定し（ステップＳ１０３）、色合わせパターン３０を所定セット数検出する（ステップＳ１０４）。検出が終了すると、スレッシュレベルを色合わせパターン検出用スレッシュレベル４１から残留トナー用のスレッシュレベル５５に変更する（ステップＳ１０５）。残留トナー検出用スレッシュレベルは第１及び第２の２種類のスレッシュレベルが事前にＲＡＭ５２に保存されている。第１のスレッシュレベルは残留トナーが検出されなければ、２次転写ローラ２２のトナー汚れは用紙の裏汚れに全く影響を与えないレベルまでクリーニングされていることを示し、第１のスレッシュレベルよりも高い第２のスレッシュレベルで残留トナーが検出されなければ、２次転写ローラ２２のトナー汚れは用紙の裏汚れに多少の影響を与えるレベルまでクリーニングされていることを示す。すなわち、前記第１及び第２のスレッシュレベルは用紙の裏汚れに影響を与えるか否かのレベルが設定される。

ステップＳ１０５でスレッシュレベルをスレッシュライン４１からスレッシュライン５５に変更した後、用紙設定が裏紙か否かをチェックし（ステップＳ１０６）、用紙設定が裏紙でなければ、第１の残留トナー検出用スレッシュレベルにスレッシュレベルを設定し(ステップＳ１０７）、用紙種類選択で裏紙等が設定されている場合には裏汚れよりもクリーニング時間の短縮を優先し、第２の残留トナー検出用スレッシュレベルにスレッシュレベルを設定して（ステップＳ１０８）クリーニング動作を終了する。

図１１は位置ずれ補正の処理手順を示すフローチャートである。この処理では、中間転写ベルト５の駆動が開始されると（ステップＳ２０１）、色合わせパターン３０の作像が開始され（ステップＳ２０２）、色合わせパターン用スレッシュラインが設定される（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３で色合わせパターン用スレッシュラインが設定されると、色合わせパターン３０の検出を開始する（ステップＳ２０４）。

ＣＰＵ５１は色合わせパターン３０を検出しているときはパターン検出用スレッシュレベル４１でパターンエッジ４２＿ｐｔ１，２を検出し、所定の色合わせパターンセット数を検出後（ステップＳ２０５）、色合わせパターン３０の検出を終了すると（ステップＳ２０６）、残留トナー検出用スレッシュレベル５５に設定し直し、クリーニング動作時は残留トナーのパターンエッジ（４２＿ｃｌ１，２）を検出する。ここで設定される残留トナー検出用スレッシュレベル５５は図１０のステップＳ１０７あるいはステップＳ１０８で設定されたスレッシュレベルである。

次いで、クリーニング部２０にクリーニングバイアスの印加を開始し（ステップＳ２０８）、残留トナーの検出処理を開始する（ステップＳ２０９）。残留トナーの検出は前記ステップＳ２０７で設定した残留トナー用のスレッシュライン５５に基づいて実行され、残留トナー用のスレッシュライン５５で残留トナーのエッジを検出できなくなった時点で（ステップＳ２１０）、クリーニングバイアスの印加を終了し（ステップＳ２１１）、中間転写ベルト５の駆動を終了させ（ステップＳ２１２）、クリーニング動作を終了する。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された発明の技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。

９、９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｙ 感光体ドラム
１１ 露光器
６、６ＢＫ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ 作像ユニット
５ 中間転写ベルト
１５、１５ＢＫ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ 転写器
２２ ２次転写ローラ
１７ 濃度センサ
１８，１９ 位置センサ
５１ ＣＰＵ
４１ パターン検出用スレッシュレベル
５５ 残留トナー検出用スレッシュレベル
５２ ＲＡＭ
ＰＲ 画像形成装置

特開２００３−８４５８２号公報

Claims (12)

1. 複数の像担持体が無端状搬送体の移動方向に沿って並設され、各々の像担持体に対して電子写真工程により異なる色の現像剤像を作像する作像手段と、
   前記各像担持体上に転写された現像剤像を前記無端状搬送体上に転写する第１の転写手段と、
   前記無端状搬送体上に転写された現像剤像を記録媒体に転写する第２の転写手段と、
   前記無端状搬送体上に作像された所定の現像剤パターンを照射し、当該パターンからの反射光の状態を検出する複数のパターン検出手段と、
   前記各像担持体により作像された現像剤像の位置ずれ補正処理と、前記無端状搬送体を回転させつつ前記第２の転写手段にバイアスを印加して、前記第２の転写手段に付着した現像剤像をクリーニングする処理とを行う制御手段と、
   を備え、
   前記パターン検出手段は、前記第２の転写手段と当該第２の転写手段に対して前記無端状搬送体の回転方向最上流側の像担持体との間に配置され、
   前記制御手段は、
   位置ずれ補正処理を行う場合には、前記所定の現像剤パターンとして複数色のパターンからなる位置ずれ補正用パターンを形成し、これを前記パターン検出手段で検出した結果に基づいて位置ずれ量を演算し、
   クリーニング処理を行う場合には、前記第２の転写手段に付着した現像剤像を前記パターン検出した結果に基づいて前記クリーニングする処理のクリーニング時間を決定する
   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であって、
   前記位置ずれ補正処理を行う場合に使用する第１の検出閾値と、前記クリーニング処理を行う場合に使用する第２の検出閾値とが設定されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置であって、
   前記制御手段は、前記第１の検出閾値で所定数の位置ずれ補正用パターンを検出した後、前記第２の検出閾値で前記第２の転写手段を通過した後の前記残留している位置ずれ補正用パターンを検出する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２又は３に記載の画像形成装置であって、
   前記第１の検出閾値は予め記憶手段に複数記憶され、
   前記制御手段は温度及び湿度を含む環境条件に応じて閾値を選択する
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１記載の画像形成装置であって、
   前記所定の現像剤パターンが位置ずれ補正用パターンと濃度補正用パターンを含み、
   前記位置ずれ補正用パターンを検出する前記パターン検出手段は前記無端状像担持体の回転方向に対して前記第２の転写手段より下流側に、前記濃度補正用パターンを検出する前記パターン検出手段は前記無端状像担持体の回転方向に対して前記第２の転写手段より上流側にそれぞれ配置されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置であって、
   前記第２の転写手段と当該第２の転写手段に対して前記無端状搬送体の回転方向最上流側の像担持体との間に前記クリーニング処理を行うクリーニング手段が配置され、
   前記位置ずれ補正用のパターンを検出する前記パターン検出手段は前記第２の転写手段と前記無端状搬送体の回転方向下流側の前記クリーニング手段との間に配置されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 複数の像担持体が無端状搬送体の移動方向に沿って並設され、各々の像担持体に対して電子写真工程により異なる色の現像剤像を作像する作像手段と、
   前記各像担持体上に転写された現像剤像を前記無端状搬送体上に転写する第１の転写手段と、
   前記無端状搬送体上に転写された現像剤像を記録媒体に転写する第２の転写手段と、
   前記無端状搬送体上に作像された所定の現像剤パターンを照射し、当該パターンからの反射光の状態を検出する複数のパターン検出手段と、
   前記各像担持体により作像された現像剤像の位置ずれ補正処理と、前記無端状搬送体を回転させつつ前記第２の転写手段にバイアスを印加して、前記第２の転写手段に付着した現像剤像をクリーニングする処理とを行う制御手段と、
   を備え、
   前記パターン検出手段が前記第２の転写手段と当該第２の転写手段に対して前記無端状搬送体の回転方向最上流側の像担持体との間に配置され、
   前記制御手段にクリーニング時間を最適化するための処理を実行させるクリーニング時間最適化制御プログラムであって、
   位置ずれ補正処理を行う場合には、前記所定の現像剤パターンとして複数色のパターンからなる位置ずれ補正用パターンを形成し、これを前記パターン検出手段で検出した結果に基づいて位置ずれ量を演算する手順と、
   クリーニング処理を行う場合には、前記第２の転写手段に付着した現像剤像を前記パターン検出した結果に基づいて前記クリーニングする処理のクリーニング時間を決定する手順と、
   を備えたことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。
8. 請求項７記載のクリーニング時間最適化制御プログラムであって、
   前記位置ずれ補正処理を行う場合の第１の検出閾値及び前記クリーニング処理を行う場合の第２の検出閾値が設定されている
   ことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。
9. 請求項８記載のクリーニング時間最適化制御プログラムであって、
   前記第１の検出閾値で所定数の位置ずれ補正用パターンを検出した後、前記第２の検出閾値で前記第２の転写手段を通過した後の前記残留している位置ずれ補正用パターンを検出する手順をさらに備えた
   ことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。
10. 請求項８又は９に記載のクリーニング時間最適化制御プログラムあって、
    前記第１の検出閾値は予め記憶手段に複数記憶され、
    前記位置ずれ量を演算する手順では温度及び湿度を含む環境条件に応じて閾値が選択される
    ことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。
11. 請求項７記載のクリーニング時間最適化制御プログラムであって、
    前記所定の現像剤パターンが位置ずれ補正用パターンと濃度補正用パターンを含み、
    前記位置ずれ補正用パターンを検出する前記パターン検出手段は前記無端状像担持体の回転方向に対して前記第２の転写手段より下流側に、前記濃度補正用パターンを検出する前記パターン検出手段は前記無端状像担持体の回転方向に対して前記第２の転写手段より上流側にそれぞれ配置されている
    ことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。
12. 請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のクリーニング時間最適化制御プログラムであって、
    前記第２の転写手段と当該第２の転写手段に対して前記無端状搬送体の回転方向最上流側の像担持体との間に前記クリーニング処理を行うクリーニング手段が配置され、
    前記位置ずれ補正用のパターンを検出する前記パターン検出手段は前記第２の転写手段と前記無端状搬送体の回転方向下流側の前記クリーニング手段との間に配置されている
    ことを特徴とするクリーニング時間最適化制御プログラム。