JP4273732B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、多色画像形成装置のレジストレーションコントロールシステム(レジコンシステム)における画像位置検出技術に関するものである。
【0002】
【特許文献1】
特開平8−262834号公報
【特許文献2】
特開平8−244278公報
【特許文献3】
特開平10−260567公報
【特許文献4】
特開平11−249374号公報
【0003】
【従来の技術】
従来、この種の電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置のうち、特に、カラー画像を形成するため、複数色のトナー像を重ね合わせる多重画像形成装置としては、種々の方式のものが知られているが、その一つとして所謂”タンデム方式”と呼ばれる方式がある。
【0004】
このタンデム方式の多重画像形成装置は、例えば、無端状の像担持体ベルトに沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、黒等のトナー像を形成する複数の感光体ドラムを配設するとともに、各感光体ドラムの周囲に帯電器、走査光学系、現像装置等をそれぞれ配設し、これらの各感光体ドラム上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒等の複数色のトナー像を、順次、像担持体ベルト上に多重に転写していき、像担持体ベルト上に多重に転写されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒等の複数色のトナー像を、最終的に、記録用紙上に一括して転写することにより、カラー画像を形成するように構成したものである。
【0005】
しかし、このようなタンデム方式を採用した多重画像形成装置は、各感光体ドラム上にイエロー、マゼンタ、シアン、黒等の複数色のトナー像を、順次形成することによって、カラー画像を効率よく生産することができる代わりに、各色毎に独自の感光体ドラム等からなる画像形成ユニットを持つため、各色の画像形成ユニットで形成されたトナー像を、像担持体ベルト上に多重に転写する際に、各色のトナー像の転写位置を正確に一致させることが困難であり、結果的に、作成されるカラー画像には、微妙な色ずれが生じて、良好な画質が得がたいという大きな問題点を有している。
【0006】
かかる問題点が生じる原因としては、各感光体ドラムの速度誤差、像担持体ベルトの速度誤差、像担持体ベルトの蛇行、画像書き出しタイミングの誤差等が挙げられる。また、画像形成装置のカバー開閉や給紙トレイの出入などによって作用する外力や、温度や湿度等の環境変化による各画像形成ユニット間距離の微小変化や、各画像形成ユニット自体の変形、あるいは各画像形成ユニットの制御タイミングの変動等によっても、上記の問題点を発生させてしまう。
【0007】
これらの問題点を発生させる種々の原因のうち、前者の主に画像形成装置の製造時における装置固有の誤差は、画像形成装置の出荷時等に、各種の調整手段を適用することで、色ずれを許容できるレベルまで、ある程度押さえ込むことは可能であるが、この場合には、大幅な時間の浪費及び調整費用の高騰という新たな問題点が発生することになる。
【0008】
また、後者の経時変化や環境変化に起因する変動は、例えば、画像形成装置がユーザーの元に届けられて使用された後においても、日々発生し得ることであり、そのままでは補正することができないため、結果的に、安定して良好な画質を維持することができなくなる。
【0009】
そこで、上記問題点を解決する方法として、従来は、画質の調整モードにおいて、各画像形成ユニットで画像位置検出用の特定パターン像を形成し、これらの各画像形成ユニットで形成された画像位置検出用の特定パターン像を、画像位置検出用センサにより検出して、各色の特定パターン像のずれ量を計算した後、そのずれ量分を各画像形成ユニットにて補正することで、常に安定した良好な画像を得るという方法が提案されており、実際に採用されている。
【0010】
上記の如き色ずれ補正を実現するには、各色の画像位置検出用の特定パターン像を検出する精度が低いと、色ずれ補正を精度良く行うことができないため、各色の画像位置検出用の特定パターン像を検出する精度が極めて重要となる。一般的に、高品質なカラー画像の色ずれの許容量は、最大でも125μm程度である。そして、上述した方法を用いて補正する画像形成装置に関しても、各部品や回路上の演算処理能力に、誤差を持つわけであるから、前記許容量を各部分に振り分けると、例えば、画像位置検出用の特定パターン像の検出部に関して言えば、数μm〜数十μm以下の精度が要求されることになる。さらに述べると、上記数値はカラー全色に対するずれ量であり、いずれか一色でも上記目標精度を達成することができないと、高精度な画像出力が不可能となるという事態を招くことになる。
【0011】
そこで、上記画像位置検出用の特定パターン像を検出する際の精度を向上させ得る技術としては、例えば、特開平8−262834号公報、特開平8−244278公報、特開平10−260567公報、特開平11−249374号公報等に開示されているものが、既に提案されている。
【0012】
上記特開平8−262834号公報に係るカラー画像形成装置は、移動する感光体と、この感光体に複数の画像形成信号に対応する複数の静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記感光体上の複数の潜像をそれぞれ現像して複数色の顕像とする複数の現像手段と、移動し前記感光体上の複数色の顕像が重ねて転写される中間転写体と、この中間転写体に設けられたマークを検出するマーク検出手段とを有し、このマーク検出手段のマーク検出タイミングにより前記潜像形成手段による静電潜像の形成を開始するカラー画像形成装置において、前記マーク検出手段は、前記中間転写体に設けられたマークに光を照射する光源と、前記マークからの反射光を検出する2つの受光素子とを備え、この2つの受光素子の検出結果に基づいて前記潜像形成手段による静電潜像の形成開始タイミングを決めるように構成したものである。
【0013】
また、上記特開平8−244278公報に係る画像形成装置は、記録媒体上の特定部分の光学的特性を選択的に変化させる制御手段と、前記特定部分とは異なる光学的特性を有する第1の画像を前記記録媒体の特定部分上に形成する形成手段と、前記特定部分上の第1の画像の反射光の強度を測定する測定手段と、を備えるように構成したものである。
【0014】
さらに、上記特開平10−260567号公報は、搬送ベルトに沿って複数個配置された電子写真プロセス部によって形成された画像を前記搬送ベルトに搬送される単一の記録媒体上に順次重ね合わせて転写することにより前記記録媒体上にカラー画像を得るカラー画像形成装置において、少なくとも二つの前記電子写真プロセス部を駆動して二色以上の濃度制御用マークを順に前記搬送ベルトに形成する手段と、前記濃度制御用マークの濃度を予測する手段と、前記濃度制御用マークの予測濃度に応じて画像形成諸条件を変更する手段と、変更後の画像形成諸条件に伴い、前記濃度制御用マークと同一色用の前記電子写真プロセス部を駆動して位置検出用マークを前記搬送ベルトに形成する手段と、前記位置検出用マークの位置を検出する位置検出用センサーの出力信号に基づいて各色間の色ズレ補正を行う手段と、を備えるように構成したものである。
【0015】
また更に、上記特開平11−249374号公報は、複数の色ごとに設けられる画像書込み手段を用いて像担持体に形成した各色の画像を多重転写することによりカラー画像を形成する画像形成装置であって、前記画像書込み手段を制御して転写対象に各色ごとのレジストパタンを形成させる制御手段と、前記各レジストパタンを光学センサを用いて検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づき前記画像書込み手段の画像書込み位置を補正する補正手段とを備え、前記検出手段による出力値が所望のレベルとなるように、前記検出手段の出力値に影響を与える設定パラメータが少なくとも一の色において他の色と異なるように設定したものである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開平8−262834号公報に係るカラー画像形成装置は、マークからの反射光を検出する2つの受光素子を備え、この2つの受光素子の検出結果に基づいて、潜像形成手段による静電潜像の形成開始タイミングを決めるように構成したものであり、具体的には、受光素子の出力の和と差を使用したゼロクロスポイント検出の実施例が提案されているが、受光素子の出力の和を求める回路と、受光素子の出力の差を求める回路と、ゼロクロスポイントを検出する回路が必要となり、回路の構成が複雑になるという問題点を有している。
【0017】
かかる問題点に対して、本出願人は、特願2002−91116号に開示されているように、図31に示す如く、進行方向にずらして設けた別の光量検出部からのパターン検出波形信号にオフセット分を上乗せするだけで、直ちに、2つの受光素子の出力がクロスするポイントを求めることにより、簡単な回路構成で、画像位置検出用パターンの検出精度を向上させる技術について既に提案している。
【0018】
しかし、この特願2002−91116号に係る技術の場合には、図32に示すように、光源の光量変動や各色パターン間での濃度差などにより、2つの受光素子の出力がクロスするポイントが移動してしまい、実用上の精度を実現するのは困難であるという問題点を有していた。
【0019】
そのため、より簡易な回路で、光源の光量変動や各色パターン間での濃度差などの外乱に対しても、精度を保つことのできるロバスト性の高い画像位置検出用パターンの検出装置が、強く望まれていた。
【0020】
また、上記特開平10−260567公報や特開平11−249374号公報に開示された技術の場合は、いずれも、濃度制御用マークと位置検出用マークを、同一の検出手段によって検出するように構成し、低コスト化と省スペース化を実現させるようにしている。しかし、高品質なカラー画像を得るために色ずれを制御するには、検出手段の検出精度として、数μm〜十数μmもの精度が要求され、検出パターンの細部(端部)を検知するために、レンズ等を用いて縮小光学系を形成し、受光素子上に結像させる必要がある。一方、濃度制御用マークを検出する検出手段は、像担持体上に転写された未定着トナー像のトナー濃度(エリアカバレッジ又はトナー重量)を検知するものであるが、一般的に定着像には、面内色むら等のディフェクトが存在するため、濃度制御のような安定性を重視する非線型制御には、比較的広いエリアを結像させずに平均的に検出して、出力値も平均化させた方が安定した制御が達成できる。なぜなら、濃度制御用マークの検出結果に基づいて、急激にパラメータを制御した場合には、システム自体の安定性を損ねることになるからである。
【0021】
このように、上記濃度制御用マークを検出する検出手段と、位置検出用マークを検出する検出手段に要求される光学的特性は、相反するものであり、高品質なカラー画像を得ようとすればするほど、上記2種類の検出手段を一体化して各々の特性値を検出することには、限界が生じてしまい、専用の検出手段を個別に設けることが必要となってくる。
【0022】
また、上記特開平11−249374号公報に開示された技術の場合には、濃度制御用マークを読み取り、出力値が所望のレベルとなるように、諸パラメータのうち少なくとも一つを他の色と異なるように設定したものである。しかし、この場合に、イエロー、マゼンタ、シアン色のカラートナーと、黒色トナーとでは光学的特性が異なり、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナーで、検出手段の出力を一定の基準値にするには、イエロー、マゼンタ、シアンは濃く、黒は薄くするか、黒とイエロー、マゼンタ、シアンとで検出手段側の各パラメータを色毎に変更する必要があるが、カラートナーと黒トナーとの間では、光学的特性の差が大きい(カラートナーは反射、黒トナーは吸光)ため、実用には困難であるという問題点を有している。
【0023】
さらに、特開平10−260567号公報に開示された技術の場合には、濃度制御用マークあるいは位置検出マークの濃度に応じて変更した画像形成諸条件で搬送ベルト上に位置検出マークを形成して各色間の色ずれ補正を行うようにしたものである。しかし、この場合には、濃度に応じて画像形成条件を変更するため、必ずしも検出手段の出力が一定になるとは限らない。また、画像出力装置の性能あるいは画質設計上のパラメーター設計等により、故意に搬送ベルト上の濃度を不均一にする場合もある。さらに、出力をある所望レベルに一定にするには、イエロー、マゼンタ、シアン(カラー)トナーと黒トナーによって、各々の独立の光学系で検知した出力に基づいて、カラーレジストレーション用の独自の画像形成条件を設定する必要がある。
【0024】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な回路構成で、画像位置検出用パターンの検出精度を実用上満足の行く程度にまで高めることが可能な画像形成装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載された発明は、画像情報に対応した互いに色の異なるカラートナーと黒色トナーとからなる画像を形成する複数の画像形成手段と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を多重に転写する中間転写体と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を中間転写体上に順次多重に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上に転写された画像を記録媒体に一括して転写する二次転写手段と、前記中間転写体上に形成された所定の幅を有する画像位置検出用パターンを赤外領域にて検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された検出データに基づき各画像形成部によって形成される画像の位置を補正する補正手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段によって検出される各色の画像位置検出用パターンの形成条件を任意に変更可能としたパターン変更手段を設け、
前記黒色の画像位置検出用パターンとして、カラートナーからなる下地パターンの周囲を、カラートナーからなる画像位置検出用パターンの幅と等しい開口幅を有する黒色トナーで被覆したものを用いるとともに、
前記パターン変更手段は、前記各色の画像位置検出用パターンの濃度を任意に変更するとともに、予め前記検出手段によって検出した画像位置検出用パターンの検出データを基に、前記各色の画像位置検出用パターンの開口幅を含んだ幅を各色毎に変更可能としたことを特徴とする画像形成装置である。
【0028】
この請求項1に記載の発明においては、画像位置検出用パターンを検出する検出手段が、赤外領域において画像位置検出用パターンを検出するように構成されているので、黒以外のカラー(黒色のみ下地にカラー色(Y/M/C)を敷く)の画像位置検出用パターンは、各色ともに同一の出力を得られる。しかし、画像位置検出用パターンのエッジの影響や濃度設定の影響など外乱による影響があり、また、受発光素子の感度の影響など検出器自身の影響により、各色の画像位置検出用パターンに対して略同一の出力が得られない現象が発生する。すると、高精度な画像位置検出が不可能となり、結果的に、画像形成位置を正確に補正することが不可能となる。
【0029】
そこで、この請求項1に記載の発明においては、通常、画像位置検出用パターンのサイズ等の形成条件が固定があったが、外乱による影響や検出手段自身の影響により、各色の画像位置検出用パターンに対して、検出手段の出力が同一とならない場合に、検出すべき画像位置検出用パターン自身のサイズなど、当該画像位置検出用パターンの形成条件を変更し、結果的に、各色の画像位置検出用パターンに対する検出手段の出力が略同一となるようにすることで、画像位置を高精度に検出可能としたものである。尚、外乱による影響や検出手段自身の影響は、必ずしも、経時により発生するものではないため、ある時点にて画像位置検出用パターンの形成条件を変更するなどという作業は不要な場合がある。
【0030】
また、請求項2に記載された発明は、前記パターン変更手段は、一部の色の画像位置検出用パターンの検出データのみが低い場合は、当該低い色の画像位置検出用パターンの濃度をそのままに、他の色の画像位置検出用パターンの濃度を低下させることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置である。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0039】
実施の形態1
図1はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示す構成図である。また、このタンデム型のデジタルカラー複写機は、画像読取装置を備えているが、当該画像読取装置を備えずに、図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データに基づいて画像を形成するプリンタ等の画像形成装置であっても勿論よい。
【0040】
図1において、1はタンデム型のデジタルカラー複写機の本体を示すものであり、このデジタルカラー複写機本体1は、その一端側の上部に、原稿2の画像を読み取る画像読取装置(IIT:Image Input Terminal)3を備えているとともに、当該デジタルカラー複写機本体1の内部には、画像読取装置3や図示しないパーソナルコンピュータ等から出力される画像データ、あるいは電話回線やLAN等を介して送られてくる画像データを必要に応じて一時的に蓄積し、当該画像データに所定の画像処理を施す画像処理装置(IPS:Image Processing System)4と、CPU、ROM、RAM等を含んで構成されカラー複写機における処理全般を制御する制御部5と、前記画像処理装置4で所定の画像処理が施された画像データに基づいて画像を出力する画像出力装置(IOT:Image Output Terminal)6とが配設されている。
【0041】
上記デジタルカラー複写機本体1の内部には、画像出力装置6を構成する複数の画像形成手段として、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色に対応した画像形成部7Y、7M、7C、7Kが、水平方向に沿って一定の間隔をおいて配列されている。さらに、上記4つの画像形成部7Y、7M、7C、7Kの下方には、これらの画像形成部で順次形成される各色のトナー像を、互いに重ね合わせた状態で転写する無端状の像担持体ベルトとしての中間転写ベルト(中間転写体)8が、矢印B方向に沿って循環移動可能に配設されている。そして、上記中間転写ベルト8上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙トレイ9等から給紙される記録媒体としての記録用紙10上に一括して転写された後、定着器11によって記録用紙10上に定着され、カラー画像が形成された記録用紙10が外部に排出されるようになっている。
【0042】
更に、図1に基づいて、上記タンデム型のデジタルカラー複写機の構成について詳細に説明する。
【0043】
なお、ここではタンデム型のデジタルカラー複写機を用いて、本発明の構成を説明するが、本発明は、カラープリンタやファクシミリ等においても有効であることは勿論である。以下の実施の形態においても同様である。
【0044】
図1において、1は上述したようにタンデム型のデジタルカラー複写機の本体を示すものであり、このデジタルカラー複写機本体1の一端側の上部には、原稿2を載置するプラテンガラス12と、当該プラテンガラス12上に載置された原稿2の画像を読み取る画像読取装置3が配設されている。この画像読取装置3は、プラテンガラス12上に載置された原稿2を2本の光源13によって照明し、原稿2からの反射光像を、フルレートミラー14及びハーフレートミラー15、16及び結像レンズ17からなる走査光学系を介してCCDセンサ等からなる画像読取素子18上に走査露光して、この画像読取素子18によって原稿2の色材反射光像を所定のドット密度(例えば、16ドット/mm)で読み取るように構成されている。
【0045】
上記画像読取装置3によって読み取られた原稿2の色材反射光像は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)(各8bit)の3色の原稿反射率データとして画像処理装置4(Image Processing System)に送られ、この画像処理装置4では、原稿2の反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色/移動編集等の所定の画像処理が施される。
【0046】
そして、上記の如く画像処理装置4で所定の画像処理が施された画像データは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)(各8bit)の4色の階調データ(ラスタデータ)に変換され、次に述べるように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像形成部7Y、7M、7C、7KのROS19Y、19M、19C、19K(Raster Output Scanner)に送られ、これらのROS19Y、19M、19C、19Kでは、所定の色の階調データに応じてレーザー光による画像露光が行われる。
【0047】
ところで、上記タンデム型のデジタルカラー複写機本体1の内部には、上述したように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の4つの画像形成部7Y、7M、7C、7Kが、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置されている。
【0048】
これらの4つの画像形成部7Y、7M、7C、7Kは、形成する画像の色が異なる以外は、すべて同様に構成されており、大別して、矢印A方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム20と、この感光体ドラム20の表面を一様に帯電する一次帯電用のスコロトロン21と、当該感光体ドラム20の表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する画像露光装置としてのROS19と、感光体ドラム20上に形成された静電潜像を現像する現像装置22と、この現像装置22に所定の色のトナーを供給するトナー供給装置23と、クリーニング装置24とから構成されている。
【0049】
上記画像処理装置4からは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像形成部7Y、7M、7C、7KのROS19Y、19M、19C、19Kに各色の画像データ(ラスタデータ)が順次出力され、これらのROS19Y、19M、19C、19Kから画像データに応じて出射されるレーザービームLBが、それぞれの感光体ドラム20Y、20M、20C、20Kの表面に走査露光されて静電潜像が形成される。上記各感光体ドラム20Y、20M、20C、20Kに形成された静電潜像は、現像装置22Y、22M、22C、22Kによって、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像として現像される。
【0050】
上記各画像形成部7Y、7M、7C、7Kの感光体ドラム20Y、20M、20C、20K上に、順次形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像は、各画像形成部7Y、7M、7C、7Kの下方に配置された中間転写体としての中間転写ベルト8上に、一次転写手段としての一次転写コロトロン25Y、25M、25C、25Kによって多重に転写される。この中間転写ベルト8は、ドライブロール26と、テンションロール27と、ステアリングロール28と、バックアップロール29との間に一定のテンションで掛け回されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モーターによって回転駆動されるドライブロール26により、矢印B方向に所定の速度で循環駆動されるようになっている。上記中間転写ベルト8としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものが用いられる。
【0051】
上記中間転写ベルト8上に多重に転写されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像は、バックアップロール29に圧接する二次転写手段としての二次転写ロール30によって、圧接力及び静電気力で記録用紙10上に二次転写され、これら各色のトナー像が転写された記録用紙10は、搬送ローラ対31によって定着器11へと搬送される。そして、上記各色のトナー像が転写された記録用紙10は、定着器11によって熱及び圧力で定着処理を受け、複写機本体1の外部に設けられた排出トレイ32上に排出される。
【0052】
上記記録用紙10は、図1に示すように、給紙トレイ9から所定のサイズのものが、給紙ローラ33及び用紙搬送用のローラ対34、35を備えた用紙搬送経路36を介して、1枚ずつ分離されてレジストロール37まで一旦搬送され、停止される。上記給紙トレイ9から供給された記録用紙10は、所定のタイミングで回転駆動されるレジストロール37によって中間転写ベルト8上へ送出される。
【0053】
それに先だって、上記イエロー、マゼンタ、シアン、黒の4つの画像形成部7Y、7M、7C、7Kでは、上述したように、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色のトナー像が所定のタイミングで順次形成されるようになっている。
【0054】
また、上記の如く構成されるタンデム型のデジタルカラー複写機本体1の上面には、メッセージ等を表示するディスプレイ39と、オペレータが各種コマンド等を入力するためのキーボード40とを含んで構成された操作部41が設けられている。
【0055】
図1中、42はイエロー色の画像形成部7Yの上流側に配設された吸着ロールを示すものであり、この吸着ロール42は、中間転写ベルト8のトナーの吸着性を良好にするために、当該中間転写ベルト8の表面電位を所定電位に維持するためのものである。また、43は中間転写ベルト8における基準位置を検出する基準位置検出センサを示すものである。
【0056】
なお、上記感光体ドラム20Y、20M、20C、20Kは、トナー像の転写工程が終了した後、クリーニング装置24Y、24M、24C、24Kによって残留トナーや紙粉等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。また、中間転写ベルト8は、ベルト用クリーナー38によって残留トナー等が除去される。
【0057】
ところで、上記の如く構成されるタンデム型のデジタルカラー複写機では、次に示すように、運搬・設置時の振動や、給紙トレイの開け閉め、あるいは温度変化や経年変化等、種々の要因によって、各画像形成部そのものの位置や、各画像形成部の感光体ドラム等に位置的な変動が生じ、画像の位置ずれが発生する。
【0058】
そこで、この実施の形態では、図2に示すように、中間転写ベルト8上に所定のタイミングで、画像位置検出用のパターン50を形成し、この画像位置検出パターン50を画像位置検出器(検出手段)60によって検出して、各画像形成部7Y、7M、7C、7Kの画像形成位置のずれを求めて補正した後、所望のカラー画像を形成するように構成されている。なお、上記画像位置検出器60は、図2に示すように、中間転写ベルト8の幅方向に沿ってその両端部にそれぞれ配置されているが、必要に応じて、中間転写ベルト8の幅方向に沿ってその両端部及び中央部、あるいは中間転写ベルト8の幅方向に沿って等間隔に複数個(3個以上)設けてもよく、検知する画像位置ずれの種類に応じて適宜配置される。
【0059】
画像位置検出用のパターン50としては、種々の形状のものを用いることができるが、例えば、図2に示すように、主走査方向(中間転写ベルト8の幅方向)に沿って直線状に形成されたものが用いられ、この画像位置検出用のパターン50は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のものが、副走査方向(中間転写ベルト8の移動方向)に沿って所定の間隔で順次形成される。
【0060】
図3は上記画像位置検出器60を示す斜視構成図である。
【0061】
図3において、61は画像位置検出器60の筐体であり、62a、62bは中間転写ベルト8上に形成された画像位置検出用のパターン50をそれぞれ赤外領域の光で照明する2つの発光素子であり、63a、63bは中間転写ベルト8上に形成された画像位置検出用のパターン50からの反射光をそれぞれ受光するフォトダイオード等からなる2つの受光素子を示すものである。これら2つの受光素子63a、63bは、図3(b)に示すように、それぞれ平面形状が主走査方向に沿って長方形状に形成されており、所定の微小な間隔(例えば、50μm)を隔てて互いに平行に配列されている。また、上記2つの受光素子63a、63bは、一方の受光素子63aが相対的に小さく(例えば、幅0.4mm)、他方の受光素子63bが大きく(例えば、幅0.7mm)形成されているが、これら2つの受光素子63a、63bは、同じ大きさに形成しても良い。
【0062】
上記2つの受光素子63a、63bからの出力は、図4に示すように、それぞれオペアンプを用いた増幅器65a、65bによって増幅された後、一方の受光素子63bの出力には、オフセット電圧印加手段としてのオフセット電源66によってオフセット電圧が印加されて、比較器67によって比較される。その結果、上記比較器67からは、図5に示すように、当該比較器67に入力する2つの受光素子63a、63bの出力がクロスするポイントで立ち下がり、再度、2つの受光素子63a、63bの出力がクロスするポイントで立ち上がるパスルが出力される。
【0063】
そして、上記画像位置検出用のパターン50が画像位置検出器60によって検出されると、当該画像位置検出器60からは、図6に示すような波形が、画像位置検出用のパターン50を検出した時にのみ出力される。詳細には、上記2つの受光素子63a、63bの出力がクロスした個所より最終出力信号を”ON”と判断し(本実施の形態では0v出力)、再度クロスした個所(初期波形に戻った個所)より”OFF”(本実施の形態では5v出力)と判断するようになっている。以上の動作を上記パターン数分繰り返すことにより、図6に示すようなOFF→ON→OFF→ON→OFF・・・という結果となる。
【0064】
ここで、本結果の”ON”のみ着目すると、上記にて述べた通り”ON”の期間はパターンを検出している期間であり、”OFF”の期間はパターンを検出していない期間である。故に、”ON”→”ON”の時間間隔を測定すれば、上記パターン間の間隔を測定したことになり、その結果より各色のずれ量を計算し、そのずれ量分を各画像形成部にて補正することで常に安定/良好な画像を得ることが可能となる。
【0065】
ところで、この画像位置検出器60における検出精度であるが、上記にて述べた通り良好な画像を得るためには、検出器60の検出精度を数μm〜数十μm以下の精度にする必要がある。そのためには、検出器60の出力値が常に所望の範囲内に収まるように、各画像形成部を制御する必要がある。以下、その理由を述べる。
【0066】
上記と同様に、まず始めに図2にて示すような画像位置検出用のパターン50が、イエロー色の画像形成部7Y、マゼンタ色の画像形成部7M、シアン色の画像形成部7C、黒色の画像形成部7Kにより、順次中間転写ベルト8上に形成される。次に、中間転写ベルト8が矢印B方向へ移動するととも、画像位置検出器60にて順次、カラーの画像位置検出用のパターン50が検出される。その際、何の問題(画像転写による各種ディフェクトや画像位置検出器のディフェクト等)もなければ、図6にて示された各種波形を出力し、これに基づいて画像形成位置のずれが補正されるが、何かしらの問題が発生していた場合は、図7に示すように、振幅が小さいパターン検出波形などを含む各種の波形が出力される。
【0067】
更に詳細に述べると、問題ない場合は、図6に示すように、最終出力のON時間の間隔が一定にて検出されるのだが、問題がある場合は、ON時間の間隔T1’、T2’・・・が一定とはならないことであり、その原因は画像位置検出器60の出力波形の傾きにある。図8に拡大して示すように、各色の画像位置検出用パターン50を検出した画像位置検出器60の最終出力は、2つの受光素子63a、63bの出力がクロスした個所であるため、クロス個所までの到達時刻のバラツキが、そのまま画像位置検出器60の検出バラツキとなる。従って、画像位置ずれを補正する場合には、現象が発生していると、画像位置ずれが発生していないにもかかわらず画像位置ずれと判断してしまい、画像位置を変更(ずらす)する補正がなされるという現象が発生する。
【0068】
つまり、上記画像位置検出用パターン50は、正規の位置に形成されているにもかかわず、2つの受光素子63a、63bの出力波形(振幅の変動)がばらついていると、図8に示すように、2つの受光素子63a、63bの出力波形がクロスする位置が変動してしまい、画像位置検出用パターン50の間隔が、正規な時間間隔T1、T2ではなく、誤差を含むT1+ΔT、T2+ΔT、あるいはT1−ΔT、T2−ΔTとして検出されてしまうことになる。
【0069】
そこで、この実施の形態では、画像情報に対応した互いに色の異なる画像を形成する複数の画像形成手段と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を多重に転写する中間転写体と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を中間転写体上に順次多重に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上に転写された画像を記録媒体に一括して転写する二次転写手段と、前記中間転写体上に形成された画像位置検出用パターンを赤外領域にて検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された検出データに基づき各画像形成部によって形成される画像の位置を補正する補正手段を有する画像形成装置において、前記検出手段によって検出される各色の画像位置検出用パターンの形成条件を任意に変更可能としたパターン変更手段を設けるように構成されている。
【0070】
また、この実施の形態では、前記パターン変更手段が、前記各色の画像位置検出用パターンの幅を任意に変更可能とするように構成されている。
【0071】
更に具体的には、この実施の形態では、画像位置検出器60の出力を略一定にするため、画像位置検出用パターン50の幅を任意に変更可能となるように構成されている。尚、上記画像位置検出用パターン50の幅を変更する際には、当該画像位置検出用パターン50の幅方向の中心位置を固定して、パターン50の幅を変更するのが望ましい。
【0072】
上記画像位置検出用パターン50の検出は、赤外領域にて実施され、詳細には、画像位置検出器60の発光素子63a、63bの最高感度波長が940nmであるため、上記数値の近辺にて画像位置検出用パターン50を検出することができるようになっている。具体的には、図9に示すように、カラー色のイエロー、マゼンタ、シアンの各色のトナーは、その反射率が940nm付近の波長において略100%で等しいため、受光素子63a、63bからの出力は、図10に示すように、急激に立ち上がる波形を示し、画像位置がずれていなければ、図6に示すように、一定の間隔にて最終出力(パルス)が得られ、検出精度は高いものとなる。
【0073】
これに対して、黒色のトナーは、図9に示すように、その反射率がすべての波長にわたって略10%と低く、反射しない(吸収する)方向であるため、受光素子63a、63bからの出力は、図10に示すように、ピークが低く、なだらかな波形を示すことになる。
【0074】
そこで、この実施の形態では、図11に示すように、黒色の画像位置検出用パターン50は、下地にカラー色(実施例ではイエロー色であるが、他の色でも良い)のトナー像50Yを幅の広い帯状に一様に形成し、その上に黒色の画像位置検出用パターン50Kを所定の開口幅を有するように作成したものである。従って、黒色の画像位置検出用パターン50Kにおいては、イエロー色の下地50Yをも検出することになる。なお、上記イエロー、マゼンタ、シアンの各色の画像位置検出用パターン50と、黒色の画像位置検出用パターン50Kの開口幅は、通常、等しく設定されている。
【0075】
以上のことより、画像位置検出用パターン50に画像ズレや濃度変動等が発生していなければ、図6に示すように、アナログ出力は一定であり、その後の最終出力は一定の間隔にて出力される。また、図12に示すように、画像の位置ズレが発生した場合は、画像の位置ずれが発生した個所のみ画像位置検出器60の出力が変化し、その後、上記画像位置検出器60の出力の変位量を基に制御部5によって画像位置補正を実施する。
【0076】
以上にて述べたように、画像位置検出器60は赤外領域にて検出するため、カラーの意識はあまりせず、タイミングのみを正確に検出すれば良いはずであった。しかし、画像形成装置の変動(ROSパワーの変動/転写電位の変動/画像位置検出パターン幅の変動等)、画像位置検出器60自身の変動(受/発光素子の変動)により、図7にて示すようにアナログ出力が変動するという現象が発生する。すると同図にて示すように画像位置がずれていないにもかかわらず、最終出力が変動することとなり、結果、画像位置を補正できないという現象が発生する。
【0077】
ROSパワーや転写電位などについては各サブシステム内で一定出力となるよう制御されているがそれでも一定幅の変動は生じてしまうため、これまでは画像位置検出器の光量を調整することで対応してきたが、前述したように、光量の調整では各色毎あるいは各パターン毎の画像濃度変動には対応できない。
そこで、この実施の形態では、上記の問題点を解決するために、予め、検出した画像位置検出用パターン50の出力結果を基に、画像位置検出用パターン50の幅が制御部5によって各色別に変更可能となるように構成されている。
【0078】
つまり、イエロー、マゼンタ、シアンの各色の出力が同レベルであるのに対し、黒(下地はイエロー)色の出力のみが低い場合は、パターン変更手段としての制御部5によって、黒色の画像位置検出用パターン50の幅を広げるか、又はイエロー、マゼンタ、シアン色のパターン幅を狭くするという制御を導入している。
【0079】
尚、上記制御は当然、上記方法のみに限定されることはなく、例えばマゼンタ色のみ低い/高い出力のときも他色又は自色のパターン幅を変更することにより対応可能である。
【0080】
以上、上記にて述べたように、画像位置を検出する際の画像位置検出用パターンの幅を固定値としないで任意に変更可能とすれば、画像位置検出ミスを防止できるため、高精度に画像出力可能で信頼性の高い画像出力装置を提供可能となる。
【0081】
以上の構成において、この実施の形成に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機では、次のようにして、簡単な回路構成で、画像位置検出用パターンの検出精度を実用上満足の行く程度にまで高めることが可能となっている。
【0082】
すなわち、上記タンデム型のデジタルカラー複写機では、図1及び図2に示すように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像形成部7Y、7M、7C、7Kにおいて、中間転写ベルト8上に画像位置検出用パターン50を所定のタイミングで順次形成し、この中間転写ベルト8上に形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像位置検出用パターン50が、画像位置検出器60によって検出される。
【0083】
その際、上記イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像形成部7Y、7M、7C、7Kでは、図2に示すように、各色の画像位置検出用パターン50が形成されるが、当該各色の画像位置検出用パターン50の形成条件は、制御部5によって適宜変更することが可能となっている。
【0084】
いま、図2に示すように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順で、画像位置検出用パターン50が順次形成され、中間転写ベルト8上に転写される。
【0085】
その際、上記画像位置検出用パターン50のうち、例えば、イエロー色の画像位置検出用パターン50を画像位置検出器60によって検出した際、図7に示すように、当該画像位置検出器60の出力が小さい場合、制御部5は、イエロー色の画像位置検出用パターン50の幅を所定量だけ広く設定する。なお、この広く設定する幅は、適宜、制御部5によって決定される。
【0086】
その結果、上記各色の画像位置検出用パターン50を画像位置検出器60によって検出した際の出力が略等しくなり、当該画像位置検出用パターン50を精度良く検出することが可能となる。
【0087】
このように、上記実施の形態では、簡単な回路構成で、画像位置検出用パターンの検出精度を実用上満足の行く程度にまで高めることが可能となっている。
【0088】
さらに、この実施の形態1では、パターン変更手段が、前記各色の画像位置検出用パターンの濃度を任意に変更可能となるように構成されている。
【0089】
すなわち、この実施の形態1では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像位置検出用パターン50は、基本的に、全色とも100%の画像密度にて作成されているため、上記と同様、アナログ出力値が変動した場合における色の画像位置検出用パターン50の画像密度を変更するように構成されている。例えば、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色の出力が同レベルであるのに対し、黒(下地はイエロー)色の出力のみが低い場合は、黒色(下地のイエロー色も含む)のパターン密度をそのままに(100%)にして、制御部5によって他の色の密度を下げる(実施例では90%)ことにより対応するようになっている。この結果、上記問題を回避することが可能となり、高精度の画像出力可能で信頼性の高い画像形成装置を提供することが可能となる。
【0091】
実施の形態2
図13はこの発明の実施の形態2を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態2では、画像位置検出用パターンの形状及び画像位置検出器の構成が、前記実施の形態と異なるように構成されている。
【0092】
すなわち、この実施の形態2では、画像位置検出用のパターン50として、図13に示すように、山形マーク51を副走査方向(中間転写ベルト8の移動方向)に沿って所定の間隔で形成したものが用いられる。
【0093】
更に説明すると、上記画像位置検出用のパターン50としては、図14に示すように、第1の基準色(図示例では、シアン色)からなる第1番目の山形マーク51CCと、第2の被測定色(図示例では、イエロー色)からなる第2番目の山形マーク51YYと、第1の色と第2の色からなる第3番目の山形マーク51CYマークを、1つの単位として被測定色のすべてを組み合わせたパターンが用いられる。図14に示すパターン50の組み合わせが基準色と対象色における1ブロックとする。このパターンを実際に用いる場合には、数ブロック分繰り返して形成してサンプルする。なお、黒色の山形マーク51は、検出精度を上げるため、下地を反射率の高いイエロー色とし、その上に黒色のトナーで所定の山形マーク51の部分が開口したマクスを施すことによって、黒色の山形マーク51を形成するようになっている。ここでは、中間転写ベルト8の1周分のサンプルを仮定して、本発明の実施の形態を説明する。なお、上記画像位置検出用のパターン50を出力する信号は、例えば、画像形成装置の制御部5のROM等に予め記憶されている。
【0094】
図15は上記画像位置検出用パターンを検出する画像位置検出器60を示す斜視構成図である。
【0095】
図15において、61はパターン検出器60の筐体であり、62a、62bは中間転写ベルト8上に形成された画像位置検出用パターン50をそれぞれ照明する2つの発光素子であり、63、64は2つの受光素子をそれぞれ一組とした”バイセル”と呼ばれる受光素子対を示すものである。この”バイセル”と呼ばれる受光素子対としては、例えば、特開平6−118735号公報に開示されているように、2つのフォトダイオード等からなる受光素子63a、63b及び64a、64bを組み合わせた検出器を左右対称に配置したものである。そして、63a、63b及び64a、64bは中間転写ベルト8上に形成された画像位置検出用パターン50の異なった山型マーク51からからの反射光をそれぞれ受光するフォトダイオード等からなる2組の各受光素子を示している。上記2つの発光素子62a、62bとしては、例えば、特定波長(赤外領域)の光、あるいは所定の波長分布を持った光を出射するLEDなどが用いられ、これらの発光素子62a、62bは、中間転写ベルト8上の1つの検出位置を、互いに所定の角度だけ傾斜した反対側の斜め方向から照明するように配置されている。また、上記2組の受光素子対63及び64は、中央部が互いに接触し、両端部が水平方向に対して所定の角度だけ下方に傾斜した状態で配置された、2つの受光素子63a、63bと64a、64bとを備えており、各受光素子63a、63bと64a、64bは、図15(b)に示すように、反射光の検知タイミング及び検知角度が互いに異なるように設定されている。
【0096】
上記画像位置検出器60は、中間転写ベルト8上に形成された画像位置検出用パターン50を検出すると、当該画像位置検出用パターン50の直線状のマーク51によって、一方の受光素子63bからは、山型の波形が出力され、幾らか遅れて、他方の受光素子63aからも、山型の波形が出力される。そして、これら2つの受光素子63b、63aから出力される波形を増幅してから差分をとるか、差分をとってから増幅することにより、図13に示すように、一旦大きく山型に立ち下がってから、今度は大きく山型に立ち上がる出力波形が得られる。そこで、上記2つの受光素子63a、63bから出力される波形の差分をとることにより、CCD等の高精度のセンサーを使用しなくとも、画像位置検出用パターン50の直線状のマーク51を、高解像度で精度良く検出することが可能となる。尚、図16は上記画像位置検出器60の信号処理回路を示すブロック図である。
【0097】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。
【0098】
実施の形態3
図17はこの発明の実施の形態3を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態3では、像担持体上に形成された画像位置検出用パターンを検出する画像位置検出装置において、前記画像位置検出用パターンを照明する発光素子と、前記画像位置検出用パターンから反射光を受光する2つの受光素子と、前記2つの受光素子の出力の一方にオフセット電圧を印加するオフセット電圧印加手段と、前記2つの受光素子の出力のうち、前記オフセット電圧印加手段によってオフセット電圧が印加された出力と、他方の受光素子の出力とを比較する比較手段と、前記比較手段によって検出されたクロスポイントを、少なくとも一方の前記受光素子の出力のモニター値に基づいて補正する補正手段とを備えるように構成されている。
【0099】
また、この実施の形態3では、前記補正手段が、前記画像位置検出用パターンの色に基づいた補正テーブルを有するように構成されている。
【0100】
さらに、この実施の形態3では、前記オフセット電圧印加手段の印加電圧が、0.5V以下に設定されている。
【0101】
又、この実施の形態3では、前記発光素子の光量が、前記受光素子の出力が飽和するように初期光量が設定されている。
【0102】
更に、この実施の形態3では、前記2つの受光素子が同じ大きさに設定されている。
図17は実施の形態3に係る画像位置検出器60の信号処理回路を示すブロック図である。
【0103】
すなわち、この実施の形態3では、図18に示すように、フォトダイオード等からなる2つの受光素子63a、63bの大きさが同じ大きさに設定されている。上記2つの受光素子63a、63bからの出力は、図19に示すように、それぞれオペアンプを用いた増幅器65a、65bによって増幅された後、一方の受光素子63bの出力には、オフセット電圧印加手段としてのオフセット電源66によってオフセット電圧が印加されて、比較器77によって比較される。その結果、上記比較器77からは、図20に示すように、当該比較器77に入力する2つの受光素子63a、63bの出力がクロスするポイントで立ち下がり、再度、2つの受光素子63a、63bの出力がクロスするポイントで立ち上がるパスルが出力される。
【0104】
その際、上記2つの受光素子63a、63bからの出力は、図20に示すように、振幅が変化すると、ゼロクロスポイントが移動し、画像位置検出用パターン50の検出位置に誤差が生じることになる。
【0105】
そこで、この実施の形態3では、比較手段によって検出されたクロスポイントを、少なくとも一方の受光素子の出力のモニター値に基づいて補正する補正手段とを備えるように構成されている。
【0106】
具体的には、図21に示すように、オフセット電圧が大きくなると、それに伴って受光素子63a、63bからの出力の振幅変動に伴う、ゼロクロスポイントの移動量ΔDが大きくなる。
【0107】
そのため、この実施の形態では、図22に示すように、トナーの色に応じた反射率のデータと、受光素子63a、63bからの出力の振幅変動(最悪値)に伴う、ゼロクロスポイントの移動量ΔDを、テーブルとして予め制御部5のROM等に記憶しておくように構成されており、テーブルを参照して補正値が決定される。その際、上記比較器77の出力によって求められたゼロクロスポイントに対して、{ΔD/(H−L)}×5%の値だけ、画像位置検出用パターン50の検出位置を補正回路によって補正するように構成してもよい。尚、この補正回路は、例えば、制御部5のCPU等によって構成され、上記演算処理を含むソフトウエアによって実現される。
【0108】
また、この実施の形態では、図23に示すように、発光素子の光量が、受光素子63a、63bの出力が飽和するように初期光量が設定されており、その後、受光素子63a、63bの出力が低下した場合でも、当該受光素子63a、63bの出力が所定値以上になるように構成されている。
【0109】
さらに、この実施の形態では、図21に示すように、オフセット電圧印加手段の印加電圧が大きくなると、ゼロクロスポイントの移動量ΔDが大きくなるため、当該オフセット電圧印加手段の印加電圧が、0.5V以下に設定されており、ゼロクロスポイントの移動量ΔDを所定の範囲内に収まるように構成されている。
【0110】
そのため、この実施の形態では、簡単な検出回路で、パターン濃度変動や、LED光量低下、YMCKトナーの反射率バラツキなどの外乱要素に対して高いロバスト性を持った検出装置が実現できるようになっている。
【0111】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。
【0112】
実施の形態4
図24及び25はこの発明の実施の形態4を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態4では、中間転写体がドラム状に形成されており、当該中間転写体上に形成された画像位置検出用パターンを検出する検出手段が、画像濃度を検出するための検出手段と別個に設けられるように構成されている。
【0113】
図24及び25はこの発明の実施の形態4に係る画像形成装置としてのタンデム型のフルカラープリンタを示すものである。
【0114】
図24において、01はタンデム型のフルカラープリンタの本体を示すものであり、このプリンタ本体01の内部には、大別して、フルカラーの画像形成を行うプリントヘッドデバイス(Print Head Device )02と、このプリントヘッドデバイス02の静電潜像担持体としての4つの感光体ドラム111, 112, 113, 114に画像露光を施す露光装置としてのROS(Raster Output Scanner )03と、上記プリントヘッドデバイス02の各色の現像装置141, 142, 143, 144に対応する色のトナーを供給する4つのトナーカートリッジ04Y,04M,04K,04Cと、上記プリントヘッドデバイス02に記録媒体としての記録用紙Pを供給する給紙カセット05と、上記プリントヘッドデバイス02からトナー像が転写された記録用紙Pに対して、定着処理を施す定着装置170と、この定着装置170によって片面に画像が定着された記録用紙Pを、表裏を反転した状態で、再度プリントヘッドデバイス02の転写部へと搬送する両面用搬送経路07と、プリンタ本体01の外部から所望の記録用紙Pを給紙する手差し給紙手段08と、プリンタの動作を制御する制御回路や、画像信号に対して画像処理を施す画像処理回路等からなるコントローラ09と、高圧電源回路等からなる電気回路110とが設けられている。なお、図24中、Tは画像が形成された記録用紙Pを排出する排出トイレを示すものであり、この排出トイレTは、プリンタ本体01の上部に一体的に配置されている。
【0115】
上記プリンタ本体01の内部に配設される種々の部材のうち、露光装置としてのROS03は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色に対応した画像データに基づいて点灯駆動される4つの半導体レーザや、これら4つの半導体レーザから出射される4本のレーザ光を、偏向走査するためのf−θレンズやポリゴンミラー、あるいは複数枚の反射ミラーなどから構成されている。
【0116】
図25はこの発明の実施の形態4に係る画像形成装置としてのタンデム型フルカラープリンタのプリントヘッドデバイスを示すものである。尚、図25中の矢印は、各回転部材の回転方向を示している。
【0117】
このプリントヘッドデバイス02は、図25に示すように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)用の各感光体ドラム(像担持体)111, 112, 113, 114を有する画像形成部101, 102, 103, 104と、これら感光体ドラム111, 112, 113, 114に接触する一次帯電用の帯電ロール(接触型帯電装置)121, 122, 123, 124と、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色のレーザ光131, 132, 133, 134を照射するROS(露光装置)03(図24参照)と、上記感光体ドラム111, 112, 113, 114上に形成された静電潜像を、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色のトナーで現像する現像装置141, 142, 143, 144と、上記4つの感光体ドラム111, 112, 113, 114のうちの2つの感光体ドラム111, 112に接触する第1の一次中間転写ドラム(中間転写体)151及び他の2つの感光体ドラム113, 114に接触する第2の一次中間転写ドラム(中間転写体)152と、上記第1、第2の一次中間転写ドラム151, 152に接触する二次中間転写ドラム(中間転写体)153と、この二次中間転写ドラム153に接触する最終転写ロール(転写部材)160とで、その主要部が構成されている。
【0118】
感光体ドラム111, 112, 113, 114は、共通の接平面Mを有するように一定の間隔をおいて配置されている。また、第1の一次中間転写ドラム151及び第2の一次中間転写ドラム152は、各回転軸が該感光体ドラム111, 112, 113, 114軸に対し平行かつ所定の対称面を境界とした面対称の関係にあるように配置されている。さらに、二次中間転写ドラム153は、該感光体ドラム111, 112, 113, 114と回転軸が平行であるように配置されている。
【0119】
各色毎の画像情報に応じた信号は、電気回路110(図24参照)に配設された画像処理回路によりラスタライジングされてROS03に入力される。このROS03では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色のレーザ光131, 132, 133, 134が変調され、対応する色の感光体ドラム111, 112, 113, 114に照射される。
【0120】
上記各感光体ドラム111, 112, 113, 114の周囲では、周知の電子写真方式による各色毎の画像形成プロセスが行なわれる。まず、上記感光体ドラム111, 112, 113, 114としては、例えば、直径30mmのOPC感光体を用いた感光体ドラムが用いられ、これらの感光体ドラム111, 112, 113, 114は、例えば、104mm/secの回転速度で回転駆動される。上記感光体ドラム111, 112, 113, 114の表面は、図25に示すように、接触型帯電装置としての帯電ロール121, 122, 123, 124に、約−840VのDC電圧を印加することによって、例えば約−300V程度に帯電される。なお、上記接触型の帯電装置としては、ロールタイプのもの、フィルムタイプのもの、ブラシタイプのもの等が挙げられるが、どのタイプのものを用いても良い。この実施の形態では、近年、電子写真装置で一般に使用されている帯電ロールを採用している。また、感光体ドラム111, 112, 113, 114の表面を帯電させるために、この実施の形態では、DCのみ印加の帯電方式をとっているが、AC+DC印加の帯電方式を用いても良い。
【0121】
その後、感光体ドラム111, 112, 113, 114の表面には、露光装置としてのROS03によってイエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色に対応したレーザ光131, 132, 133, 134が照射され、各色毎の入力画像情報に応じた静電潜像が形成される。感光体ドラム111,112, 113, 114は、ROS03で静電潜像が書き込まれた際に、その画像露光部の表面電位は−60V以下程度にまで除電される。
【0122】
また、上記感光体ドラム111, 112, 113, 114の表面に形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色に対応した静電潜像は、対応する色の現像装置141, 142, 143, 144によって現像され、感光体ドラム111,112, 113, 114上にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色のトナー像として可視化される。
【0123】
この実施の形態では、現像装置141, 142, 143, 144として、磁気ブラシ接触型の二成分現像方式を採用しているが、この発明の適用範囲はこの現像方式に限定されるものではなく、非接触型の現像方式においてもこの発明を充分に適用することができることは勿論である。
【0124】
現像装置141, 142, 143, 144には、それぞれ色の異なったイエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)色のトナーと、キャリアからなる現像剤が充填されている。これらの現像装置141, 142, 143,144には、図24に示すように、対応する色のトナーカートリッジ04Y、04M,04K,04Cからトナーが補給されると、この補給されたトナーは、オーガー401,402で充分にキャリアと攪拌されて摩擦帯電される。現像ロール403の内部には、複数の磁極を所定の角度に配置したマグネットロール(不図示)が固定した状態で配置されている。この現像ロール403に現像剤を搬送するオーガー402によって、当該現像ロール403の表面近傍に搬送された現像剤は、現像剤量規制部材404によって現像部に搬送される量が規制される。この実施の形態では、上記現像剤の量は、30〜50g/m2 であり、また、このとき現像ロール403上に存在するトナーの帯電量は、概ね−20〜35μC/g 程度である。
【0125】
上記現像ロール403上に供給されたトナーは、マグネットロールの磁力によって、キャリアとトナーで構成された磁気ブラシ状となっており、この磁気ブラシが感光体ドラム111, 112, 113, 114と接触している。この現像ロール403にAC+DCの現像バイアス電圧を印加して、現像ロール403上のトナーを感光体ドラム111, 112,113, 114上に形成された静電潜像に現像することにより、トナー像が形成される。この実施の形態では、例えば、現像バイアス電圧のAC成分が4kHz、1.5kVppで、DC成分が−230V程度に設定されている。
【0126】
この実施の形態では、上記現像装置141, 142, 143, 144において、トナーとして略球形状のトナーである所謂”球形トナー”であって、その平均粒径が3〜10μm程度のものが使用され、例えば、ブラック色のトナーの平均粒径は8μm、カラートナーの平均粒径は7μmに設定される。
【0127】
次に、上記各感光体ドラム111, 112, 113, 114上に形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色のトナー像は、第1の一次中間転写ドラム151及び第2の一次中間転写ドラム152上に、静電的に二次転写される。感光体ドラム111, 112上に形成されたイエロー(Y)およびマゼンタ(M)色のトナー像は、第1の一次中間転写ドラム151上に、感光体ドラム113, 114上に形成されたブラック(K)、シアン(C)色のトナー像は、第2の一次中間転写ドラム152上に、それぞれ転写される。従って、第1の一次中間転写ドラム151上には、感光体ドラム111または112のどちらから転写された単色像と、感光体ドラム111及び112の両方から転写された2色のトナー像が重ね合わされた二重色像が形成されることになる。また、第2の一次中間転写ドラム152上にも、感光体ドラム113, 114から同様な単色像と二重色像が形成される。
【0128】
上記第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152上に感光体ドラム111,112,113,114からトナー像を静電的に転写するために必要な表面電位は、+250〜500V程度である。この表面電位は、トナーの帯電状態や雰囲気温度、湿度によって最適値に設定されることになる。この雰囲気温度や湿度は、雰囲気温度や湿度によって抵抗値が変化する特性を持った部材の抵抗値を検知することで簡易的に知ることが可能である。上述のように,トナーの帯電量が−20〜35μC/g の範囲内にあり、常温常湿環境下にある場合には、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152の表面電位は、+380V程度が望ましい。
【0129】
この実施の形態で用いる第1、第2の一次中間転写ドラム151,152は、例えば、外径が60mmに形成され、抵抗値は108 Ω程度に設定される。第1、第2の一次中間転写ドラム151,152は、単層、あるいは複数層からなる表面が可撓性、もしくは弾性を有する円筒状の回転体であり、一般的にはFeやAl等からなる金属製コアとしての金属パイプの上に、導電性シリコーンゴム等で代表される低抵抗弾性ゴム層(R=102 〜103 Ω)が、厚さ0.1〜10mm程度に設けられている。更に、第1、第2の中間転写ドラム151,152の最表面は、代表的にはフッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素ゴムを厚さ3〜100μmの高離型層(R=105 〜109 Ω)として形成し、シランカップリング剤系の接着剤(プライマ)で接着されている。ここで重要なのは、抵抗値と表面の離型性であり、高離型層の抵抗値がR=105 〜109 Ω程度であり、高離型性を有する材料であれば、特に材料は限定されない。
【0130】
このように第1、第2の一次中間転写ドラム151,152上に形成された単色又は二重色のトナー像は、二次中間転写ドラム153上に静電的に3次転写される。従って、二次中間転写ドラム153上には、単色像からイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)色の四重色像までの最終的なトナー像が形成されることになる。
【0131】
この二次中間転写ドラム153上へ第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152からトナー像を静電的に転写するために必要な表面電位は、+600〜1200V程度である。この表面電位は、感光体ドラム111, 112, 113, 114から第1の一次中間転写ドラム151及び第2の一次中間転写ドラム152へ転写するときと同様に、トナーの帯電状態や雰囲気温度、湿度によって最適値に設定されることになる。また、転写に必要なのは、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152と二次中間転写ドラム153との間の電位差であるので、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152の表面電位に応じた値に設定することが必要である。上述のように、トナーの帯電量が−20〜35μC/gの範囲内にあり、常温常湿環境下であって、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152の表面電位が+380V程度の場合には、二次中間転写ドラム153の表面電位は、+880V程度、つまり第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152と二次中間転写ドラム153との間の電位差は、+500V程度に設定することが望ましい。
【0132】
この実施の形態で用いる二次中間転写ドラム153は、例えば、外径が第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152と同じ60mmに形成され、抵抗値は1011Ω程度に設定される。また、上記二次中間転写ドラム153も第1、第2の一次中間転写ドラム151, 152と同様、単層、あるいは複数層からなる表面が可撓性、もしくは弾性を有する円筒状の回転体であり、一般的にはFeやAl等からなる金属製コアとしての金属パイプの上に、導電性シリコーンゴム等で代表される低抵抗弾性ゴム層(R=102 〜103 Ω)が、厚さ0.1 〜10mm程度に設けられている。更に、二次中間転写ドラム153の最表面は、代表的にはフッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素ゴムを厚さ3〜100μmの高離型層として形成し、シランカップリング剤系の接着剤(プライマ)で接着されている。ここで、二次中間転写ドラム53の抵抗値は、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152よりも高く設定する必要がある。そうしないと、二次中間転写ドラム153が第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152を帯電してしまい、第1及び第2の一次中間転写ドラム151,152の表面電位の制御が難しくなる。このような条件を満たす材料であれば、特に材料は限定されない。
【0133】
次に、上記二次中間転写ドラム153上に形成された単色像から四重色像までの最終的なトナー像は、最終転写ロール160によって、用紙搬送路を通る用紙Pに3次転写される。この用紙Pは、不図示の紙送り工程を経て用紙搬送ロール190を通過し、二次中間転写ドラム153と最終転写ロール160のニップ部に送り込まれる。この最終転写工程の後、用紙上に形成された最終的なトナー像は、定着装置170によって定着され、一連の画像形成プロセスが完了する。
【0134】
上記の如く構成されるタンデム型フルカラープリンタにおいては、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各画像形成部101, 102, 103, 104で、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、ブラック(K)、シアン(C)の各色の画像位置検出用パターン50と濃度検知用パターン70とが形成され、これらの各色の画像位置検出用パターン50と濃度検知用パターン70は、図26に示すように、二次中間転写ドラム153上に転写される。
【0135】
図26はこの発明の実施の形態4に係る画像形成装置の画質制御センサユニットを示す構成図である。
【0136】
この画質制御センサユニット80は、その両側に画像位置検出器60A、60Bをそれぞれ設け、その中央部に濃度検出器90を配置しており、各々の検出器60、90が略同一直線上に配置されたユニットとなっている。これは前述した先行技術の問題点を回避するためのものであり、「高品質なカラー画像を得ようとすればするほど、上記2種のセンサ(カラーレジセンサとカラー濃度センサ)を一体化して各々の特性値を検出することには限界が生じてしまい、専用のセンサを個別に取り付けることが必要となってくる」といったことを考慮したものである。
【0137】
さらに詳しく各検出器60、90に関して述べると、濃度検出器90は、図27に示すように、黒色トナーを正反射光学系で、イエロー、マゼンタ、シアンの各トナーを拡散光学系で検出する2系統の光学要素を持った検出器である。また、画像位置検出器50は、前記実施の形態1と同様、図3に示すように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)間の色ずれを検知するため拡散光学系を採用したものであり、黒色トナーを検出する場合には、下地にカラートナー(例えば、イエロートナー)を転写した後、その上に黒色トナーを転写し、両者の出力比で間接的に黒色トナーを検出するように構成されている。この画像位置検出器60は、センサ内の二分割フォトダイオードにて検知され、1番目のフォトダイオードと2番目のフォトダイオードにて検知されたパターンはその時間差をもって後段の処理回路にて色ずれ量が演算される。
【0138】
しかし、ここで画像形成位置の時間差を検知する際に、前述したように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)トナーのアナログ出力は、3者間で同等の出力となっていなければ、検知誤差を生じてしまう。また、黒色の画像位置検出用パターン50を検出する際には、黒色トナーの濃度が低すぎると、下地となるカラートナーが検知されてしまい、この場合も検出誤差を生じてしまうため、誤差なく各色の画像位置検出用パターン50を検出するためには、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)色トナーのアナログ出力が3者間で同じ出力(濃度間差ではない、また濃度の高低は任意である)であり、黒色トナーの濃度が非常に高い(黒色濃度が飽和濃度以上になる位の出力)ということが理想的な条件となる。
【0139】
しかし、一般的には、濃度検出器90により決定される画像形成条件は、画像出力装置6のIOTの特性や、画質設計上のパラメータやカラーマッピングなどの諸条件により、目標濃度が異なる場合が多いため、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)間で必ずしも一致するとはかぎらない。
【0140】
一例をあげると、図28に示す表のようになる。
【0141】
さらに、最終画質濃度(用紙上濃度)が本来制御したい特性値であるため、極端に言えば、二次中間転写ドラム153上の濃度を一定にする必要はなく、図29に示すように、たとえ同一濃度であったとしても、二次中間転写ドラム153上のセンサ出力としては、色毎に異なる場合も十分考えられる。
【0142】
そこで、この実施の形態5は、上記課題を解決するためになされたものであり、濃度検出器90で読み取られたパッチ濃度の検知出力に基づき決定される画像形成条件とは別に、各色の画像位置検出用パターン50の形成条件を別途作成し、その条件下で作成された各画像位置検出用パターン50を用いて、画像位置の位置ずれ検知を行うため、誤差の少ない高精度な色ずれ制御が可能となる。
【0143】
以下、図30に示すフローチャートに基づいて動作説明を行う。
【0144】
まず、所定のタイミングで、画質制御セットアップ動作を開始する(ステップ101)。すると、制御部5は、濃度検知用パターン80を通常通り作成し(ステップ102)、二次中間転写ドラム153上に転写された濃度検知用パターン80の濃度を、濃度検出器90によって検出し、リアルタイムで濃度特性値(RADC)を算出する(ステップ103)。その際、上記濃度検出器90は、上述したように、黒色(K)トナーは鏡面反射光学系、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)トナーは拡散反射光学系にて検知するため、それぞれの特性値は、センサ出力の値を元に特定の補正式(換算式)もしくはLUT(LookUp Table)に基づき、画像形成条件を変更する(例えば、現像バイアス又はROSのLD光量、又はPWMのパルス幅、又は現像機へのトナー補充など)(ステップ104)。この条件はセットアップ終了後、次の画像形成サイクルから適用される。
【0145】
次に、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の特定値そのものの値を比較する(ステップ105)。そして、これらイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の特定値が、ステップ106に示す条件式を満たすならば、現在の画像形成条件(パターン形成条件)のまま、画像位置検出用パターン50を作成する(ステップ107)。
【0146】
一方、制御部5は、ステップ106に示す条件式を満たさない場合には、当該条件式を満たすような特定の換算式、もしくは予め対応付けておいたLUTに基づき、画像位置検出用パターン50の形成条件を算出する(ステップ108、109)。
【0147】
ここで算出された画像位置検出用パターン50の形成条件は、その同一セットアップ内の作成時(ステップ110)に即反映される。このように出力一定になるべく(未定着パターンの濃度)調整済みの画像位置検出用パターン50を検出するため、高精度な色ずれ量検知が可能となる。
【0148】
ここで算出された色ずれ量に基づき、それぞれのフィードバック先の制御補正量が決定され、次の画像形成サイクル開始時から適用される(ステップ111〜113)。
【0149】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。
【0150】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、簡単な回路構成で、画像位置検出用パターンの検出精度を実用上満足の行く程度にまで高めることが可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はこの発明の実施の形態1に係る画像位置検出装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示す構成図である。
【図2】 図2はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機における画像位置検出用パターンと画像位置検出器を示す構成図である。
【図3】 図3は画像位置検出器を示す構成図である。
【図4】 図4は画像位置検出器の信号処理回路を示す回路図である。
【図5】 図5は画像位置検出用パターンの検出波形を示す説明図である。
【図6】 図6は画像位置検出用パターンの検出波形を示す波形図である。
【図7】 図7は画像位置検出用パターンの検出波形を示す波形図である。
【図8】 図8は画像位置検出用パターンの検出波形を示す波形図である。
【図9】 図9は各色のトナーの反射率を示すグラフである。
【図10】 図10は画像位置検出用パターンの検出波形を示す模式図である。
【図11】 図11は黒色の画像位置検出用パターンを示す説明図である。
【図12】 図12は画像位置検出用パターンの検出波形を示す波形図である。
【図13】 図13はこの発明の実施の形態2に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機における画像位置検出用パターンと画像位置検出器を示す構成図である。
【図14】 図14はこの発明の実施の形態1に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機における画像位置検出用パターンと画像位置検出器を示す構成図である。
【図15】 図15は画像位置検出器を示す構成図である。
【図16】 図16は実施の形態2に係る画像位置検出器60の信号処理回路を示すブロック図である。
【図17】 図17は実施の形態3に係る画像位置検出器60の信号処理回路を示すブロック図である。
【図18】 図18は実施の形態3に係る画像位置検出器60の受光素子を示す説明図である。
【図19】 図19は画像位置検出器の信号処理回路を示す回路図である。
【図20】 図20は画像位置検出用パターンの検出波形を示す説明図である。
【図21】 図21は画像位置検出器の出力とゼロクロスポイントとの位置関係を示すグラフである。
【図22】 図22は画像位置検出器の出力とゼロクロスポイントとの位置関係を示すグラフである。
【図23】 図23は画像位置検出器の発光素子の光量設定値を示すグラフである。
【図24】 図24はこの発明の実施の形態4に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示す構成図である。
【図25】 図25はこの発明の実施の形態4に係る画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示す構成図である。
【図26】 図26は画像位置検出器及び濃度検出器を示す斜視構成図である。
【図27】 図27は濃度検出器を示す構成図である。
【図28】 図28は濃度検出用パターンの濃度を示す図表である。
【図29】 図29は濃度検出用パターンの濃度変化を示すグラフである。
【図30】 図30は濃度検出用パターン及び画像位置検出用パターンの濃度の設定方法を示すフローチャートである。
【図31】 図31は従来の画像位置検出器を示す構成図である。
【図32】 図32は従来例における画像位置検出用パターンの検出波形を示す波形図である。
【符号の説明】
5:制御部(パターン変更手段)、50:画像位置検出用パターン、60:画像位置検出器、62a、62b:発光素子。
Claims (2)
- 画像情報に対応した互いに色の異なるカラートナーと黒色トナーとからなる画像を形成する複数の画像形成手段と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を多重に転写する中間転写体と、前記複数の画像形成手段によって形成された画像を中間転写体上に順次多重に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上に転写された画像を記録媒体に一括して転写する二次転写手段と、前記中間転写体上に形成された所定の幅を有する画像位置検出用パターンを赤外領域にて検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された検出データに基づき各画像形成部によって形成される画像の位置を補正する補正手段を有する画像形成装置において、
前記検出手段によって検出される各色の画像位置検出用パターンの形成条件を任意に変更可能としたパターン変更手段を設け、
前記黒色の画像位置検出用パターンとして、カラートナーからなる下地パターンの周囲を、カラートナーからなる画像位置検出用パターンの幅と等しい開口幅を有する黒色トナーで被覆したものを用いるとともに、
前記パターン変更手段は、前記各色の画像位置検出用パターンの濃度を任意に変更するとともに、予め前記検出手段によって検出した画像位置検出用パターンの検出データを基に、前記各色の画像位置検出用パターンの開口幅を含んだ幅を各色毎に変更可能としたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記パターン変更手段は、一部の色の画像位置検出用パターンの検出データのみが低い場合は、当該低い色の画像位置検出用パターンの濃度をそのままに、他の色の画像位置検出用パターンの濃度を低下させることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
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