JP6562884B2 - 画像形成装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、カラーレーザープリンタ、カラー複写機等の電子写真方式のカラー画像形成装置に関する。
カラー画像形成装置のうちタンデム型のものでは、中間転写ベルト(像担持体)に複数色のトナー(現像剤)により形成した複数の色ずれ検査画像(パッチ)と、中間転写ベルトの所定位置に照射した光の反射光を検出する光センサとを用いて色ずれを検出する。具体的には、中間転写ベルト上に基準色トナーと比較色トナーを所定間隔で配置した色ずれ検査画像(複数色のパッチ)を形成する。光センサは、中間転写ベルトのうちパッチが形成されていない領域からは鏡面反射光を受光し、所定位置をパッチが通過するごとに受光量(検出信号)が減衰することで各色トナーの通過タイミングを検出する。そして、基準色トナーの通過タイミングに対する比較色トナーの通過タイミングの差に基づいて色ずれ量を算出する。
ただし、装置の使用に伴って中間転写ベルトが劣化してその鏡面反射率が低下すると、光センサから出力される検出信号のコントラストが低下し、各色トナーの通過タイミングの検出精度が低下するおそれがある。特許文献1には、中間転写ベルトからの鏡面反射光量の変化と拡散反射率が高い有彩色トナーからの拡散反射光量の変化とを比較し、光量変化が大きい方のタイミングを該トナーの通過タイミングとして取得する画像形成装置が開示されている。
特許第5094308号公報
特許文献1にて開示された画像形成装置では、有彩色トナーの通過タイミングの検出には拡散反射光が用いられる一方、無彩色(黒色)トナーについては光拡散反射率が微小であるために鏡面反射光が用いられる。このため、光センサは、中間転写ベルトからの鏡面反射光を検出する検出部と拡散反射光を検出する検出部の2つの検出部を有する。
しかしながら、この装置構成において2つの検出部間に光学的な軸ずれがあると、有彩色トナーの通過を検出する位置と無彩色トナーの通過を検出する位置とにずれが生じ、各色トナーの通過タイミングに検出誤差が生じる。また、中間転写ベルトの面傾斜状態が変化すると鏡面反射光に光線振れが生じるため、面傾斜状態の影響が少ない拡散反射光について検出される通過タイミングに対して、無彩色トナーについて検出される通過タイミングが変動する。これらの結果、良好な色ずれ量検出を行うことが難しくなる。
本発明は、光センサにおける複数の検出部間の軸ずれや鏡面反射光の光線振れの影響を受けることなく各色トナーの通過タイミングを高精度に検出できるようにした画像形成装置を提供する。
本発明の一側面としての画像形成装置は、互いに異なる色の現像剤により画像を形成する複数の現像手段と、色ずれ検出時において複数の現像手段から互い異なる像担持位置に転写された複数色の現像剤を搬送する像担持体と、像担持体に向けて光を照射し、像担持体からの反射光を受光する光センサと、光センサからの出力に基づいて像担持体により搬送される複数色の現像剤がそれぞれ検出位置を通過する通過タイミングを取得する取得手段とを有する。光センサは、像担持体のうち現像剤が転写されていない非転写領域からの第1の拡散反射光と、複数色の現像剤それぞれからの第2の拡散反射光とを受光する。像担持体と光センサとは、第1の拡散反射光の強度が第2の拡散反射光の強度より大きくなるように構成され、取得手段は、光センサからの出力のうち、像担持体上の複数色のいずれの現像剤からの拡散反射光に対応する出力レベルより高い出力レベルでの出力変化に基づいて全ての複数色の現像剤の通過タイミングを取得する。

なお、画像形成装置のコンピュータに通過タイミングの取得処理を実行させるコンピュータプログラムとしての通過タイミング取得処理プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
本発明によれば、全色現像剤の通過タイミングを中間転写ベルトの非転写領域からの拡散反射光を用いて取得する。これにより、光センサにおける複数の検出部間の軸ずれや鏡面反射光の光線振れの影響を受けることなく各色トナーの通過タイミングを高精度に検出することができる。このため、良好な色ずれ検出を行うことができる。
本発明の実施例である画像形成装置の構成を示す図。 実施例における像担持体からの反射光の振る舞いを示す図。 実施例における現像剤からの反射光の振る舞いを示す図。 実施例1における色ずれ検出構成を示す図。 実施例1における色ずれ検出センサの構成を示す図。 実施例1における色ずれ検出センサによるトナー通過タイミングの検出を示す図。 実施例2における色ずれ検出センサの構成を示す図。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、後述する実施例1,2に共通する画像形成装置の実施例について図1を用いて説明する。図1において一部の参照符号の末尾に付加されたY,M,C,Bkは、その構成要素が現像剤としてのトナーの色であるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応することを示す。ただし、本実施例の説明文においては、各色に対応する構成要素の説明を参照符号にY,M,C,Bkを付加することなくまとめて行う。
各色の帯電部1は、図中の細矢印方向に回転駆動する各色の感光ドラム2を一様に帯電する。各色の露光部3は、対応する感光ドラム2にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像部4は、現像バイアスを印加することで静電潜像にトナーを供給して感光ドラム2上に可視像としてのトナー像を形成する。現像部4および感光ドラム2により現像手段が構成される。
各色の一次転写ローラー5は、一次転写バイアスの印加により各色の感光ドラム2上のトナー像を像担持体である中間転写ベルト6に転写する。中間転写ベルト6は、駆動ローラー7によって太矢印方向に回転駆動されており、各色の感光体ドラム2から1つの中間転写ベルト6上にトナー像を重ねて転写することでカラー画像が形成される。
搬送ローラー8,9,10は、カセット20内の記録材を搬送路11に沿って二次転写ローラー12まで搬送する。二次転写ローラー12は、二次転写バイアスの印加により中間転写ベルト6上のトナー像(カラー画像)を記録材に転写する。記録材に転写されずに中間転写ベルト6に残ったトナーは、クリーニングブレード13により除去され、廃トナー回収容器14へと回収される。
トナー像が転写された記録材に対して定着部15において加熱および加圧が行われることで記録材に対してトナー像が定着し、該記録材は搬送ローラー16により装置外に排出される。
エンジン制御部17は、マイクロコンピュータを含み、画像形成装置の各種駆動制御やセンサを用いた制御等を行う。中間転写ベルト6のうち駆動ローラー7に巻き掛けられた部分に対向する位置には、光センサとしての色ずれ検出センサ18が設けられている。
本実施例において、中間転写ベルト6は光拡散性を有する。図2(a)〜(c)を用いて、この中間転写ベルト6に向けて色ずれ検出センサ18から照射された光の振る舞いの例について説明する。
図2(a)は、中間転写ベルト6とこれに入射する光線201の入射角202との角度関係を示す。図2(b)は、比較的平滑な光拡散性を有する中間転写ベルトからの反射光線の入射角202に対する依存性(入射角依存性)を示す。破線、点線および実線のグラフはそれぞれ、入射角202が10deg、20degおよび30degであるときの反射光線の入射角依存性を示している。
例えば、中間転写ベルト6への入射角が30degである場合には、反射光線の強度がピークとなる鏡面反射角度−30degを中心として±30degの方向に光拡散による反射光強度分布が生ずる。入射角が10degおよび20degの場合もそれぞれ、反射光線の強度がピークとなる鏡面反射角度−10degおよび−20degを中心として±30degの方向に光拡散による反射光強度分布が生じる。このような中間転写ベルト6の特性を前方散乱特性という。
図2(b)に示す特性を有する中間転写ベルトは、例えば表層と基層の2層により構成される。表層においては、熱または紫外線硬化性樹脂の内部に、分散された導電粒子と現像剤の2次転写性を向上させるための表層粒子とが添加されている。基層(光拡散層)においては、電気抵抗調整剤として例えばカーボンブラックが分散され、その添加量によって中間転写ベルト内部での光吸収量を調整して外部に放射する拡散反射光量を増減させることができる。
他の例として、中間転写ベルトの製造時に金型が有する微細な凹凸を転写したり、後処理によって表層の表面に微細な凹凸を形成したりする等して、入射光に対して指向性が低い光完全拡散のような反射光強度分布を生じさせる拡散反射特性を与えることもできる。
これらが本実施例における中間転写ベルト6の例であるが、これらに限らず、後述するように中間転写ベルト6のうちトナーが転写されていない非転写領域からの拡散反射光量が全色トナーからの拡散反射光量より大きくなる条件を満たしていればよい。
次に、図3(a)〜(c)を用いて、色ずれ検出センサ18からトナーに照射された光の振る舞いについて説明する。図3(a)は、中間転写ベルト6上に転写されたトナー301と該トナー301に入射する光線302の入射角303との角度関係を示す。また、図3(b)は、トナーが光後方散乱特性を有する場合の反射光線の入射角度特性を示している。破線および実線のグラフはそれぞれ、入射角303が20degおよび30degであるときの反射光線の入射角依存性を示している。
例えば、トナー301への入射角が40degである場合には、反射光線は入射角と等しい反射角40degに強度のピークを有して比較的ブロードな角度範囲に分布する光散乱特性を示す。また、トナー301への入射角が20degである場合においても、同様に反射光線は入射角と等しい反射角20degに強度のピークを有して比較的ブロードな角度範囲に分布する。このようなトナー301の特性を、光後方散乱特性という。このようなトナー301の具体例としては、重合トナーのように、製造されるトナー粒子群が概ね一様な形状を有するトナーがある。
図3(c)は、トナー301が完全拡散特性を有する場合の反射光線の入射角度特性を示している。破線および実線のグラフはそれぞれ、入射角303が20degおよび30degであるときの反射光線の入射角依存性を示している。
例えば、トナー301への入射角が40degである場合には、反射光線がブロードな角度範囲に分布する光散乱特性を示す。トナー301への入射角が20degである場合にも、同様に反射光線がブロードな角度範囲に分布する光散乱特性を示す。このように、トナー301は光線の入射角に依存しない光完全拡散特性を有する。このようなトナー301の具体例としては、粉砕トナーのように製造されるトナー粒子群が製法上一様にならず、様々な粒径や形状を有するトナーがある。
以下、トナーが有する散乱特性ごとに、色ずれ検出センサ18(405,505)の構成例と該色ずれ検出センサ18を用いたトナーの通過タイミング(以下、通過時刻またはトナー通過時刻という)の検出方法について説明する。このトナー通過時刻の検出は、互いに異なる色のトナーのずれである色ずれを検出する色ずれ検出時、例えば色ずれ検出モードが設定された状態において行われる。
実施例1では、中間転写ベルト6が図2(b)に示したような前方散乱特性を有し、トナーが図3(b)に示した後方散乱特性を有する重合トナーである場合について、図4〜図6を用いて説明する。
まず、図4を用いて、図1に示した色ずれ検出センサ18に相当する色ずれ検出センサ405を用いたトナー通過時刻検出構成について説明する。色ずれ検出センサ405は、は、図1に示した中間ベルト6に相当する中間転写ベルト407に対向するように配置されている。色ずれ検出センサ405は、中間転写ベルト407上に不図示の光源からの光が照射された領域であるトナー通過検出位置406を通過する複数色のトナー(パッチ)401〜404の通過時刻を検出するために用いられる。
複数色のトナー401〜404は中間転写ベルト407上の互い異なる位置(像担持位置)に形成(転写)される。後述する色ずれがなければ、トナー401〜404間の間隔は一定、すなわち所定間隔となる。
色ずれ検出センサ405からの出力である検出信号は、中間転写ベルト407により搬送されるブラックトナー401、マゼンタトナー402、シアントナー403およびイエロートナー404がトナー通過検出位置406を順次通過するごとに変化する。図1に示したエンジン制御部17内に設けられた演算部(取得手段)408は、色ずれ検出センサ405からの検出信号の変化(出力変化)に基づいて内部タイマーを参照して複数色のトナー401〜404の通過時刻を取得する。
また演算部408は、基準色トナーであるブラックトナー401の通過時刻を基準とし、この基準通過時刻と比較色トナーであるマゼンタトナー402、シアントナー403およびイエロートナー404の通過時刻である比較通過時刻とを用いて色ずれ量を算出する。色ずれ量の算出方法については後述する。
図5(a),(b)は、色ずれ検出センサ405の構成例とトナー通過検出位置406に中間転写ベルト505の非転写領域またはトナーが存在する場合の拡散反射光の振る舞いを示している。図5(a)は、トナー通過検出位置406に中間転写ベルト505の非転写領域が存在する場合を示す。基板501上に実装された光源502から発せられた光束504は、同じ基板501上に構成されて光束504に指向性を付与する導波路部材503を介して中間転写ベルト505に向けて照射される。中間転写ベルト505の非転写領域にて反射された鏡面反射光束506は、基板501上における鏡面反射入射領域に入射する。基板501上における鏡面反射入射領域とは異なる領域には光検出部(受光部)507が設けられている。光検出部507は、中間転写ベルト505からの鏡面反射方向(前方)への拡散反射光(前方散乱光)508を受光してその受光量に応じた信号値を有する検出信号を出力する。
図5(b)は、トナー通過検出位置406に重合トナー509が存在する場合を示す。光源502から重合トナー509に照射された光束504は、主に後方散乱光束510として光源502側(後方)に拡散される。このため、鏡面反射方向への拡散反射光量が減衰し、図5(a)に示す場合に比べて光検出部507からの検出信号の信号値が低下する。演算部408は、この検出信号の信号値の低下(出力変化)が生じた時刻をトナー通過時刻として取得する。
互いに色が異なるトナー401〜404からの拡散反射光の光量には差があるが、その指向性は重合トナー509であればほぼ共通である。このため、中間転写ベルト505からの拡散反射光量を減衰する効果はトナー色によらずほぼ共通となる。
このように本実施例では、中間転写ベルト505とトナー509が互いに反対方向への指向性散乱特性を有することを利用して中間転写ベルト505からの拡散反射光量の減衰を検出することで、複数色の全てのトナーの通過時刻を取得(検出)することができる。したがって、トナーが有彩色か無彩色かにかかわらず、色ずれ検出センサの構成や反射光線の振れの影響を受けずに高精度にトナー通過時刻を取得することができる。
図6(a),(b)を用いて、本実施例におけるトナー通過時刻の取得方法について詳しく説明する。図6(a)は、各色トナーのトナー通過検出位置の通過に伴って色ずれ検出センサ405(光検出部507)から出力される検出信号の信号値としての検出電圧値を実線で示している。検出電圧値の4つの極小値601〜604は、図4に示したブラックトナー401〜イエロートナー404までの4色のトナーの通過による拡散反射光量の減衰に対応する。検出電圧値におけるハイレベル605は、中間転写ベルトの非転写領域からの拡散反射光を受光しているときの検出電圧値を示す。
また、図中の一点鎖線は、光検出部507が各色トナーからの拡散反射光を受光したと仮定した場合に該拡散反射光の光量に対応する検出電圧値610を示している。この検出電圧値610と本実施例の検出電圧値(601〜605)との比較から分かるように、本実施例では、検出電圧値がトナーからの拡散反射光に対応する検出電圧値610より高い電圧範囲(出力レベル)で変化することに基づいてトナー通過時刻を取得する。
図6(b)は、図6(a)に示す検出電圧値を閾値Vthにて2値化したときの2値化電圧値を示す。4色のトナーがトナー通過検出位置に到達した時刻である到達時刻をそれぞれt1,t3,t5,t7とし、トナー通過検出位置の通過が完了した通過完了時刻をそれぞれt2,t4,t6,t8として示している。各色トナーの通過時刻は、以下の式(1)〜(4)に示すように、各色トナーの到達時刻と通過完了時刻との間の中心時刻とする。
Tbk=(t2+t1)/2 (1)
Tm =(t4+t3)/2 (2)
Tc =(t6+t5)/2 (3)
Ty =(t8+t7)/2 (4)
Tbkはブラックトナー401の通過時刻、Tmはマゼンタトナー402の通過時刻、Tcはシアントナー403の通過時刻、Tyはイエロートナー404の通過時刻である。
次に、取得したトナー通過時刻に基づいて色ずれ量を演算する方法について説明する。コンピュータであるエンジン制御部17の一部である演算部408が、この演算のための通過時刻取得処理をコンピュータプログラムである通過タイミング取得処理プログラムに従って実行する。
前述したように基準色トナーをブラックトナー401とし、比較色トナーをマゼンタトナー402とする。4色のトナーに色ずれがなく、これらトナーが全て前述した所定間隔で形成されている場合に取得される理想的なトナー通過時刻の差を(Tm−Tbk)idealとする。これに対して、実際に取得されたトナー通過時刻の差を(Tm−Tbk)realとする。次式(5)に示すように、(Tm−Tbk)idealと(Tm−Tbk)realとが異なる場合、すなわちこれらの差ΔTが0でない場合は、時間としての色ずれ量(色ずれ時間)ΔTが発生していることを示す。
ΔT=(Tm−Tbk)ideal−(Tm−Tbk)real(≠0) (5)
演算部408は、色ずれ量ΔTを、例えば感光ドラムへの静電潜像の形成タイミングの補正値としてフィードバックする。これにより、中間転写ベルト上に形成される比較色トナーの位置が補正され、色ずれを低減することができる。
本実施例では、図5(a),(b)に示した色ずれ検出センサ405において光検出部507を鏡面反射入射領域を挟んで光源502とは反対側に配置した場合について説明した。ただし、光源から中間転写ベルトへの光線パス特性やこれに対する中間転写ベルトおよびトナーの拡散反射特性に応じて光検出部を他の位置に配置してもよい。光検出部は、中間転写ベルトの非転写領域からの拡散反射光の受光量がトナーからの拡散反射光の受光量より大きいことを満たす位置に配置すればよい。この条件を満たせば、光検出部を鏡面反射入射領域に対して光源と同じ側に配置してもよい。
実施例2では、中間転写ベルト6とトナー(粉砕トナー)がともに完全拡散特性を有する場合について説明する。図4を用いて説明したトナー通過時刻検出構成については本実施例でも同じである。
図7は、色ずれ検出センサ405の構成例とトナー通過検出位置406に中間転写ベルト705の非転写領域が存在する場合の拡散反射光の振る舞いを示している。基板701上に実装された光源702から発せられた光束704は、同じ基板701上に構成されて光束704に指向性を付与する導波路部材703を介して中間転写ベルト705に向けて照射される。中間転写ベルト705の非転写領域にてほぼ完全拡散反射された拡散反射光束708の一部は、基板701上に設けられた光検出部(受光部)707により受光される。光検出部(受光部)707はその受光量に応じた信号値を有する検出信号を出力する。トナー通過検出位置406に粉砕トナーが存在する場合の拡散反射光の振る舞いはこれと同様である。
粉砕トナーの通過を良好に検出するためには、図2(b)にて前述したように中間転写ベルト705の基層に分散するカーボンブラックの添加量を調整する。これにより、光検出部707における粉砕トナーからの拡散反射光の受光量より中間転写ベルト705からの拡散反射光の受光量が大きくなるようにすればよい。
こうして全色トナーの通過に伴って図6(a)に示したような検出電圧値(601〜605)と同様な検出電圧値が得られる。すなわち本実施例でも、色ずれ検出センサ405からの検出電圧値が、トナーからの拡散反射光に対応する検出電圧値より高い電圧範囲(出力レベル)で変化することに基づいてトナー通過時刻を取得する。トナーが有彩色か無彩色かにかかわらず、色ずれ検出センサの構成や反射光線の振れの影響を受けずに高精度にトナー通過時刻を取得することができる。取得したトナー通過時刻に基づいて色ずれ量を演算する方法は、実施例1と同じである。
上記実施例1,2では、色ずれ検出センサの光源から中間転写ベルトに向けて照射される光束に導波路部材503,703を用いて指向性を与える場合について説明したが、光検出部側に導波路を構成して拡散反射光のみが光検出部にて受光されるようにしてもよい。
実施例1では光拡散特性が指向性を有する中間転写ベルトとトナーの組み合わせに対する色ずれ検出センサの構成について説明した。また、実施例2では光拡散特性が指向性を持たない中間転写ベルトとトナーの組み合せに対する色ずれ検出センサの構成について説明した。しかし、組み合わせは上記のものに限らない。例えば、光検出部において中間転写ベルトからの拡散反射光の強度がトナーからの拡散反射光の強度に対して大きければ中間転写ベルトとトナーとの組み合わせは自由であり、色ずれ検出センサの構成も自由である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
6,407,505,705 中間転写ベルト
17 エンジン制御部
18, 405 色ずれ検出センサ
406 トナー通過検出位置
401 ブラックトナー
402 マゼンタトナー
403 シアントナー
404 イエロートナー
405 色ずれ検出センサ
408 演算部

Claims (6)

  1. 互いに異なる色の現像剤により画像を形成する複数の現像手段と、
    色ずれ検出時において前記複数の現像手段から互いに異なる像担持位置に転写された複数色の前記現像剤を搬送する像担持体と、
    前記像担持体に向けて光を照射し、前記像担持体からの反射光を受光する光センサと、
    前記光センサからの出力に基づいて前記像担持体により搬送される前記複数色の前記現像剤がそれぞれ検出位置を通過する通過タイミングを取得する取得手段とを有し、
    前記光センサは、前記像担持体のうち前記現像剤が転写されていない非転写領域からの第1の拡散反射光と、前記複数色の前記現像剤それぞれからの第2の拡散反射光とを受光し、
    前記像担持体と前記光センサとは、前記第1の拡散反射光の強度が前記第2の拡散反射光の強度より大きくなるように構成され、
    前記取得手段は、前記光センサからの出力のうち、前記像担持体上の前記複数色のいずれの前記現像剤からの拡散反射光に対応する出力レベルより高い出力レベルでの出力変化に基づいて全ての前記複数色の前記現像剤の前記通過タイミングを取得することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記光センサは、前記像担持体からの鏡面反射光が入射する領域とは異なる領域に設けられて前記非転写領域からの前記拡散反射光を受光する受光部を有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. 前記取得手段は、取得した前記複数色の前記現像剤の通過タイミングを用いて、前記複数色の前記現像剤の間の色ずれ量を取得することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
  4. 前記像担持体は光拡散層を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  5. 前記像担持体の表面が光拡散性を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  6. 互いに異なる色の現像剤により画像を形成する複数の現像手段と、色ずれ検出時において前記複数の現像手段から互い異なる像担持位置に転写された複数色の前記現像剤を搬送する像担持体と、前記像担持体に向けて光を照射し、前記像担持体からの反射光を受光する光センサとを有する画像形成装置のコンピュータに、前記光センサからの出力に基づいて前記像担持体により搬送される前記複数色の前記現像剤がそれぞれ検出位置を通過する通過タイミングを取得する取得処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
    前記取得処理は、
    前記像担持体のうち前記現像剤が転写されていない領域からの第1の拡散反射光と、前記複数色の前記現像剤それぞれからの第2の拡散反射光とを受光した前記光センサからの出力を取得する処理であって、前記像担持体と前記光センサとは、前記第1の拡散反射光の強度が前記第2の拡散反射光の強度より大きくなるように構成されている処理と、
    前記光センサからの出力のうち、前記像担持体上の前記複数色のいずれの前記現像剤からの拡散反射光に対応する出力レベルより高い出力レベルでの出力変化に基づいて全ての前記複数色の前記現像剤の前記通過タイミングを取得する処理とを含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
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