JP6335013B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本開示は、画像形成装置における画像の品質制御に関する。

複数の色のトナー像を重ねて多色画像を形成する画像形成装置では、各トナー像の相対的な位置のずれにより色ずれが生じ得る。色ずれの要因の１つとして、光学部材の温度による変形に起因する、感光体上の光照射位置の変動がある。例えば、ポリゴンミラーを回転させて感光体を走査する構成では、ポリゴンミラーを駆動するモータの発熱や、周囲の部材からの熱により、光学部材の位置や姿勢が変化し、光の照射位置が変動する。この変動は、通常、各色のトナー像を形成する画像形成部毎に異なるため色ずれが発生する。

このため、画像形成装置は、色ずれを補正するキャリブレーションを行う。具体的には、色ずれ量を検出するための検出パターンを形成し、この検出パターンを検出して発生している色ずれ量を測定し、色ずれを低減する様に画像形成条件を調整する。このキャリブレーション中は印刷ができないため、ユーザから見ると、キャリブレーションはダウンタイムとなる。また、高頻度にキャリブレーションを行うと、画像形成に係る各部材が劣化し、かつ、トナーを消費する。したがって、キャリブレーションの実行頻度を適正にする必要がある。

特許文献１は、画像形成装置の使用状態に応じてキャリブレーションの実行条件を変更することを開示している。また、特許文献２は、キャリブレーションと、予測によるレーザ照射位置の補正制御とを併用することで、キャリブレーションの実行回数を低減することを開示している。また、特許文献３は、画像形成装置内に設けた温度センサの出力に基づき、生じている色ずれ量を予測し、予測結果に応じてキャリブレーションを行う構成を開示している。具体的には、前回のキャリブレーション時又は予測時からの温度変化量が閾値未満であると、予測した色ずれ量により色ずれ補正を行い、閾値を超えるとキャリブレーションを行うことを開示している。

特開２０１０−１４１４６３号公報 特開２００３−２０７９７６号公報 特開２０１０−２１７５４４号公報

予測した色ずれ量には誤差が生じる。したがって、予測による色ずれ量を併用する構成では、予測値と測定値との差、つまり、予測誤差を確認することが大事である。しかしながら、特許文献３の構成においては、温度変化量が閾値を超えないとキャリブレーションは実行されない。つまり、実際に生じている色ずれ量が測定されず、予測誤差を評価できない。この場合、実際には予測誤差が大きくなっており、形成される画像の品質が劣化しているかもしれない。また、予測誤差は稼働状態の経過によっても変動する。例えば、図８（Ａ）は、長い待機状態の後に、印刷状態となった場合における色ずれの予測値と測定値との関係の例を示し、図８（Ｂ）は、印刷状態と待機状態が頻繁に繰り返された場合の予測値と測定値との関係の例を示している。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す様に、同じ時間が経過した後の予測誤差は画像形成装置の稼働状態により異なる。これは、一般的に、予測誤差は予測値の増減が多い程、大きくなる傾向があるからである。しかしながら、特許文献３は、前回のキャリブレーション時又は予測時からの温度変化量のみを考慮してキャリブレーションの実行を判定するものであり、稼働状態が考慮されておらず、形成される画像の品質が劣化する可能性がある。

本発明は、予測誤差の増大を抑え、画像の品質劣化を抑える画像形成装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、画像形成装置は、像担持体に複数の色を使用して画像を形成する画像形成手段と、前記画像形成手段により形成された検出パターンを検出する検出手段と、前記検出パターンの検出結果に基づき得られた補正量の測定値に基づき画像形成条件を補正する第１補正手段と、所定タイミングにおいて、前記補正量の変動値を推定して、前記第１補正手段が補正を行ってからの前記補正量の予測値を取得し、前記予測値に基づき補正を行う第２補正手段と、前記第１補正手段が補正を行ってからの、前記第２補正手段が推定する変動値に基づき予測誤差の評価値を求め、前記評価値が第１閾値を超えると前記第１補正手段による補正を実行すると決定する決定手段と、前記第１補正手段が補正を行うと、前記第１補正手段が取得した前記測定値と前記第２補正手段が求めた前記予測値から予測誤差を求め、前記予測誤差に応じて前記第１閾値を更新する更新手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によると、予測誤差の増大を抑え、画像の品質劣化を抑えることができる。

一実施形態による評価値、予測値及び測定値の関係を示す図。 一実施形態による色ずれ補正のフローチャート。 一実施形態による評価値及び予測値の関係を示す図。 一実施形態によるキャリブレーションのフローチャート。 一実施形態による第１閾値の遷移を示す図。 一実施形態による画像形成装置の構成図。 一実施形態による画像形成装置の構成図。 稼働状態の経過により予測誤差が異なることの説明図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図６は、本実施形態による画像形成装置１の概略的な構成図である。画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成して中間転写ベルト３４に転写する。なお、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの構成は使用するトナーの色以外は同じである。したがって、以下では、画像形成部２０Ｙがトナー像を形成して中間転写ベルト３４に転写する動作を代表として説明する。帯電部１３は、回転駆動される感光体１２の表面を一様な電位に帯電させる。光学ユニット１０は、帯電された感光体１２の表面を、形成する画像に応じた光により走査・露光して感光体１２に静電潜像を形成する。現像部１４は、感光体１２の静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。一次転写ローラ３３は、一次転写バイアスにより感光体１２のトナー像を、像担持体である中間転写ベルト３４に転写する。なお、画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに形成したトナー像を重ね合わせて中間転写ベルト３４に転写することで多色のトナー像が形成される。

中間転写ベルト３４は、回転駆動されており、その表面に転写されたトナー像を二次転写ローラ２４の対向位置へと搬送する。カセット２１に収納された記録材は、各ローラにより搬送路２２を搬送されて、中間転写ベルト３４と二次転写ローラ２４のニップ部に導かれる。二次転写ローラ２４は、二次転写バイアスを出力して、搬送路２２を搬送される記録材に中間転写ベルト３４のトナー像を転写する。トナー像が転写された記録材は、定着部２５へと搬送され、定着部２５によりトナー像の定着が行われる。記録材の片面にのみ印刷を行う場合、トナー像の定着後、記録材は排出ローラ２６により装置外へと排出される。一方、記録材の両面に印刷を行う場合、フラッパ３６の位置は、記録材が図中の点線の経路を通って反転経路２８に導かれる様に切り替えられる。記録材は、その後、反転経路２８から再度、搬送路２２に戻されて、もう一方の面にトナー像の転写が行われる。

制御部２００は、画像形成装置１による画像形成や、形成する画像の品質を維持すための各種制御を行う。また、中間転写ベルト３４の対向位置には、検出パターンを検出するセンサ１００が設けられている。なお、本実施形態において、検出パターンは、色ずれ量を測定するためのものである。センサ１００は、中間転写ベルト３４の表面の移動方向に対して直交する方向に２つ設けられる。なお、検出パターンの構成や、検出パターンによる色ずれ量の算出については、公知の方法が使用でき、本実施形態の説明には必要ないため、その説明ついては省略する。

図２は、本実施形態において制御部２００が実行する色ずれ補正に関する制御のフローチャートである。制御部２００は、図２の処理を所定タイミングにおいて繰り返す。この所定タイミングは、例えば、周期的とすることができる。まず、Ｓ１０で制御部２００は、現在の動作状態を確認する。ここで、動作状態とは、待機状態や、省電力状態、印刷状態といった、画像形成装置の動作状態をいう。なお、待機状態とは、印刷を直ちに開始できる状態で印刷の実行を待っている状態であり、省電力状態とは、印刷実行待ちであり、かつ、消費電力を低減するために一部の部材への給電を停止している状態である。また、印刷状態とは印刷を行っている状態である。さらに、印刷状態は、印刷対象の記録材の種類の違い等により印刷のためのプロセス速度を変更する場合には、使用する速度に応じて、複数の状態を設けることができる。なお、上記各動作状態は、例示であり、任意の状態を定義して色ずれ量の予測を行うことができる。

制御部２００は、現在の動作状態から、Ｓ１１で色ずれ量を予測するためのアルゴリズム又はアルゴリズムのパラメータを選択し、Ｓ１２で色ずれ量の予測演算を行って前回からの色ずれ量の変動値を求める。制御部２００は、Ｓ１３でこの変動値の正負を考慮した累積値（以下、予測値と呼ぶ。）と、変動値の絶対値の累積値（以下、単に、評価値と呼ぶ。）を計算して取得する。ここで、予測値は、正負を考慮したものであるため、前回のキャリブレーション時を基準とした色ずれ量の予測値を示している。キャリブレーションでは、実際に検出パターンを形成して測定した色ずれ量により色ずれ補正を行うため、キャリブレーション後の色ずれ量は略零である。したがって、予測値は、現在の色ずれ量を予測したものである。なお、色ずれ量の変動値を求めるためのパラメータやアルゴリズムは、制御部２００内の不揮発性メモリに保存されている。制御部２００は、予測値や評価値を不揮発性メモリに保存することができる。この場合、画像形成装置の電源が一旦オフにされた後にオンとなっても、電源オフ前の評価値や予測値を使用できる。

制御部２００は、Ｓ１４で、評価値が第１閾値を超えているかを判定し、超えているとＳ１８でキャリブレーションを実行する。なお、Ｓ１８での処理の詳細については後述するが、本実施形態において、キャリブレーションとは、検出パターンにより実際に色ずれ量を求めて行う色ずれ補正制御を意味する。また、Ｓ１８でキャリブレーションを実行すると、評価値及び予測値は、零に初期化される。一方、Ｓ１４で、評価値が第１閾値を超えていないと、制御部２００は、以下に説明する様に、予測による色ずれ補正を行う。なお、予測による色ずれ補正においてダウンタイムは発生しない。まず、制御部２００は、予測値が走査線換算で何ラインであるかをＳ１５で判定する。制御部２００は、Ｓ１５で算出した補正ライン数が、前回のＳ１５の処理で計算した値と同じであるか否かをＳ１６で判定し、変化していると、Ｓ１８で予測値に基づき画像条件、本実施形態では露光タイミングを調整する。

例えば、キャリブレーションを実行した後、図２の処理により、予測による色ずれ補正を４回実行し、各回におけるＳ１２の処理での変動値が、走査線換算で、それぞれ、＋１、０、−１、−１であったものとする。この場合、予測値及び評価値はそれぞれ図３（Ａ）の通りとなる。同様に、各回におけるＳ１２での変動値が、走査線換算で、それぞれ、−３、−２、＋１、＋３であったものとする。この場合、予測値及び評価値はそれぞれ図３（Ｂ）の通りとなる。図３（Ａ）及び（Ｂ）の例で、予測による色ずれ補正を４回実行した時点での予測値は共に−１である。しかしながら、予測誤差、つまり、実際に発生している色ずれ量と予測値との差は、キャリブレーション時から現在までどの様な変化を経てきたかに依存する。つまり、図３（Ａ）と（Ｂ）では、予測による色ずれ補正を４回実行した時点での予測誤差は異なる可能性がある。したがって、本実施形態では、予測誤差を評価するために、変動値の単純な累積値、つまり予測値ではなく、変動値の絶対値の累積値を使用する。これは、各回における変動値が大きい程、予測誤差も大きいと推定できるからでる。そして、図２のＳ１４においては、評価値によりキャリブレーションの必要性を判定する。この構成により、予測誤差が大きくなり、画像の品質が劣化することを防ぐことができる。

なお、図２の処理は、色毎に行うが、Ｓ１８での検出パターンによる色ずれ補正は総ての色に対して行う。例えば、画像形成に使用する色のいずれかの色についての評価値が第１閾値を超えると、Ｓ１８でキャリブレーションを行う構成とすることができる。また、予め決めた１つ以上の色のいずれかについて評価値が第１閾値を超えると、Ｓ１８でキャリブレーションを行う構成とすることもできる。

なお、第１閾値の大きさによりキャリブレーションの実行頻度は変化する。具体的には、第１閾値を小さくすると、キャリブレーションの実行頻度は高くなり、第１閾値を大きくすると、キャリブレーションの実行頻度は低くなる。したがって、画像形成装置の個体差により第１閾値を適切に設定することで、キャリブレーションの実行頻度を個体の特性に応じたものとすることができる。このため、本実施形態では、図２のＳ１８においてキャリブレーションを実行した際に、第１閾値を更新する。図４は、図２のＳ１８で行うキャリブレーションのフローチャートである。Ｓ２０で、制御部２００は、検出パターンを中間転写ベルト３４に形成し、Ｓ２１で、センサ１００により検出パターンを検出して、色ずれ量を測定する。そして、制御部２００は、Ｓ２２で、色ずれ量の測定値により色ずれを低減する様に画像形成条件、例えば、感光体１２の露光タイミング等を調整する。その後、制御部２００は、Ｓ２１での色ずれ量の測定値と、図２のＳ１３での予測値を比較して予測誤差を算出し、Ｓ２４で第２閾値と比較する。予測誤差が第２閾値以下であると、当該画像形成装置の特性は予測アルゴリズムに適合している判定できる。したがって、制御部２００は、Ｓ２６で第１閾値を所定値だけ増加させ、キャリブレーションの実行頻度が低くなる様にする。一方、予測誤差が第２閾値より大きいと、当該画像形成装置の特性は予測アルゴリズムとはあまり適合していないと判定できる。したがって、制御部２００は、Ｓ２６で第１閾値を所定値だけ減少させ、キャリブレーションの実行頻度が高くなる様にする。この構成により、キャリブレーションの実行頻度を個体の特性に応じたものとすることができる。最後に、制御部２００は、Ｓ２７で、キャリブレーションを実行したことにより予測値及び評価値を零に初期化する。なお、第１閾値が大きくなり過ぎることを防ぐため、第１閾値の上限値を設ける構成とすることもできる。図５（Ａ）は、キャリブレーションの実行により、第１閾値が個体の特性に応じた値に収束していく様子を示している。なお、図５（Ａ）において、第１閾値の初期値は、例えば、工場出荷時に設定される。

図１は、図８（Ｂ）の測定値及び予測値に、評価値を追加したものである。図１に示す様に、評価値が第１閾値を超えるとキャリブレーションを実行する。また、予測誤差により第１閾値を変更する。なお、図４のフローチャートにおいては、予測誤差が第２閾値より大きいと第１閾値を減少させ、予測誤差が第２閾値以下であると第１閾値を増加させていた。しかしながら、第２閾値と第２閾値より小さい第３閾値を設け、予測誤差が第２閾値より大きいと第１閾値を減少させ、予測誤差が第３閾値より小さいと第１閾値を増加させる構成とすることもできる。この場合、予測誤差が第３閾値以上、かつ、第２閾値以下であると第１閾値をそのままとする。

図４のフローチャートに示す様に第１閾値を調整する事によって得られるキャリブレーションの実行頻度の低減効果について、統計的な側面から説明する。製造される画像形成装置それぞれの予測誤差の分布が、正規分布であると仮定する。そして、±２σの範囲内の全ての個体（全体の９５．４５％）が、所定の品質を満足する様に、第１閾値の初期値を選択したものとする。第１閾値を更新しないものとすると、±σの範囲内に位置する６８．２７％の個体については、その製品の特性に対して２倍以上の頻度でキャリブレーションが実行される状態になってしまう。これに対して、第１閾値を調整することで、キャリブレーションの実行頻度は、各個体差に応じた頻度に収束することになる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態においては、画像形成装置の動作状態により色ずれ量を予測していた。本実施形態では、測定した画像形成装置内の温度により色ずれ量を予測する。図７は、本実施形態の画像形成装置の構成図である。なお、図６の画像形成装置と同様の構成要素には同じ参照符号を付与してその説明は省略する。本実施形態では、光学ユニット１０が各色別に設けられ、さらに、光学ユニット１０Ｋから１０Ｙが配置される空間の下部と上部に、空間の雰囲気温度を検出するための温度センサ５０及び５１を設けている。制御部２００は、温度センサ５０及び５１が測定する温度の差分と、どちらか一方、本例では温度センサ５０の検出結果の変化を元に色ずれ量を予測する。なお、温度による色ずれ量の予測には任意の種々の方法を利用できる。なお、評価値の求め方は第一実施形態と同様である。

本実施形態では、第１閾値の調整処理が第一実施形態と異なる。まず、予測誤差を閾値と比較して３段階で評価する。ここで、各段階を"小"、"中"、"大"とする。制御部２００は、キャリブレーションを５回実行すると、各回での評価結果から第１閾値を増加させるか、減少させるか、そのままとするかを判定する。例えば、５回のうち３回以上、"小"評価があると第１閾値を増加させ、５回のうち３回以上、"大"評価があると第１閾値を減少させ、それ以外の場合には、第１閾値を変更しない構成とすることができる。図５（Ｂ）は、キャリブレーションの実行により、第１閾値が個体の特性に応じた値に収束していく様子を示している。本実施形態では、キャリブレーションを５回実行するごとに第１閾値を増加させるか、減少させるか、そのままとするかが決定される。なお、５回とは例示であり、任意の所定回数を単位として第１閾値の更新について判定することができる。また、評価段階数等についても３段階に限定されない。

［その他の実施形態］
なお、上記実施形態においてキャリブレーションは、評価値が第１閾値より大きくなると実行していたが、キャリブレーションについては、その他の条件により追加的に実行する構成とすることができる。例えば、評価値と第１閾値の大小に拘らず、電源投入時や利用者からの指示によりキャリブレーションを実行することができる。また、上記実施形態では、予測誤差の評価値として、変動値の絶対値の累積値を使用していた。しかしながら、変動値に基づき計算される他の値を評価値とすることもできる。さらには、変動値の正負を考慮した予測値を評価値としても使用できる。これは、キャリブレーションを実行した際に、予測誤差を求めて第１閾値を変更するため、実際の予測誤差によりキャリブレーションの実行頻度が調整され、これにより、予測誤差の増大を抑えることができるからである。

また、上記実施形態では、予測による色ずれ補正を随時行っていたが、予測による色ずれについても所定量を超えると行う構成とすることもできる。また、色ずれの予測についても動作状態や温度以外の種々の値を使用できる。さらに、本発明は、色ずれ補正に限定されず、画像の品質に関する任意の補正制御に適用することができる。例えば、画像の濃度特性を対象として、その変化を予測する構成、つまり、濃度補正に適用することができる。この場合、補正量は、目標濃度と形成された濃度との差、或いは、目標濃度と形成されると予測された濃度との差になる。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０：画像形成部、２０：制御部

Claims (12)

1. 像担持体に複数の色を使用して画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段により形成された検出パターンを検出する検出手段と、
   前記検出パターンの検出結果に基づき得られた補正量の測定値に基づき画像形成条件を補正する第１補正手段と、
   所定タイミングにおいて、前記補正量の変動値を推定して、前記第１補正手段が補正を行ってからの前記補正量の予測値を取得し、前記予測値に基づき補正を行う第２補正手段と、
   前記第１補正手段が補正を行ってからの、前記第２補正手段が推定する変動値に基づき予測誤差の評価値を求め、前記評価値が第１閾値を超えると前記第１補正手段による補正を実行すると決定する決定手段と、
   前記第１補正手段が補正を行うと、前記第１補正手段が取得した前記測定値と前記第２補正手段が求めた前記予測値から予測誤差を求め、前記予測誤差に応じて前記第１閾値を更新する更新手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２補正手段は、前記所定タイミングにおいて、前回の前記所定タイミングからの前記補正量の変動値を推定することを繰り返して、前記第１補正手段が補正を行ってからの前記補正量の予測値を取得することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記評価値は、前記第１補正手段が補正を行ってからの、前記第２補正手段が推定する変動値の絶対値を累積した値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. 前記予測値は、前記第１補正手段が補正を行ってからの、前記第２補正手段が推定する変動値を累積した値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. 前記更新手段は、前記予測誤差が第２閾値より大きいと前記第１閾値を減少させ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. 前記更新手段は、前記予測誤差が第３閾値より小さいと前記第１閾値を増加させ、前記第３閾値は前記第２閾値より小さいことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記更新手段は、前記予測誤差が前記第２閾値より小さいと前記第１閾値を増加させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
8. 前記更新手段は、前記第１補正手段が補正を行う度に前記予測誤差を求め、所定回数だけ前記第１補正手段が補正を行うと、各回で求めた前記予測誤差に基づき前記第１閾値を更新するか否かを決定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。
9. 前記補正量は、色ずれ量であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記補正量は、前記画像形成手段により形成された、或いは、前記画像形成手段による形成されると推定される濃度と目標濃度との差であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記第２補正手段は、前記所定タイミングにおける前記画像形成装置の動作状態に応じて前記変動値を推定するためのアルゴリズム又はアルゴリズムで使用するパラメータを選択することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記第２補正手段は、前記画像形成装置の温度に基づき前記変動値を推定することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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