JP2006065184A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体の上に形成される複数の濃度のパッチからなる画像濃度補正用パターンをセンサで検知し、検知する信号強度の平均値を求める際に、この信号強度の平均値への像担持体からのノイズの影響を少なくすることができる画像濃度補正用パターンを形成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 画像形成ユニットにより像担持体の上に複数の濃度のパッチ８１ａ〜ｊからなる画像濃度補正パターン８０を形成する。像担持体が露出している部分が多く、センサで検知する信号強度が、不均一な像担持体からのノイズの影響を受けやすい低濃度のパッチほど像担持体の搬送方向の長さを長くして、信号強度の平均を求める際に像担持体の影響を小さくする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

近年の技術の進歩により、画像形成装置でのカラー画像の形成が一般に普及し、画質も向上している。しかし、カラー画像を形成する場合、複数の画像形成ユニットから出力された複数のトナー像を重ねるため、温度や湿度といった環境の変化により、各色のトナーの出力される濃度が一定ではなくなり、出力される画像の質が変化することが知られている。また、装置の耐用年数が長くなる傾向にあり、長期間の使用によって部品が変動または劣化することによっても出力される画像の質が変化することが知られている。

そこで、安定した画像を出力するための画像の補正方法として、転写ドラムや転写ベルトといった中間転写体または用紙などの像担持体の上に濃度の異なるパッチからなる補正用パターンを形成し、センサにより光を照射し反射光を測定して画像を補正する方法が提案されている。

特許文献１では、中間転写体および用紙（転写材）上に濃度の異なるパッチで構成される濃度−階調特性制御用パッチパターンをトナーで形成し、濃度センサおよびカラーセンサによってこのパッチパターンに光を照射しその反射光の強度を検知し、この値を用いて濃度およびＲＧＢ出力値を補正することが提案されている。
特開２００３−１４９９０３号公報（第７頁−第１０頁、図３−図６）

像担持体の表面は微視的には粗く、不均一であり、トナーが少なく、像担持体の露出している部分の多い低濃度のパッチをセンサで検知する場合、像担持体の影響を受けてしまうため、パッチの信号強度の正確な値を検知することが難しい。

特許文献１では濃度−階調特性制御用パッチパターンを構成するパッチはいずれも同じ大きさで形成されており、像担持体の表面の粗さの影響を受けるため、センサで検知した低濃度のパッチの信号強度の精度が低くなりやすく、濃度およびＲＧＢ出力値の補正の精度が低いものとなりやすかった。

そこで本発明は、濃度の異なる複数のパッチからなる画像濃度補正用パターンを利用して画像の濃度を補正する画像形成装置において正確な濃度補正が行えるように、濃度の異なるパッチで構成され、像担持体の上に形成される画像濃度補正用パターンにおいて、濃度の低いパッチほど像担持体の搬送方向の長さを長くすることで、センサで検知される低濃度のパッチの信号強度の精度を向上させ、濃度制御の精度を向上させた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では画像形成装置を次のように構成する。

（１）画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットによって形成されたトナー画像が転写される像担持体と、前記像担持体上に光を照射しその反射光を検知するセンサと、全体の動作を制御する制御部とを備え、
前記画像形成ユニットによって前記像担持体の上に形成される、異なる濃度の複数のパッチからなる画像濃度補正用パターンの反射光を前記センサで検知して画像の濃度補正を行う画像形成装置において、
前記パッチの前記像担持体搬送方向の長さは、前記画像濃度補正用パターンの一を構成するパッチ同士の間では、隣接する濃度のパッチは同じまたは濃度が低い方が長く、かつ最低濃度のパッチは最高濃度のパッチよりも長いものとする。

（２）前記パッチのうち濃度がトナー載り量５０％以上のものでは前記像担持体の搬送方向の長さが同じであるものとする。

（１）本発明の構成では、画像濃度補正用パターンの一を構成するパッチ同士の間では像担持体搬送方向の長さは、隣接する濃度のパッチは濃度が低い方が長く、かつ最低濃度のパッチは最高濃度のパッチよりも長いため、濃度の低いパッチほどセンサに検知される時間を長くすることができる。低濃度のパッチはトナーの量が少なく、像担持体の露出している部分が多いため、センサで検知される信号強度は像担持体表面の影響を受けやすく、パッチの形成される像担持体の位置が変わると検知される信号強度も異なるものとなりやすいが、検知される時間を長くすることができるためこの影響を分散させることができ、パッチの形成される像担持体の位置によらず検知される信号強度が安定したものとなる。よって、センサで検知される低濃度のパッチの信号強度の精度を向上させることができるため、濃度制御の精度を向上させることができる。

（２）濃度がトナー載り量５０％以上のパッチの像担持体搬送方向の長さを同じとするため、これらのパッチの長さを濃度の検出に必要な最小限の長さとすることで、画像濃度補正用パターンの全体の長さが同じであれば、低濃度のパッチに割り当てることのできる領域を広げることができる。これにより、像担持体の影響を分散させることでセンサによって検知される濃度の低いパッチの信号強度の精度を向上させ、濃度制御の精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１は本発明の画像形成装置の実施形態に係るプリンタの概略構成図である。本体１０の上面には排紙トレイ１１が設けられている。本体１０の内部には、制御部１２、給紙部４０、画像形成部５０および定着部７０が設けられている。制御部１２はプリンタ全体の動作を制御するものである。

次に給紙部４０について説明する。給紙部４０は給紙カセット４１、給紙ローラ４２、搬送ローラ対４３およびレジストローラ対４４からなる。給紙カセット４１は、用紙Ｐを収容するものであり、本体１０の下部に配設されている。用紙Ｐはここから給紙ローラ４２により１枚ずつ用紙搬送路４６へ送り出され、搬送ローラ対４３、レジストローラ対４４などによって搬送される。

次に画像形成部５０について説明する。図２は本発明の実施形態に係る画像形成部５０の概略構成図である。画像形成部５０はマゼンタ、シアン、イエローおよびブラック用の画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄ、一次転写ローラ５１、用紙搬送ベルト５２、センサ５４ならびにベルトクリーニング器５６からなる。

用紙搬送ベルト５２は、支持ローラ５５ａおよび５５ｂによって張架支持されている。用紙搬送ベルト５２の上側の外面に全ての画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄが接触している。支持ローラ５５ａは用紙搬送ベルト５２を駆動させるものであり、用紙搬送ベルト５２は図２において左回り（矢印方向）に回転する。ここで、支持ローラは、本実施形態では５５ａおよび５５ｂの２本としているが、画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄが用紙搬送ベルト５２に接触する限りにおいて３本以上であってもよい。

画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄはタンデム配置されており、配列順序は変更可能である。各々の画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄと用紙搬送ベルト５２を挟んで対向する位置に一次転写ローラ５１が１本ずつ配置される。

センサ５４は図３のセンサ５４の概略構成図に示すように、ＬＥＤ発光部５４ａとフォトトランジスタからなる受光部５４ｂから構成されており、用紙搬送ベルト５２に向かって光を照射し、その反射光の強度を検知し、その検知した信号を制御部１２に送るもので、後述するように用紙搬送ベルト５２の上にトナーで形成された画像濃度補正用パターンの信号強度を検知する際に用いられる。

ベルトクリーニング器５６はセンサ５４による検知が完了した画像濃度補正用パターンを用紙搬送ベルト５２から除去するもので、用紙搬送ベルト５２に接するブレードを備える。

画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄの画像を形成する部分はいずれも同じ構造であり、用紙搬送ベルト５２の回転に合わせて回転する感光体ドラム６１の周囲に、感光体ドラム６１の上方から回転方向（矢印方向）に従って、帯電器６２、ＬＥＤプリントヘッド６３、現像器６４、さらに用紙搬送ベルト５２との接触部を挟んで、クリーニング器６５および除電器６６を周辺要素として配列している。

最後に定着部７０について説明する。定着部７０は定着ローラ７１と加圧ローラ７２とが圧接してなり、ここで用紙Ｐに転写されたトナー画像が加熱・加圧されて用紙Ｐに定着される。

次に画像形成動作を説明する。使用者が、本体１０に直接またはネットワークを経由して接続された図示しない外部コンピュータから画像形成の指示を出すと制御部１２が指示を受けて各部を動作させる。用紙搬送ベルト５２は図２において左回り（矢印方向）に回転し、これに接触する各画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄの感光体ドラム６１は対応して右回り（矢印方向）に回転する。感光体ドラム６１が回転すると、感光体ドラム６１の表面は、まず帯電器６２により均一に帯電される。次に多数のＬＥＤからなる光走査ユニット６３から、外部コンピュータから送られた原稿画像の電気信号に基づいて照射される光により、用紙Ｐに形成される画像の部分又は前記画像以外の部分に相当する電荷が消去され、感光体ドラム６１の表面に静電潜像が形成される。そして現像器６４によって感光体ドラム６１上の前記静電潜像にトナーが供給されトナー画像として顕像化する。

感光体ドラム６１がさらに回転し、前記トナー画像が用紙搬送ベルト５２を挟んで一次転写ローラ５１と対向する位置に来たときに、それに合わせて感光体ドラム６１と用紙搬送ベルト５２との間に用紙Ｐが搬送されてくる。このとき、一次転写ローラ５１にトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、前記トナー画像が感光体ドラム６１から、用紙Ｐに転写される。転写されなかった残留トナーは感光体ドラム６１に接するブレードを備えるクリーニング器６５によって感光体ドラム６１から除去され、ついで除電器６６による光照射により感光体ドラム６１の表面電荷が除去され、次の画像形成プロセスが行われる。

以上の動作により、用紙Ｐ上に画像形成ユニット６０ａから６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの順に各色のトナー画像が転写により積み重ねられる。トナー画像が転写された用紙Ｐは続いて定着部７０に搬送され、前述したようにトナー画像が定着され、排紙トレイ１１に排出される。

次に、従来の画像濃度補正用パターン１８０と、センサ５４によるその検知結果について説明する。図７の画像形成部５０と画像濃度補正用パターン１８０の位置関係を示す斜視図に示すように、制御部１２によって各画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄを制御し、画像濃度を補正するためのトナー像による画像濃度補正用パターン１８０を像担持体としての用紙搬送ベルト５２の上に形成し、センサ５４によって検知する。図７において、画像形成ユニット６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄは図を見やすくするために省略している。

画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃまたは６０ｄのいずれかにより形成された画像濃度補正用パターン１８０は、図８の用紙搬送ベルト５２の上に形成された画像濃度補正用パターン１８０の平面図に示すように、濃度がトナー載り量で１０％から１０％きざみで１００％までの１０個のパッチ１８１ａ〜１８１ｊからなる。本実施形態において、パッチ１８１ａ〜１８１ｊが形成される順序は、１８１ｊ、１８１ｉ、…、１８１ａの順であるが、逆でもよい。各々のパッチの用紙搬送ベルト５２の回転方向の長さは全て同じである。この画像濃度補正用パターン１８０は各画像形成ユニット６０ａ、６０ｂ、６０ｃおよび６０ｄによってマゼンタ、シアン、イエローおよびブラックについて同様に形成される。

図９および図１０を用いてトナー載り量について説明する。これは、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックについて全て同様である。図９（ａ）〜（ｊ）はそれぞれパッチ１８１ａ〜１８１ｊの拡大図であり、図１０（ａ）および（ｂ）は用紙搬送ベルト５２上のパッチ１８１ｂおよびパッチ１８１ｉの部分断面図である。本実施形態において、用紙搬送ベルト５２の上の仮想的な升目のうち、１０％の升目にトナー９０が載っている状態が図９（ａ）の１０％のトナー載り量であり、全てにトナー９０が載っている状態が図９（ｊ）の１００％のトナー載り量である。図１０（ａ）および（ｂ）からわかるように、トナー載り量が９０％のパッチ１８１ｉはトナー９０が多いため用紙搬送ベルト５２が露出している部分が少なく、トナー載り量が２０％のパッチ１８１ｂはトナー９０が少ないため用紙搬送ベルト５２が露出している部分が多い。このため、トナー載り量の少ない低濃度のパッチでは、高濃度のパッチと比べてセンサ５４で検知した信号強度は表面の不均一な用紙搬送ベルト５２の影響を受けやすい。

図１１は画像濃度補正用パターン１８０をセンサ５４で検知した信号強度のグラフである。トナー載り量が１０％である低濃度のパッチ１８１ａからの信号が表面の不均一な用紙搬送ベルト５２の影響を受けていることが分かる。画像濃度補正には、センサ５４で検知した各々のパッチ１８１ａ〜１８１ｊの信号強度の平均値ｖａ〜ｖｊを各々のパッチの検知結果として用いる。高濃度のパッチの値はパッチ自体の信号強度に近いため補正にそのまま用いることができる。しかし、低濃度のパッチの値は前述したように用紙搬送ベルト５２の影響を受けやすいためパッチ自体信号の値から離れた値になりやすい。

本発明の実施形態において、画像濃度補正用パターン８０は、図４の用紙搬送ベルト５２の上に形成された画像濃度補正用パターン８０の平面図に示すように、濃度がトナー載り量で１０％から１０％きざみで１００％までの１０個のパッチ８１ａ〜８１ｊからなる。パッチ８１ａ〜８１ｊの用紙搬送ベルト５２の回転方向の長さは、各々ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊであり、各々の関係は、
ａ≧ｂ≧ｃ≧ｄ≧ｅ≧ｆ≧ｇ≧ｈ≧ｉ≧ｊ かつ ａ＞ｊ
である。ここで、画像濃度補正用パターン８０を構成するパッチの数は１０個に限られず、所望の濃度補正の精度などにより１０個より多くても少なくても構わないが、各々の濃度は異なるものでなければならない。

図５にパッチ８１ａとパッチ１８１ａをセンサ５４で検知した信号強度のグラフを示す。パッチ１８１ａは幅が狭いため、図５（ｂ）に示すようにパッチ１８１ａの信号強度の平均値ｖａはベルト５２の影響を受けやすく、パッチが形成される用紙搬送ベルト５２の位置によって異なる値になりやすいが、パッチ８１ａは幅が広いため、図５（ａ）に示すようにパッチ８１ａの信号強度の平均値Ｖａは用紙搬送ベルト５２の影響が分散されて小さくなっており、パッチが形成される用紙搬送ベルト５２の位置による値の差が小さいものとなるため、この値を用いることにより濃度補正の精度を上げることができる。

また、本発明の実施形態において、画像濃度補正用パターン８０は図６に示すように、トナー載り量が５０％以上のパッチ８１ｅ〜ｊの用紙搬送ベルト５２の回転方向の長さが等しい、すなわち
ｅ＝ｆ＝ｇ＝ｈ＝ｉ＝ｊ
であってもよい。この場合、ｅ〜ｊの各々の長さは各々のパッチ８１ｅ〜ｊの信号を検知するのに十分な長さを持つものとする。

これにより、用紙や用紙搬送ベルト５２の画像濃度補正用パターン８０が形成できる領域に限りがある場合に低濃度のパッチを形成できる領域を広げることができるため、高濃度のパッチの信号強度を確実に検知しつつ、検知される低濃度のパッチの信号強度の精度を向上させることができ、この値を用いることにより濃度補正の精度を上げることができる。

本発明に係る画像濃度補正用パターンは、用紙を像担持体として、その上に形成するものであってもよい。この場合、センサ５４を用紙を検知できる位置に設ける必要がある。また、中間転写ベルトを経由して用紙にトナー像を転写するカラーの画像形成装置にも、像担持体としての中間転写ベルトの上に形成することでも利用することができる。また、濃度補正だけでなく、ＲＧＢ補正など、像担持体の上に形成した濃度の異なる複数のパッチを用いて補正するものに利用できる。また、モノクロ専用の画像形成装置にも利用できる。画像形成装置は複写機に限られず、プリンタおよびこれらの複合機などにも利用できる。

本発明の画像形成装置の実施形態に係るプリンタの概略構成図。 本発明の実施形態に係る画像形成部の概略構成図。 センサの概略構成図。 本発明の実施形態に係るの画像濃度補正用パターンの平面図。 本発明の実施形態に係るパッチと従来のパッチの信号強度のグラフ。 画像濃度補正用パターンの別の形態。 画像形成部と従来の画像濃度補正用パターンとの位置関係を示す斜視図。 従来の画像濃度補正用パターンの平面図。 画像濃度補正用パターンを構成するパッチの拡大図。 パッチおよび用紙搬送ベルトの部分断面図。 従来の画像濃度補正用パターンの信号強度のグラフ。

符号の説明

１２ 制御部
５２ 用紙搬送ベルト（像担持体）
５４ センサ
６０ａ〜ｄ 画像形成ユニット
８０ 画像濃度補正パターン
８１ａ〜ｊ パッチ

Claims (2)

1. 画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットによって形成されたトナー画像が転写される像担持体と、前記像担持体上に光を照射しその反射光を検知するセンサと、全体の動作を制御する制御部とを備え、
   前記画像形成ユニットよって前記像担持体の上に形成される、異なる濃度の複数のパッチからなる画像濃度補正用パターンの反射光を前記センサで検知して画像の濃度補正を行う画像形成装置において、
   前記パッチの前記像担持体搬送方向の長さは、前記画像濃度補正用パターンの一を構成するパッチ同士の間では、隣接する濃度のパッチは同じまたは濃度が低い方が長く、かつ最低濃度のパッチは最高濃度のパッチよりも長いことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記パッチのうち濃度がトナー載り量５０％以上のものでは前記像担持体の搬送方向の長さが同じであ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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