(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色のトナー像がその上に多重形成されるベルトと、前記ベルト上に形成された複数色のトナー像を転写材に転写する転写手段と、前記転写材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を備えるカラー画像形成装置であって、
発光素子と受光素子を備え、画像形成の基準位置となる、前記ベルト上に設けられたマークに光を照射し、反射光を検出し、当該検出結果に応じたアナログ信号を出力する、前記ベルトの近傍に配置された光学検出手段と、
入力された信号の電圧レベルが、第１閾値を上回る場合に入力信号をＨｉと認識し、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回る場合に前記入力信号をＬｏｗと認識する電気特性をもった入力ポートと、出力ポートを備え、前記光学検出手段の前記受光素子から出力されたアナログ信号を前記入力ポートから入力し、前記光学検出手段の前記発光素子を前記出力ポートから駆動する演算処理手段と
を備え、
前記演算処理手段は、前記出力ポートを制御して前記発光素子を点灯させ、前記入力ポートに入力された前記受光素子から出力されたアナログ信号の変化の検出を前記入力ポートから得られる認識結果によって行い、前記マークを検知したこと示す認識結果の検出回数に基づき、前記出力ポートにより前記光学検出手段の前記発光素子が照射する光の光量を制御し、
さらに、前記演算処理手段は、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したこと示す認識結果の検出回数を調べ、当該検出回数が１回のとき前記発光素子が照射する光の光量は適正と判断し、前記検出回数が０回のときには前記入力ポートの状態を調べて、Ｈｉに張り付いている場合には前記光量を減少させ、Ｌｏｗに張り付いている場合は前記光量を増加させるように光量制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】
前記演算処理手段は、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したことを示す認識結果の検出回数を調べ、当該検出回数が２回以上のとき、前記ベルトが１回転する間の前記入力ポートの状態のＨｉとＬｏｗの時間比率を算出し、Ｈｉの比率が高い場合に前記光量を減少させ、逆の場合には、前記光量を増加させるように光量制御することを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
【請求項３】
前記演算処理手段は、前記光量制御の実行後、再度、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したことを示す認識結果の検出回数を調べ、検出回数に応じて前記光量制御を実行する動作を、当該検出回数が１回になるまで、繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸなどのカラー画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像形成装置においては、その構成部品として中間転写体にベルト状のものを用いたものが知られている。例えば、回転駆動される回転体からなる感光体に対向配置され、且つ接触した状態で該感光体と同じ周速度で回転される中間転写ベルトを備えたものがある。この種の画像形成装置では、画像形成の位置基準となるホーム・ポジションを規定するために、中間転写ベルトに設けられた位置検知用マークの通過領域に該位置検知用マークを検知する検知センサを有している。また、感光体と接した状態を構成する一次転写部に一次転写手段、一次転写手段の配設位置よりも感光体の回転方向上流側の帯電位置に帯電手段をそれぞれ有している。そして画像形成する場合には、上記感光体および中間転写ベルトの回転中に、上記ホーム・ポジション検知センサによる上記ホーム・ポジション位置検知用マークの検知から一定のタイミングで作像プロセスを開始する。具体的には、感光体上に光書込みを開始する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
とくに、カラー画像を形成する画像形成装置では、上記帯電位置を通過して帯電された感光体の帯電領域に光書込みおよび現像により所定の色のトナー像を形成し、この所定の色のトナー像を一次転写部にて一次転写手段により中間転写ベルトに転写する。このような動作を異なる色ごとに繰り返して、中間転写ベルト上にカラーの重ねトナー像を形成し、この重ねトナー像を転写紙上に一括転写することによりカラー画像を得ている。上記重ねトナー像は、上記異なる色ごとに、上記ホーム・ポジション検知センサの上記ホーム・ポジション位置検知用マークの検知から一定のタイミングで作像プロセスを開始することで、上記中間転写ベルト上に各色が位置ずれなく形成されるようになっている。
【０００４】
近年、電子写真画像形成装置においても低コスト化が進み、中間転写ベルトに対してもより安価な材料を使用することが要求されている。このような状況下では、従来の中間転写ベルトに用いられていた材質と比較して、低コストのベルトに用いられる材質はその性能が限定されていることが多い。例えば、ホーム・ポジション検出センサに光学センサを用いる場合、従来品では、ホーム・ポジション位置検出を行いやすいように、ベルト表面の反射率と位置検知用マークの反射率が大きく異なるように設定されている。ところが、ベルト表面の加工工程を簡素化または省略することでコストを削減している中間転写ベルトでは、位置検知用マークとそれ以外の部分の反射率の差が従来品よりも小さくなるので、検知センサを高精度化することでホーム・ポジション検知を行っている。
【０００５】
上記高精度ホーム・ポジション検知センサの一般的な構成を以下に紹介する。センサ部は、発光部、受光部、発光素子駆動部から構成されており、発光素子駆動部をＣＰＵによって制御する構成となっている（例えば、特許文献２参照）。ＣＰＵは、Ａ／Ｄポートから受光部の出力電圧を読み取り、その結果に応じてＤ／Ａポートの出力電圧を操作して発光部の発光量を可変して、受光部のアナログ出力電圧の大きさを調節する。ＣＰＵは、中間転写ベルトの表面反射率に応じて、適切な発光量を選択できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４２０９９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００１−１６６５５３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の高精度検知センサは従来の検知センサと比較してコストが高くなってしまうという問題がある。また、この方法は、ＣＰＵのＡ／ＤポートとＤ／Ａポートを一つずつ使用してしまうので、ポート数の少ない安価なＣＰＵが使い辛くなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ａ／Ｄポートを使用せずに上記構成の高精度検知センサの機能を実現する、すなわち、ポート数の少ない安価なＣＰＵを使用しても上記構成の高精度検知センサの機能を実現するカラー画像形成装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明においては、ホーム・ポジション検知センサのアナログ出力電圧の入力手段としてＣＰＵのＡ／Ｄポートを使用せずにＩ／Ｏポートで代用するようにした。本来、Ｉ／Ｏポートでは光量といったアナログ量を測定することは不可能である。しかし、発光部の発光量が不適当な場合は検知マークの誤検知が発生するので、Ｉ／Ｏポートを介して入力した信号値を解析することで発光量が適切な状態にあるか、あるいは発光量の過不足の状態であるかを推測することは可能であると考えた。
【００１１】
正常に検知できている状態においては、中間転写体が回転駆動されている限りにおいては等間隔に検知パルスが発生している。光量過多により検知感度が上がり過ぎている状態では、検知マーク以外のものに反応して余分な検知パルスを出力することになる。逆に、光量不足の場合には検知感度の減少を招き、検知マークに反応できないことになる。これらの事柄から、検知パルスが正常時よりも多ければ光量を減少させ、正常時よりも少なければ光量を増加させることで光量の調整を行うことが可能となる。
【００１２】
したがって、請求項１に記載の発明は、複数色のトナー像がその上に多重形成されるベルトと、前記ベルト上に形成された複数色のトナー像を転写材に転写する転写手段と、前記転写材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を備えるカラー画像形成装置であって、発光素子と受光素子を備え、画像形成の基準位置となる、前記ベルト上に設けられたマークに光を照射し、反射光を検出し、当該検出結果に応じたアナログ信号を出力する、前記ベルトの近傍に配置された光学検出手段と、入力された信号の電圧レベルが、第１閾値を上回る場合に入力信号をＨｉと認識し、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を下回る場合に前記入力信号をＬｏｗと認識する電気特性をもった入力ポートと、出力ポートを備え、前記光学検出手段の前記受光素子から出力されたアナログ信号を前記入力ポートから入力し、前記光学検出手段の前記発光素子を前記出力ポートから駆動する演算処理手段とを備え、前記演算処理手段は、前記出力ポートを制御して前記発光素子を点灯させ、前記入力ポートに入力された前記受光素子から出力されたアナログ信号の変化の検出を前記入力ポートから得られる認識結果によって行い、前記マークを検知したこと示す認識結果の検出回数に基づき、前記出力ポートにより前記光学検出手段の前記発光素子が照射する光の光量を制御し、さらに前記演算処理手段は、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したこと示す認識結果の検出回数を調べ、当該検出回数が１回のとき前記発光素子が照射する光の光量は適正と判断し、前記検出回数が０回のときには前記入力ポートの状態を調べて、Ｈｉに張り付いている場合には前記光量を減少させ、Ｌｏｗに張り付いている場合は前記光量を増加させるように光量制御することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカラー画像形成装置であって、前記演算処理手段は、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したことを示す認識結果の検出回数を調べ、当該検出回数が２回以上のとき、前記ベルトが１回転する間の前記入力ポートの状態のＨｉとＬｏｗの時間比率を算出し、Ｈｉの比率が高い場合に前記光量を減少させ、逆の場合には、前記光量を増加させるように光量制御することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のカラー画像形成装置であって、前記演算処理手段は、前記光量制御の実行後、再度、前記ベルトが１回転する間、前記マークを検知したことを示す認識結果の検出回数を調べ、検出回数に応じて前記光量制御を実行する動作を、当該検出回数が１回になるまで、繰り返すことを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例を示す図である。ここで、符号１は静電潜像を形成するための感光体ドラム、符号２Ａ〜２Ｄは感光体ドラム上の静電潜像を可視像化する現像器であり、各々Ｙ（イエロー）・Ｍ（マゼンタ）・Ｃ（シアン）・Ｋ（ブラック）のトナーを内蔵している。これらは回転式のホルダーにセットされており、順次切り替えることで各色の現像を行う。符号３は光学ユニットであり、内部に静電潜像を形成するための光源である半導体レーザ等のレーザ素子、レーザを感光ドラム上に走査するためのポリゴン・ミラー、レーザを誘導するための折り返しミラーより構成されている。符号４はカラー画像を形成するための中間転写体であり、ＹＭＣＫ４色分の画像を多重転写することでカラー画像を形成する。符号５は転写材である印刷用紙を積載しておくための用紙カセット、符号６は中間転写体上の画像を転写材に転写するための転写ローラ、符号７は転写材に転写された画像を定着するための定着器、符号８は中間転写体のホーム・ポジションを検知するための光学式センサである。
【００２４】
図２は、本実施形態におけるホーム・ポジション検知センサの回路構成を示す図である。ホーム・ポジション検知センサ８は、発光素子８１と受光素子８２から構成されており、ここではそれぞれＬＥＤとフォト・トランジスタを使用している。ＣＰＵ１０１からはホーム・ポジション検知センサ出力信号の入力用としてＩ／Ｏポート１０２、光量調節信号用としてＤ／Ａポート１０３が割り振られる構成となっている。ＬＥＤのアノード、フォト・トランジスタのコレクタは電源ＶCCに接続され、ＬＥＤのカソードは、抵抗を介してＤ／Ａポート１０３の出力をゲートに入力し、ソースがグランドに接続されているＦＥＴのドレインに、そしてフォト・トランジスタのエミッタは、抵抗を介してグランドに接続されている。
【００２５】
図３は、図１における中間転写体４の一部を示し、本実施形態における中間転写体のホーム・ポジション検知手法の原理を示す図である。中間転写体４の表面にホーム・ポジション検知マーク９を配置する。ここで、ホーム・ポジション検知マーク９の表面と、この部分を除く中間転写体４の表面との光学特性は異なるものとする。本実施形態では、ホーム・ポジション検知センサの光源の発光周波数帯域（発光色）において、中間転写体４の表面は反射特性を、ホーム・ポジション検知マーク９の表面は吸収特性を有するものとする。このとき、ＣＰＵ１０１のＩ／Ｏポート１０２に入力される信号波形は図４のようになる。
【００２６】
図４は、ホーム・ポジション検知センサの正常動作時の出力波形を示す図である。図において、横軸は時間軸、縦軸はホーム・ポジション検知センサ出力の出力レベルを示している。Ｉ／Ｏポート１０２の電気的特性は、入力電圧がＶILを下回るときに信号レベルがＬｏｗであることを認識し、入力信号がＶIHを上回り、かつＶＣＣを上回らないときに入力レベルがＨｉであることを認識する。ホーム・ポジション検知を正常に行うためには、中間転写体４の測定時にはセンサ出力信号がＨｉレベルに、マーク９の検知時にはセンサ出力信号がＬｏｗレベルになっていることが必要である。しかし、ホーム・ポジション検知センサ８の出力信号はアナログ出力であり、その出力レベルは様々な要因、例えばＬＥＤの発光効率ばらつき・中間転写体の反射率ばらつき・センサ−中間転写体間の距離変動等の理由により大きく変動する。その結果、図５に示すように、ホーム・ポジション検知センサ８の出力信号のＨｉ／Ｌｏｗレベルの検出が正常に行われないケースが発生する。
【００２７】
図５は、検知センサが発光する光量が不適切な状態の検知センサの出力波形を示す図であり、図５（ａ）は発光する光量が不足している場合、図５（ｂ）は、発光する光量が大き過ぎる場合の、ホーム・ポジション検知センサ８の出力信号を示している。
【００２８】
図６は、このような不適切な発光状況を改善するための光量調整シーケンスを示すフローチャートである。図において、まず、中間転写体の駆動を開始すると共にホーム・ポジション検知センサを点灯させて、かつＣＰＵ１０１内のタイマをスタートさせる（Ｓ１０１）。タイマによりあらかじめ判明している中間転写体１周分の時間を計測して、その間のセンサ出力をモニタする（Ｓ１０２）。この間にホーム・ポジション検知信号を何回受信したかで処理が分岐する（Ｓ１０３）。検知信号の受信回数が１回ならば、センサ光量は適正なものと判断して処理を終了する（Ｓ１０４）。受信回数が０回ならば、センサ出力はＨｉレベルかＬｏレベルのどちらかに張り付いていることになる。どちらに張り付いているかによって処理が分岐する（Ｓ１０５）。Ｈｉ側に張り付いているのならば、これは図５（ｂ）の状態であり、光量が大き過ぎる状態であるので、センサ光量を減少させる（Ｓ１０６）。Ｌｏ側に張り付いているのならば、これは図５（ａ）の状態であり、光量が小さ過ぎる状態であるので、センサ光量を増加させる（Ｓ１０７）。光量を変化させたならば、再度Ｓ１０２に戻って中間転写体１周分のセンサ光量のモニタを再開する。センサ光量が適正と判断されるまでこの光量調節処理を繰り返す。
【００２９】
以上の制御を行うことで、ＣＰＵ入力端子のＡ／Ｄポートを用いずともセンサ出力レベルを把握して、適切なセンサ光量選択を行うことが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
中間転写体の表面反射率にムラがあったり、中間転写体とセンサ間の距離変動が大きいと、センサの出力波形が乱れてくる。このとき、ＣＰＵ１０１のＩ／Ｏポート１０２に入力される信号波形は図７のようになる。
【００３１】
図７は、中間転写体の表面状態が悪く検知センサの出力波形が乱れている状態の出力波形を示す図である。センサの出力波形がＶIHのレベル近傍で上下を繰り返すと、ＶIHを出力電圧が下回った場合には論理は不定となるので、中間転写体が１周する間に何回もＨｉレベルと不定レベルとが切り替わる出力信号が検知されることになる。この場合の光量調整シーケンスを図８に示す。
【００３２】
図８は、第２実施形態における、光量調整シーケンスを説明するためのフローチャートである。図において、まず、中間転写体の駆動を開始すると共にホーム・ポジション検知センサを点灯させて、かつＣＰＵ１０１内のタイマをスタートさせる（Ｓ２０１）。タイマにより中間転写体１周分の時間を計測して、その間のセンサ出力をモニタして出力状態の変化からホーム・ポジション検知信号の回数を記憶する（Ｓ２０２）。この間にホーム・ポジション検知信号を何回受信したかで処理が分岐する（Ｓ２０３）。受信回数が１回以下の場合は第１の実施形態と同様の処理を行う（Ｓ２０４〜Ｓ２０７）。受信回数が２回以上の場合は、センサ出力信号のＨｉ状態とＬｏ状態の時間の割合より光量調整量を決定する。図９に示すようにＨｉ状態の割合が高いほど光量が大きい状態となる。
【００３３】
図９は、中間転写体の表面状態が悪い場合における、検知センサ光源光量と出力波形のＨ／Ｌ比率を示す図であり、光量に応じてＨ／Ｌ比率が変化する様子を示す図である。Ｓ２０２で記憶したタイマの値からＨｉ・Ｌｏ状態におけるそれぞれの出力レベルを保持していた累積時間を算出する（Ｓ２０８）。正常検知時のセンサ出力信号のＨｉ状態とＬｏ状態の時間の割合と比較して（Ｓ２０９）、Ｈｉ状態の比率が小さければ光量を上げる（Ｓ２１０）。反対にＨｉ状態の比率が大きければ光量を下げる（Ｓ２１１）。光量を変化させたならば、再度Ｓ２０１に戻って中間転写体１周分のセンサ光量のモニタを再開する。センサ光量が適正と判断されるまでこの光量調節処理を繰り返す。
【００３４】
以上の制御を行うことで、ＣＰＵ入力端子のＡ／Ｄポートを用いずともセンサ出力レベルを把握して、適切なセンサ光量選択を行うことが可能となる。
【００３５】
（第３の実施形態）
中間転写体の表面反射率とホーム・ポジション検知マークの反射率との間にさほど差がない場合は、図１０に示すように論理を確定できないケースが生じる可能性がある。図１０は、中間転写体と検知マークの反射率に差が少なくセンサ出力のダイナミック・レンジが狭い状態の出力波形を示す図である。
【００３６】
図１１は、本実施形態におけるホーム・ポジション検知センサの回路構成を示す図である。図１１に示す回路構成と図３に示す回路構成との違いは、Ｉ／Ｏポート１０２の直前にコンパレータ１０４が追加されていることである。コンパレータ１０４の働きで論理はＨかＬに必ず確定するので、反射率にさほどの差が見られないケースでも確実なホーム・ポジション検知が可能となる。
【００３７】
図１２は、図１０に示すようなセンサ出力波形を図１１に示す本実施形態の回路に入力した場合の、正常動作時における波形を示す図である。コンパレータ１０４の（−）入力端子に印加される電圧をＶ−として、コンパレータ１０４の（＋）入力端子に入力される検知センサ８の出力電圧がＶ−を上回ればコンパレータ１０４の出力はＨとなり、Ｖ−を下回ればコンパレータ１０４の出力はＬになる。コンパレータの入出力特性におけるリニアな領域は狭く、またゲインも高いので、図示するようにコンパレータ出力は、その入力信号が電位Ｖ−を越えるか否かに応じて急峻に変化する。この構成の場合、図７、図９に示したＣＰＵ１０１の不定領域の期間は無視し得るので、中間転写体表面と検知マークの反射率の差が少なく、検知センサの出力ダイナミック・レンジが狭い場合でも正確な検知を行うことが可能となる。
【００３８】
この第３の実施形態における光量調整シーケンスは、第２の実施形態と同一である。
【００３９】
以上の制御を行うことで、ＣＰＵ入力端子のＡ／Ｄポートを用いずともセンサ出力のアナログ信号出力レベルを把握して、適切なセンサ光量選択を行うことが可能となる。
【００４０】
（その他の実施形態）
また、図１０に示したようにセンサ出力の信号レベルのダイナミック・レンジが狭いが中間転写体の表面状態が悪くない場合には、適切な増幅度と直流シフト量を持たせた直流増幅器を、コンパレータの代わりに使用することも可能である。この場合、この直流増幅器のゲインあるいは直流シフト量を操作することで、光量制御に代えることができる。この場合、光量制御は所定の光量に設定されることになる。しかしながら、直流増幅器のゲインあるいは直流シフト量を操作するにはＤ／Ａポートを必要とし、この構成は、上述した構成よりも複雑になる可能性が大きいと判断される。
【００４１】
また、上述した第１の実施形態においては、中間転写体１周分の時間期間中にホーム・ポジション検知信号を何回受信したかを調べ、０回の場合にはさらにその出力信号レベル状態を調べたが、例えば１回受信した場合において、さらに次の中間転写体１周分の時間期間中に生じる周期を計測して、その周期の安定度が高くなる方向にＤ／Ａポートを操作することも可能である。
【００４２】
また、中間転写体Ｎ周分の時間期間中にホーム・ポジション検知信号を何回受信したかを調べて、１周分当りの時間期間に０回か、１回か、あるいは２回以上かを調べる方法とすることも可能である。この場合、Ｎとして大きな数値とするほど、より正確に最適な値を設定することができる。
【００４３】
【発明の効果】
センサ出力値であるアナログ信号を、ＣＰＵのＡ／Ｄポートに入力するのではなく、一般的なＩ／Ｏポートに入力させることができるので、安価なＣＰＵを使用しても検知センサを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】図１に示す画像形成装置に適用可能な、第１の実施形態のホーム・ポジション検知センサの構成を示す図である。
【図３】ホーム・ポジション検知センサの検出原理を示す図である。
【図４】ホーム・ポジション検知センサの正常動作時の出力波形を示す図である。
【図５】第１の実施形態において、検知センサの光量が不適切な状態の出力波形を示す図である。
【図６】第１の実施形態における、光量調整シーケンスを説明するためのフローチャートである。
【図７】第２の実施形態において、中間転写体の表面状態が悪く検知センサの出力波形が乱れている状態の出力波形を示す図である。
【図８】第２の実施形態における、光量調整シーケンスを説明するためのフローチャートである。
【図９】第２の実施形態において、中間転写体の表面状態が悪い場合における、検知センサ光源光量と出力波形のＨ／Ｌ比率を示す図であり、光量に応じてＨ／Ｌ比率が変化する様子を示す図である。
【図１０】第３の実施形態において、中間転写体と検知マークの反射率に差が少なくセンサ出力のダイナミック・レンジが狭い状態の出力波形を示す図である。
【図１１】第３の実施形態のホーム・ポジション検知センサの構成を示す図である。
【図１２】第３の実施形態のホーム・ポジション検知センサの正常動作時における出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１    感光ドラム
２    現像器
３    光学ユニット
４    中間転写体
５    用紙カセット
６    転写ドラム
７    定着器
８    ホーム・ポジション検知センサ
９    ホーム・ポジション検知マーク
８１    発光素子
８２    受光素子
１０１    ＣＰＵ
１０２    Ｉ／Ｏポート
１０３    Ｄ／Ａ出力ポート
１０４    コンパレータ１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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