以下、本発明を適用した画像形成装置として、複数の感光体を設けたいわゆるタンデム型のフルカラー電子写真複写機(以下、単に「複写機」という)の実施形態について説明する。まず、実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図1は、実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。同図において、複写機は、画像形成を行うプリント部100と、このプリント部100が載置されプリント部100に対して記録部材である記録紙5の供給を行う給紙装置200と、プリント部100上に取り付けられ原稿画像を読み取るスキャナ300と、このスキャナ300の上部に取り付けられる原稿自動搬送装置(ADF)400とを備えている。プリント部100には、記録紙5を手差し給紙させるための手差しトレイ6、及び、画像形成済みの記録紙5が排紙される排紙トレイ7が設けられている。
図2は、プリント部100の構成を拡大して示す拡大構成図である。プリント部100には、中間転写体であり且つ像担持体である無端状の中間転写ベルト10が設けられている。この中間転写ベルト10の材料には、ベルト伸びによる位置ずれを防止するために機械的特性に非常に優れたポリイミドが採用されている。
中間転写ベルト10は、3つの支持ローラ14,15,16に張架された状態で、それら支持ローラの何れか1つの回転駆動により、図中時計回り方向に無端移動せしめられる。図2に示すように、支持ローラ14,15,16のうちの第1支持ローラ14と第2支持ローラ15との間のベルト張架部分には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の4つの画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kが並んで配置されている。また第2支持ローラ15と第3支持ローラ16との間のベルト張架部分には、中間転写ベルト10上に形成された基準トナー像たる基準パッチ像を検知したり、基準パッチ像に対するトナー付着量を検知したりするための光学センサユニット150が取り付けられている。
画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kの上方には、図1に示したように、レーザー書込装置21が設けられている。このレーザー書込装置21は、スキャナ300で読み取られた原稿の画像情報に基づいて、図示しないレーザ−制御部によって半導体レーザ−(図示せず)を駆動して書込光を出射する。そして、その書込光により、各画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kに設けられた潜像担持体たるドラム状の感光体20Y,20C,20M,20Kを露光走査して感光体に静電潜像を形成する。なお、書込光の光源としては、レーザーダイオードに限るものではなく、例えばLEDであってもよい。
図3は、4つの画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kのうちの2つを示す拡大構成図である。なお、4つの画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kは、使用するトナーの色が互いに異なる点の他が同様の構成になっているので、同図においては、各部材の符号の末尾に付すY,C,M,Kという添字を省略している。また、以下の説明においても、これら添字を必要に応じて適宜省略する。
画像形成ユニット18には、感光体20の周囲に、帯電装置60、現像装置61、感光体クリーニング装置63及び除電装置64が設けられている。また、感光体20に対して中間転写ベルト10を介して対向する位置には、1次転写装置62が設けられている。
帯電装置60は、帯電ローラを採用した接触帯電方式のものであり、感光体20に接触して電圧を印加することにより感光体20の表面を一様に帯電する。この帯電装置60には、非接触のスコロトロンチャージャなどを採用した非接触帯電方式のものも採用できる。
現像装置61では、磁性キャリアと非磁性トナーからなる二成分現像剤を使用している。なお、現像剤としては一成分現像剤を使用してもよい。この現像装置61は、現像ケース70内に設けられた攪拌部66と現像部67とに大別できる。攪拌部66では、二成分現像剤(以下、単に「現像剤」という)が攪拌されながら搬送されて現像剤担持体としての後述する現像スリーブ65上に供給される。この攪拌部66は、平行な2本のスクリュー68が設けられており、2本のスクリュー68の間には、両端部で互いが連通するように仕切るための仕切り板が設けられている。また、現像ケース70には現像装置61内の現像剤のトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ71が取り付けられている。一方、現像部67では、現像スリーブ65に付着した現像剤のうちのトナーが感光体20に転移される。この現像部67には、現像ケース70の開口を通して感光体20と対向する現像スリーブ65が設けられており、その現像スリーブ65内には図示しないマグネットが固定配置されている。また、現像スリーブ65に先端が接近するようにドクタ−ブレード73が設けられている。
現像装置61内においては、現像剤を2本のスクリュー68で攪拌しながら搬送循環し、現像スリーブ65に供給する。現像スリーブ65に供給された現像剤は、現像スリーブ65内に配設されたマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に汲み上げられる。現像スリーブ65に汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ65の回転に伴って搬送され、ドクターブレード73によって適正な量に規制される。なお、規制された現像剤は攪拌部66に戻される。このようにして感光体20と対向する現像領域まで搬送された現像剤は、マグネットローラの発する磁力によって穂立ち状態となり、磁気ブラシを形成する。現像領域では、現像スリーブ65に印加されている現像バイアスにより、現像剤中のトナーを感光体20上の静電潜像部分に移動させる現像電界が形成される。これにより、現像剤中のトナーは、感光体20上の静電潜像部分に転移し、感光体20上の静電潜像は可視像化され、トナー像が形成される。現像領域を通過した現像剤は、マグネットの磁力が弱い部分まで搬送されることで現像スリーブ65から離れ、攪拌部66に戻される。このような動作の繰り返しにより、攪拌部66内のトナー濃度が薄くなると、それをトナー濃度センサ71が検出し、その検出結果に基づいて攪拌部66にトナーが補給される。
1次転写装置62としては、1次転写ローラを採用しており、中間転写ベルト10を挟んで感光体20に押し当てるようにして設置している。1次転写装置62は、ローラ形状のものでなくても、導電性のブラシ形状のものや、非接触のコロナチャージャなどを採用してもよい。
感光体クリーニング装置63は、先端を感光体20に押し当てられるように配置される、例えばポリウレタンゴム製のクリーニングブレード75を備えている。また、本実施形態では、クリーニング性能を高めるために感光体20に接触する導電性のファーブラシ76を併用している。クリーニングブレード75やファーブラシ76により感光体20から除去されたトナーは、感光体クリーニング装置63の内部に収容される。
除電ランプ等からなる除電装置64は、光を照射して感光体20の表面電位を初期化する。画像形成ユニット18には、感光体20に対向する電位センサ120が設けられている。この電位センサ120は、感光体20に対向するように設けられ、感光体20表面電位を検出する。
帯電装置60により、感光体20の表面は例えば−700Vに一様帯電せしめられ、レーザー書込装置21によってレーザー光が照射された静電潜像部分の電位は、例えば−120Vとなる。これに対して、現像バイアスは例えば−470Vであり、静電潜像と現像スリーブとの間に350Vの現像ポテンシャルが作用する。
先に示した図1において、画像形成ユニット18は、感光体20の回転とともに、まず帯電装置60で感光体20の表面を一様に帯電せしめる。次いで、スキャナ300により読み取った画像情報に基づいてレーザー書込装置21からレーザーによる書込光を照射し、感光体20上に静電潜像を形成する。その後、現像装置61により静電潜像が可視像化されてトナー像が形成される。このトナー像は、1次転写装置62により中間転写ベルト10上に1次転写される。1次転写後に感光体20の表面に残留した転写残トナーは、感光体クリーニング装置63により除去され、その後、感光体20の表面は、除電装置64により除電されて、次の画像形成に供される。
図2において、3つの支持ローラのうち、第3支持ローラ16に対向する位置には、2次転写装置である2次転写ローラ24が設けられている。そして、中間転写ベルト10上のトナー像を記録紙5上に2次転写する際には、2次転写ローラ24を第3支持ローラ16に巻回された中間転写ベルト10部分に押し当てて2次転写ニップを形成する。なお、2次転写装置としては2次転写ローラ24を用いた構成でなくても、例えば転写ベルトや非接触の転写チャージャを用いた構成としてもよい。この2次転写ローラ24には、2次転写ローラ24に付着したトナーをクリーニングするローラクリーニング部91が当接している。
2次転写ローラ24の記録紙5搬送方向下流側には、2つのローラ23a,23b間に無端ベルト状の搬送ベルト22が配設されている。また、このさらに搬送方向下流側には、記録紙5上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置25が設けられている。定着装置25は、加熱ローラ26に加圧ローラ27を押し当てた構成となっている。また、中間転写ベルト10の支持ローラのうちの第2支持ローラ15に対向する位置には、ベルトクリーニング装置17が設けられている。このベルトクリーニング装置17は、記録紙5に中間転写ベルト10上のトナー像を転写した後に中間転写ベルト10上に残留する残留トナーを除去するためのものである。
プリント部100には、図1に示したように、給紙装置200から給紙された記録紙5を2次転写ローラ24を経由して排紙トレイ7に案内する搬送路48が設けられている。また、この搬送路48に沿って、搬送ローラ49a、レジストローラ49b、排出ローラ56なども設けられている。搬送路48の下流側には、転写後の記録紙5の搬送方向を排紙トレイ7又は用紙反転装置93に切り替える切替爪55が設けられている。用紙反転装置93は、記録紙5を反転させて再び2次転写ローラ24に向けて送り出すものである。
プリント部100には、手差しトレイ6から搬送路48へ合流する手差し給紙路53も設けられ、この手差し給紙路53の上流側には、手差しトレイ6にセットされた記録紙5を一枚ずつ給紙するための給紙ローラ50及分離ローラ51が設けられている。
給紙装置200は、記録紙5を収納する複数の給紙カセット44、これらの給紙カセット44に収納された記録紙を一枚ずつ送り出す給紙ローラ42及び分離ローラ45、送り出された記録紙を給紙路46に沿って搬送する搬送ローラ47などから構成されている。給紙路46は、プリント部100の搬送路48に接続している。
スキャナ300は、コンタクトガラス31上に載置される原稿(図示せず)の読取り走査を行うために、原稿照明用光源とミラーを搭載した第1及び第2の走行体33,34を往復移動させる。これらの走行体33,34により走査された画像情報は、結像レンズ35によってその後方に設置されている読取センサ36の結像面に集光され、読取センサ36によって画像信号として読込まれる。
本複写機を用いて原稿のコピーをとる場合、まず、原稿自動搬送装置400の原稿台30に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス31上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じてそれで押さえる。その後、ユーザーが図示しないスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットしたときには、原稿がコンタクトガラス31上に搬送される。そして、スキャナ300が駆動して第1走行体33および第2走行体34が走行を開始する。これにより、第1走行体33からの光がコンタクトガラス31上の原稿で反射し、その反射光が第2走行体34のミラーで反射されて、結像レンズ35を通じて読取センサ36に案内される。このようにして原稿の画像情報を読み取る。
また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、図示しない駆動モータが駆動し、支持ローラ14,15,16のうちの1つが回転駆動して中間転写ベルト10が回転駆動する。また、これと同時に、各画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kの感光体20Y,20C,20M,20Kも回転駆動する。その後、スキャナ300の読取センサ36で読み取った画像情報に基づいて、レーザー書込装置21から、各画像形成ユニット18Y,18C,18M,18Kの感光体20Y,20C,20M,20K上に書込光がそれぞれ照射される。これにより、各感光体20Y,20C,20M,20Kには、それぞれ静電潜像が形成され、現像装置61Y,61C,61M,61Kにより可視像化される。そして、各感光体20Y,20C,20M,20K上には、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像が形成される。
このようにして形成された各色トナー像は、各1次転写ローラ62Y,62C,62M,62Kにより、順次中間転写ベルト10上に重なり合うようにそれぞれ1次転写される。これにより、中間転写ベルト10上には、各色トナー像が重なり合った合成トナー像が形成される。なお、2次転写後の中間転写ベルト10上に残留した転写残トナーは、ベルトクリーニング装置17により除去される。
また、ユーザーによりスタートスイッチが押されると、ユーザーが選択した記録紙5に応じた給紙装置200の給紙ローラ42が回転し、給紙カセット44の1つから記録紙5が送り出される。送り出された記録紙5は、分離ローラ45で1枚に分離して給紙路46に入り込み、搬送ローラ47によりプリント部100内の搬送路48まで搬送される。このようにして搬送された記録紙5は、レジストローラ49bに突き当たったところで止められる。
レジストローラ49bは、上述のようにして中間転写ベルト10上に形成された合成トナー画像が2次転写ローラ24に対向する2次転写部に搬送されるタイミングに合わせて回転を開始する。レジストローラ49bにより送り出された記録紙5は、中間転写ベルト10と2次転写ローラ24との間に送り込まれ、2次転写ローラ24により、中間転写ベルト10上の合成トナー像が記録紙5上に2次転写される。その後、記録紙5は、2次転写ローラ24に吸着した状態で定着装置25まで搬送され、定着装置25で熱と圧力が加えられてトナー像の定着処理が行われる。定着装置25を通過した記録紙5は、排出ローラ56により排紙トレイ7に排出されスタックされる。なお、トナー像が定着された面の裏面にも画像形成を行う場合には、定着装置25を通過した記録紙5の搬送方向を切替爪55により切り換え、用紙反転装置93に送り込む。記録紙5は、そこで反転し再び2次転写ローラ24に案内される。
図4は、光学センサユニット150を中間転写ベルト10とともに示す正面図である。光学センサユニット150は、中間転写ベルト10の鉛直方向下方に配設されている。そして、支持部材157に固定された複数のフォトセンサ、シャッター部材156、図示しないシャッターソレノイドなどを有している。支持部材157に固定されたフォトセンサは、具体的には、第1端部フォトセンサ151、中央フォトセンサ152、第2端部フォトセンサ153、Yフォトセンサ154Y、Cフォトセンサ154C、Mフォトセンサ154M、及びKフォトセンサ154Kの7つである。これら7つのうち、第1端部フォトセンサ151、中央フォトセンサ152、第2端部フォトセンサ153、Yフォトセンサ154Y、Cフォトセンサ154C、及びMフォトセンサ154Mは、それぞれマルチ反射型光学センサからなる。また、Kフォトセンサは、正反射型光学センサからなる。
本複写機は、後述する作像条件調整処理において、位置ずれ検知用のKパッチ状トナー像(Kパッチ像)やトナー付着量検知用のKパッチ像を中間転写ベルト10の表面に形成する。第1端部フォトセンサ151は、中間転写ベルト10の幅方向の一端部に形成された位置ずれ検知用のKパッチ像を検知するためのものである。また、中央フォトセンサ152は、中間転写ベルト10の幅方向の中央部に形成された位置ずれ検知用のKパッチ像を検知するためのものである。また、第2端部フォトセンサ153は、中間転写ベルト10の幅方向の他端部に形成された位置ずれ検知用のKパッチ像を検知するためのものである。また、Kフォトセンサ154Kは、中間転写ベルト10の表面上に形成されたトナー付着量検知用のKパッチ像に対するKトナー付着量を検知するためのものである。また、Y,C,Mフォトセンサ154Y,C,Mは、中間転写ベルト10の表面上に形成されたトナー付着量検知用のY,C,Mパッチ像に対するY,C,Mトナー付着量を検知するためのものである。
図5は、Kフォトセンサ154Kを中間転写ベルト10とともに示す拡大構成図である。正反射型光学センサからなるKフォトセンサ154Kは、光源たるLED154aKと、正反射受光部154bKとを有している。そして、LED154aKから発した後、中間転写ベルト10の表面上で正反射した正反射光を、正反射受光部154bKによって受光しながら、受光量に応じた電圧を正反射受光部154bKから出力する。複写機の図示しない制御部は、正反射受光部154bKからの出力電圧値の変化に基づいて、中間転写ベルト10上に形成されたKパッチ像KpgがKフォトセンサ154の真上に進入したタイミングを把握したり、Kパッチ像Kpgに対する単位面積当たりのKトナー付着量を把握したりする。
図6は、Yフォトセンサ154Yを中間転写ベルト10とともに示す拡大構成図である。マルチ反射型光学センサからなるYフォトセンサ154Yは、光源たるLED161Yと、正反射受光部162Yと、拡散反射受光部163Yとを有している。そして、LED161Yから発した後、中間転写ベルト10の表面上で正反射した正反射光を、正反射受光部162Yによって受光しながら、正反射光の受光量に応じた電圧を正反射受光部162Yから出力する。また、LED161Yから発した後、中間転写ベルト10の表面上で拡散反射した拡散反射光を、拡散反射受光部163Yによって受光しながら、拡散反射光の受光量に応じた電圧を拡散反射受光部163Yから出力する。複写機の図示しない制御部は、正反射受光部162Yからの出力電圧値と、拡散反射受光部163Yからの出力電圧値とに基づいて、中間転写ベルト10上に形成されたYパッチ像Ypgに対する単位面積当たりのYトナー付着量を把握する。前述の2つの出力電圧値に基づいてYトナー付着量をどのように求めるのかについては、特開2007−33770号公報に詳しく開示されているので、説明を省略する。Yフォトセンサ154Yについて説明したが、マルチ型光学センサからなるCフォトセンサ154C、Mフォトセンサ154M、第1端部フォトセンサ151、中央フォトセンサ152、第2端部フォトセンサ153も、同様にして、トナー付着量を検知したり、トナー像を検知したりすることが可能である。
図7は、光学センサユニット150を中間転写ベルト10とともに示す拡大側面図である。同図において、7つのフォトセンサ(151、152、153、154Y〜K)は、何れもガラスからなる光送受面を中間転写ベルト10に対向させる姿勢で支持部材157の側面に固定されている。支持部材157の上面には、シャッターソレノイド155が固定されている。シャッター部材156は、各フォトセンサの光送受面と、中間転写ベルト10との間に介在する位置に存在するように、シャッターソレノイド155の駆動軸に固定されている。シャッターソレノイド155が駆動しておらず、その駆動軸が図示のように延伸している状態では、シャッター部材156が7つのフォトセンサのそれぞれにおける光送受面の真上に位置して、それら光送受面を覆う。これにより、中間転写ベルト10から飛散するトナーをフォトセンサの光送受面に付着させないように、光送受面を保護している。シャッターソレノイド155が駆動してその駆動軸が収縮すると、図8に示すように、シャッター部材156が各フォトセンサの真上から待避する。これにより、各フォトセンサによるベルトに対する光照射が可能になる。
図9は、本複写機における電気回路の一部を示すブロック図である。同図において、演算手段たる制御部190は、CPU190aと、制御プログラムや各種データを記憶したROM190cと、各種データを一時的に記憶するRAM190bとを有している。この制御部190には、レーザー書込装置の制御を専用に司る光書込制御回路192、光学センサユニット150の各フォトセンサ、シャッターソレノイド155、各種電源、各種モータ、各色トナー濃度センサなどが、周辺機器器との間で信号の授受を行うためのI/Oインターフェース191を介して接続されている。
光書込制御回路192は制御部190からI/Oインターフェース191を介して入力される指令に基づいてレーザー書込装置(図1の21)の駆動を制御する。図示の各種電源は、各色の画像形成ユニット(18Y,C,M,K)の現像スリーブにそれぞれ印加する現像バイアスを個別に出力するための各色現像バイアス電源、各色の1次転写ローラ(62Y,C,M,K)に印加する1次転写バイアスをそれぞれ個別に出力するための各色1次転写バイアス電源などである。また、図示の各種モータは、各色の画像形成ユニットをそれぞれ個別に駆動するための各色プロセスモータ、中間転写ベルト10を駆動するためのベルト駆動モータなどである。また、各色トナー濃度センサは、Y現像装置内の現像剤のYトナー濃度を検知するYトナー濃度センサ、C現像装置内の現像剤のCトナー濃度を検知するCトナー濃度センサ、M現像装置内の現像剤のMトナー濃度を検知するMトナー濃度センサ、及びK現像装置内の現像剤のKトナー濃度を検知するKトナー濃度センサである。これらの各種機器の他、Y,C,M,K用の現像装置に対してそれぞれY,C,M,Kトナーを補給するための図示しないトナー補給装置もI/Oインターフェース191に接続されている。
本複写機は、以下のような作像条件調整処理を、電源オン直後や、所定枚数のプリントを行う毎に実施するように構成されている。即ち、この作像条件調整処理では、画像濃度に関連する第1作像条件調整処理と、画像位置に関連する第2作像条件調整処理とを実施する。そして、第1作像条件調整処理では、トナー付着量検知用のパッチパターン像を、第2作像条件調整処理では、位置ずれ検知用のパッチパターン像を、中間転写ベルト10の表面に形成する。
第1作像条件調整処理では、トナー付着量検知用のパッチパターン像として、Y,C,M,KトナーからなるY,C,M,Kパッチパターン像をそれぞれ形成する。これらパッチパターン像はそれぞれ、10個のパッチ像からなる。例えば、Kパッチパターン像PKを例にすると、これは図10に示すように、段階的にトナー付着量が徐々に増えていくYパッチ像PK1、PK2・・・・PK10という10個のKパッチ像からなる。これらKパッチ像がそれぞれ光学センサユニットのKフォトセンサ154Kとの対向位置に進入したときにおけるKフォトセンサ154Kの正反射受光部からの出力電圧が、I/Oインターフェース191を介して制御部190に送られてRAM190aに記憶される。Kと同様にして、Y,C,M,についても、それぞれ10個のY,C,Mパッチ像がY,C,Mフォトセンサ154Y,C,Mとの対向位置に進入したときにおけるY,C,Mフォトセンサ154Y,C,Mの正反射受光部からの出力電圧がRAM190aに記憶される。また、Y,C,Mでは、正反射受光部からの出力電圧に加えて、拡散反射受光部からの出力電圧もRAM190aに記憶される。
制御部190は、RAM190bに記憶した各種フォトセンサからの出力電圧と、ROM190c2内に予め記憶しているアルゴリズムとに基づいて、Y,C,M,Kについてそれぞれ、出力電圧を単位面積当りのY,C,M,Kトナー付着量に換算してRAM190bに記憶する。
制御部190は、Y,C,M,Kの各色についてそれぞれ、RAM203内に記憶している各パッチ像のトナー付着量と、パッチ像を形成したときの現像ポテンシャル(現像バイアスと潜像電位との差)とに基づいて、トナー付着量と現像ポテンシャルとの関係を示す現像特性の直線関数式y=ax+bを求める。そして、この直線関数式における傾きaに基づいて、各色についてそれぞれ現像ポテンシャルやレーザー光書込強度、現像剤トナー濃度などの作像条件を調整する。その詳細は、特開平9−211911号公報などに記載されているので説明を省略する。
図11は、目標の画像濃度特性曲線と、第1作像条件調整処理を実施する直前における実際の画像濃度特性曲線とを示すグラフである。画像濃度特性は、各種の画像濃度について目標値と実際の出力値との関係を示すものである。電子写真方式の画像形成装置においては、環境(温湿度)変動があったり、連続運転に伴って発熱があったりすると、目標画像濃度特性曲線L0に対して、実際の画像濃度特性曲線がL1やL2のようにずれてくる。ずれたまま放置すると、画像濃度を正常に再現することができなくなってしまう。そこで、第1作像条件調整処理を実施する。これにより、図12に示すように、L1やL2のように目標からずれてしまった画像濃度特性曲線を、目標画像濃度特性曲線L0に近づけて、画像濃度再現性の安定化を図ることができる。
なお、本複写機は、第1作像条件調整処理として、連続プリント動作中に実施するためのもの、及び電源投入直後やプリントジョブ実施直後に実施するためのもの、の2種類を具備している。図10では、電源投入直後やプリントジョブ実施直後に実施する第1作像条件調整処理において形成されるパッチパターン像を示した。連続プリント動作中に実施する第1作像条件調整処理では、図10に示したパッチパターン像に代えて、図13に示すパッチパターン像が形成される。即ち、パッチパターン像に含まれる10個のパッチ像が互いに中間転写ベルト10における異なる紙間対応領域に形成されたものである。制御部190は、第1作像条件調整処理の実施タイミングが到来したときに、連続プリント動作中である場合には、図10に示したパッチパターン像に代えて、図13に示したパッチパターン像を形成する。
制御部190は、第1作像条件調整処理を終えると、次に、第2作像条件調整処理を実施する。この第2作像条件調整処理では、図14に示すような位置ずれ検知用のパッチパターン像を中間転写ベルト10の幅方向の一端部、中央部、他端部にそれぞれ形成する。それぞれのパッチパターン像は、ベルト幅方向から45[°]傾いた姿勢で延在する各色のパッチ像Py1、Pc1、Pm1、Pk1と、約−45[°]傾いた姿勢で延在する各色のパッチ像パッチ像Py2、Pc2、Pm2、Pk2とからなる。
ベルト幅方向の一端部に形成されたパッチパターン像の各パッチ像は、第1端部フォトセンサ151によって検知される。また、ベルト幅方向の中央部に形成されたパッチパターン像の各パッチ像は、中央フォトセンサ152によって検知される。また、ベルト幅方向の他端部に形成されたパッチパターン像の各パッチ像は、第2端部フォトセンサ153によって検知される。各色のパッチ像の形成タイミングが適切であれば、各パッチ像の検知時間間隔がそれぞれ等しくなるが、不適切であると、各パッチ像の形成間隔が不均一になる。そして、検知時間間隔も不均一になる。また、光書込用の光学系にスキューが生じていなければ、3つのパッチパターン像の間において、それぞれ同色のパッチ像が同じタイミングで検知されるが、スキューが生じていると検知タイミングが異なってくる。制御部190は、主走査方向(ベルト幅方向と同じ)や副走査方向(ベルト移動方向と同じ)における各パッチ像の検知時間間隔や検知タイミングのずれに基づいて、作像条件としての光学ミラーの傾きを調整したり、作像条件としての光書込タイミングを補正したりする。このような第2作像条件調整処理により、各色の重ね合わせずれや画像スキューを抑えることができる。
なお、位置ずれ検知用のパッチパターン像のベルト周方向における長さは、通常の紙間領域よりも大きい。このため、制御部190は、連続プリント動作中に位置ずれ検知用パッチパターン像を形成する場合には、その形成時だけ、紙間領域を通常よりも広げて、紙間内に位置ずれ検知用パッチパターン像を形成できるようにする。
また、本複写機においては、各パッチパターン像を形成するときには、図1に示した2次転写ローラ24を中間転写ベルト10から離間させて、パッチ像の2次転写ローラ24への転移を回避するようになっている。
上述したように、光学センサユニット150における第1端部フォトセンサ151、中央フォトセンサ152、第2端部フォトセンサ153、Yフォトセンサ154Y、Cフォトセンサ154C、Mフォトセンサ154M、Kフォトセンサ154Kは、何れもベルト表面上で正反射した正反射受光部を有している。それら正反射受光部によって受光される正反射光のベルト表面における正反射性は、経時的に変化する。
図15は、本複写機による累積プリント枚数と、光学センサユニット150の各種フォトセンサからの地肌部正反射出力電圧との関係を示すグラフである。地肌部正反射出力電圧は、中間転写ベルト10のトナー像を担持していない無垢の表面で正反射光を受光している状態の正反射受光部から出力される電圧であり、正反射受光部での受光量が多くなるほどその電圧値が大きくなる。図15のグラフは、各種フォトセンサのLEDの発光量を一定に維持した状態で、地肌部正反射出力電圧を経時的に測定していく実験の結果に基づいて作成されたものである。図示のように、LEDの発光量を一定に維持しているにもかかわらず、複写機の累積プリント枚数が増加するにつれて、地肌部正反射出力電圧は低下していく。これは、累積プリント枚数の増加につれて、中間転写ベルト10の表面劣化が進んでベルト表面の光正反射性が低下していくからである。
図16は、累積プリント枚数と、光学センサユニット150のLED発光量との関係を示すグラフである。このグラフは、LEDに対して一定の電源電流を供給する条件で、LEDの発光量を経時的に測定していく実験の結果に基づいて作成されたものである。図示のように、光源であるLEDに対して一定の電源電流を供給する条件では、LEDの累積点灯時間が増加するにつれて、LEDの発光量が低下していく。これは、累積点灯時間の増加に伴ってLEDが劣化してその発光性能が低下していくからである。累積点灯時間にかかわらず、LEDの発光量を一定にするためには、LEDの劣化に伴って電源電流を大きくしていく必要がある。
図15に示したように、中間転写ベルト10の光正反射性の経時的低下や、図16に示したように、LEDの発光性能の経時的低下が発生することから、各種フォトセンサについては、定期的に校正処理を行う必要がある。そこで、制御部190は、作像条件調整処理における第1作像条件調整処理を実施するのに先立って、7つのフォトセンサについてそれぞれ校正処理を行うようになっている。この校正処理において、制御部190は、LEDを発光させて中間転写ベルト10の無垢の表面に対して光を照射しながら、所定の値の地肌部正反射出力電圧が出力されるように、フォトセンサに対する電源制御信号を調整する。電源制御信号は、フォトセンサに内蔵されている電源調整回路からLEDに対して出力される電流値を制御するための信号である。電源制御信号の値を変更することで、フォトセンサの電源調整回路からLEDに対する電流値を変更して、LEDの発光量を調整することができる。このような校正処理を実施することで、地肌部正反射出力電圧を長期間に渡って一定に維持することができる。
従来の画像形成装置では、その校正処理において、ベルト表面上で正反射光を得るために光学センサユニット155のシャッター部材156を開く必要があったため、校正処理の実施によってシャッター開放時間を増加させて各種フォトセンサの光送受面に対する汚れ付着を助長してしまうという不具合があった。
次に、実施形態に係る複写機の特徴的な構成について説明する。
先に示した図7において、光学センサユニット150のシャッター部材156は、その裏面を各種フォトセンサの光送受面に対向させている。シャッター部材156としては、アルミ等の金属からなるものであって、光反射性を高めるための研磨加工(例えば鏡面加工)を裏面に施したものを用いている。このため、シャッター部材156は、図示のように閉じられている状態では、各種フォトセンサのLEDから発せられる光を裏面で良好に反射させることができる。
図17は、シャッター部材156が閉じられている状態でLED161Yを発光させているYフォトセンサ154Yを示す拡大構成図である。正反射受光部162Yは、中間転写ベルト10の表面上で正反射した正反射光を最も多く受光し得る位置に配設されている。シャッター部材156は、中間転写ベルト10よりもYフォトセンサ154Yの近くに位置している。このため、シャッター部材156の裏面で正反射した正反射光の多くは、正反射受光部162Yとは異なる位置に向けて進む。しかし、一部の正反射光は、正反射受光部162Yに受光される。
図18は、各種フォトセンサのLED発光量と、裏面反射出力電圧との関係を示すグラフである。裏面反射出力電圧は、閉じられた状態のシャッター部材156の裏面で正反射した正反射光を受光している正反射受光部からの出力電圧である。図示のように、LEDの発光量と、裏面反射出力電圧とには、比例の関係が成立する。これは、LEDの発光量が増加するにつれて、シャッター部材156の裏面における正反射光量が増加するからである。
図19は、裏面正反射出力電圧と地肌部正反射出力電圧との関係を示すグラフである。このグラフは、各種のLED発光量の条件下にてそれぞれ、裏面正反射出力電圧と地肌部正反射出力電圧とを測定した結果に基づいて作成されたものである。図示のように、裏面反射出力電圧が増加するほど、地肌部正反射出力電圧も増加する。これは、ベルト表面の光正反射性が同じであれば、裏面反射出力電圧に基づいて、地肌部正反射出力電圧を求め得ることを示している。つまり、ベルト表面の光正反射性が同じであれば、シャッター部材156を閉じた状態で例えばA1[V]という裏面反射出力電圧が得られるようにフォトセンサを構成することで、中間転写ベルト10の無垢の表面において例えばA2[V]という所望の地肌部正反射出力電圧が得られるのである。
制御部190は、各種フォトセンサの校正処理として、第1校正処理及び第2校正処理の2種類を具備しており、それらを交互に実施するようになっている。具体的には、作像条件調整処理の実施タイミングが到来したときに、RAM190b内に記憶しているパラメータ変数である第1フラグがオンになっている場合には、第1作像条件調整処理を実施する前に、校正処理として第1校正処理を実施する。これに対し、第1フラグがオフになっている場合には、第1作像条件調整処理を実施する前に、校正処理として第2校正処理を実施する。なお、第1フラグは、第2校正処理が実施された直後にオフからオンにされる。また、第1校正処理が実施された直後にオンからオフにされる。
図20は、制御部190によって実施される作像条件調整処理の制御フローを示すフローチャートである。制御部190は、作像条件調整処理の実施タイミングが到来すると(ステップ1でY:以下、ステップをSと記す)、第1フラグについてオンになっているか否かを判定する(S2)。そして、オンになっている場合には(S2でY)、第1校正処理と、後述する信号記憶処理との組合せを実施した後(S3)、第1フラグをオフにしてから(S4)、第1作像条件調整処理(S5)と、第2作像条件調整処理(S6)とを順に実施する。これに対し、第1フラグがオンになっていない場合には(S2でN)、第2校正処理を実施した後(S7)、第1フラグをオンにしてから(S8)、第1作像条件調整処理及び第2作像条件調整処理を実施する(S5、S6)。
第1校正処理は、光学センサユニット150の各種フォトセンサについてそれぞれ、従来の校正処理と同様に、中間転写ベルト10の表面上で実際に得られた正反射光を受光する正反射光受光部から出力される地肌部正反射出力電圧を所定の値にするように、電源制御信号を調整する処理である。例えば、Yフォトセンサ154Yについては、図21に示すように、図示しないシャッター部材を開いた状態でLED161Yを点灯させて、中間転写ベルト10の無垢の表面上で得られた正反射光を正反射受光部162Yで受光する。そして、正反射受光部162Yから出力される地肌部正反射出力電圧が所定の値になるように、Yフォトセンサ154Yに対する電源制御信号を調整する。
制御部190は、図20に示したように、第1校正処理を信号記憶処理と必ずセットで実行する(S3)。信号記憶処理は、光学センサユニット150における各種フォトセンサについてそれぞれ、裏面反射出力電圧をデータ記憶手段としてのRAM190bに記憶する処理である。各種フォトセンサの裏面反射出力電圧については、次のようにして取得する。即ち、第1校正処理の実施後、それまで開いていたシャッター部材156を閉じた後、校正後の発光量の条件(校正後の電源制御信号の条件)でLED(例えば161Y)から発した光を、シャッター部材156の裏面で反射させる。そして、その反射光を受光した正反射受光部(例えば162Y)から出力される電圧を裏面反射出力電圧として取得する。
図22は、第1校正処理及び信号記憶処理のフローを示すフローチャートである。このフローは、光学センサユニット(150)における7つのフォトセンサについてそれぞれ並行して実施される。制御部190は、第1校正処理を開始すると、まず、シャッター部材(156)を開いた後(S3a)、連続プリント動作中であるか否かを判定する(S3b)。そして、連続プリント動作中である場合には(S3bでY)、連続プリント動作を中断する(S3c)。より詳しくは、感光体から中間転写ベルトに1次転写している画像のページまでを区切りとし、後続のページの画像については、形成を中断する。そして、画像形成中のページの画像を記録紙に2次転写してから、プリント動作を中断する。但し、中間転写ベルト(10)については、駆動を継続する。
その後、制御部190は、中間転写ベルト(10)を走行させた状態でLEDを点灯した後(S3d)、地肌部正反射出力電圧を所定の時間間隔で5回サンプリングする(S3e)。そして、5つのサンプリング値の平均について、目標範囲内であるか否かを判定し(S3f)、目標範囲内でない場合には、電源制御信号を調整してから(S3g)、制御フローをS3eにループさせて地肌部正反射出力電圧を再び5回サンプリングする。このようにして、平均値が目標範囲内に入るまで、サンプリングと電源制御信号の調整とを繰り返す。
地肌部正反射出力電圧の平均値が目標範囲内に入ると(S3fでY)、プリント動作中断中であった場合には、連続プリント動作を再開する(S3h、S3i)。ここまでが、第1校正処理である。第1校正処理を終えると、次に、信号記憶処理を実施する。信号記憶処理では、シャッター部材を閉じてから(S3j)、第1校正処理による校正後の電源制御信号でLEDを点灯させた状態で、裏面反射出力電圧を取得してRAM190bに記憶する(S3k)。
図23は、第2校正処理のフローを示すフローチャートである。このフローも、光学センサユニット(150)における7つのフォトセンサについてそれぞれ並行して実施される。制御部190は、第2校正処理を開始すると、シャッター部材(156)を閉じたままの状態でLEDを点灯させる(S7a)。このとき、フォトセンサへの電源制御信号については、前回の第1校正処理で校正した値と同じものを出力する。次に、裏面反射出力電圧を取得して、その値についてRAM(190b)内に記憶しているものと同じであるか否かを判定する(S7b)。そして、同じでない場合には、電源制御信号を調整してから(S7c)、制御フローをS7bにループさせて、裏面反射出力電圧についてRAM(190b)内に記憶しているものと同じであるか否かを再び判定する。このようにして、裏面反射出力電圧がRAM内の値と同じになるまで、電源制御信号の調整を繰り返す。
以上の構成の本複写機では、従来と同様の第1校正処理を実施した後、再び校正処理の実施タイミングが到来したときには、第1校正処理に代えて、第2校正処理を実施する。これにより、シャッター部材を開いた状態で実施しなければならない第1校正処理の実施頻度を従来よりも低減して、シャッター部材の開放時間を従来よりも短縮することができる。
以下、光学センサユニット(150)の各種フォトセンサにおいて、フォトセンサの光送受面と、シャッター部材(156)の裏面との距離を、シャッター距離Lcという(例えば、図17のLcを参照)。また、フォトセンサの光送受面と、中間転写ベルト(10)の表面との距離を、ベルト面距離Loという(例えば、図21のLoを参照)。図25は、各種のフォトセンサにおけるシャッター距離Lcと裏面反射出力電圧との関係を示すグラフである。シャッター距離Lcをゼロにした状態(フォトセンサの光送受面にシャッター部材を接触させた状態)から、シャッター距離Lcを徐々に大きくしていくと、やがて、フォトセンサの正反射受光部から出力される裏面反射出力電圧が急激に立ち上がり始める。その時点のシャッター距離Lcが最小必要距離である。図示のように、最小必要距離は1[mm]であった。そのとき、ベルト面距離Loについては、5[mm]に設定していた。よって、裏面反射出力電圧を得るためには、「Lc/Lo>0.2」という関係を具備させなければならないことがわかった。そこで、実施形態に係る複写機においては、「Lc/Lo>0.2」という関係を具備させている。より詳しくは、Lc=2.5[mm]、Lo=10[mm]としている。
図25は、表面劣化の進んだ中間転写ベルト(10)を被検対象とするフォトセンサからの地肌部正反射出力電圧の経時変化を示すグラフである。このグラフでは、中間転写ベルトの周方向における基準位置を被検対象としているタイミング(基準タイミングt0)を0[秒]としている。本発明者は、基準タイミングt0から、t1(t0+△t)、t2(t1+△t)、t3(t2+△t)・・・という具合に所定の時間間隔で地肌部正反射出力電圧を測定する実験を10回行った。そして、各測定タイミング(t1、t2、t3・・・)における10個分の測定結果をそれぞれ平均した値(t1Ave、t2Ave、t3Ave・・・)に基づいて、図25のグラフを作成した。図示のように、表面劣化の進んだ中間転写ベルトでは、周方向において光の正反射性にかなりのバラツキがある。地肌部正反射出力電圧を得たときに被検対象としていたベルト箇所が、偶然にもベルト1周において光反射性が最悪になる箇所や、最良になる箇所であったとする。このような場合、その地肌部正反射出力電圧だけに基づいてフォトセンサを校正すると、トナー付着量の検知精度を著しく悪化させてしまう。
そこで、本複写機では、図22に示したように、第1校正処理において、地肌部正反射出力電圧を所定の時間間隔で5回サンプリングし、その平均値が目標範囲内になるようにフォトセンサを校正している(S3e、S3f、S3g)。かかる構成においては、ベルトの周方向における光反射性のバラツキに起因するトナー付着量の検知精度の悪化を抑えることができる。なお、5回のサンプリング結果の平均値に代えて、2〜4回のサンプリング結果の平均値や、6回以上のサンプリング結果の平均値を採用してもよい。
図26は、第1作像条件調整処理において、連続プリント動作中に中間転写ベルトの紙間対応領域に形成したパッチ像(図13参照)をフォトセンサで検知するときにおける各種の動作タイミングを示すタイミングチャートである。連続プリント中においては、タイミングチャートの最上段に示すように、光学センサユニットとの対向位置(以下、反射光測定位置という)に対して、中間転写ベルトにおける記録紙対応領域と紙間対応領域とが交互に進入する。トナー付着量検知用の各色のパッチ像は紙間対応領域に形成されているので、最下段に示されるように、制御部(190)は紙間対応領域が反射光測定位置に進入したタイミングでシャッター部材を開いてセンサ出力電圧をサンプリングする。これに対し、記録紙対応領域が反射光測定位置に進入しているタイミングでは、シャッター部材を閉じてセンサを保護する。センサ出力電圧のサンプリングを開始する前に、1番目のパッチ像が形成されている紙間対応領域にベルト移動方向上流側で隣接している記録紙対応領域が反射光測定位置に進入しているタイミングで、上述した第2校正処理を実施する。これにより、トナー付着量の測定を開始する直前のタイミングでLEDの点灯を開始してフォトセンサの校正を開始して、LEDの点灯時間をできるだけ少なくすることができる。
これまで、像担持体たる中間転写ベルト10上に形成したパッチ像やそれに対するトナー付着量をフォトセンサで検知する複写機について説明したが、感光体や紙搬送ベルトなど、中間転写ベルトとは異なる像担持体の表面上のパッチ像やそれに対するトナー付着量をフォトセンサで検知する構成においても、本発明の適用が可能である。
以上、実施形態に係る複写機においては、校正手段たる制御部190が、第1校正処理において、所定期間内で複数回(5回)に渡って取得した地肌部正反射出力電圧(地肌部正反射出力信号)の平均値を目標範囲内にするようにフォトセンサのLEDの発光量(電源制御信号)を調整するようになっている。かかる構成では、既に説明したように、ベルトの周方向における光反射性のバラツキに起因するトナー付着量の検知精度の悪化を抑えることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、シャッター部材156として、裏面を研磨加工したものを用いているので、シャッター部材156の裏面でLEDからの光を良好に反射させる。これにより、LED発光量と裏面反射出力電圧との間に良好な相関を生起せしめて、第2校正処理の精度を向上させることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、制御部190が、像担持体たる中間転写ベルト10の周方向における全領域のうち、シート対応領域たる記録紙対応領域が反射光測定位置に進入しているときに、第2校正処理を実施する。かかる構成では、トナー付着量の測定を開始する直前のタイミングでLEDの点灯を開始してフォトセンサの校正を開始して、LEDの点灯時間をできるだけ少なくすることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、「Lc/Lo>0.2」という関係を具備させているので、シャッター裏面反射光を正反射受光部に確実に受光させることができる。