(57)【要約】【課題】時変性を考慮してトナー濃度を安定化させるトナー補給系、画像形成装置、トナー補給方法、プログラム及び記録媒体を提供する。【解決手段】トナーとキャリアを含む現像剤と、前記現像剤が内部を循環する構造を含む現像手段と、前記現像手段にトナー補給を行なうトナー補給手段と、前記トナー補給手段の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御手段と、前記現像手段内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサと、を備え、前記トナー補給手段による前記現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際にトナー濃度センサ出力波形から得られる情報を、前記トナー補給制御手段にフィードバックすることを特徴とする。【選択図】図４
2011059514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤と、
前記現像剤が内部を循環する構造を含む現像手段と、
前記現像手段にトナー補給を行なうトナー補給手段と、
前記トナー補給手段の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御手段と、
前記現像手段内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサと、を備え、
前記トナー補給手段による前記現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際にトナー濃度センサ出力波形から得られる情報を、前記トナー補給制御手段にフィードバックすることを特徴とするトナー補給系。
【請求項２】
前記トナー補給制御手段にフィードバックする情報が、前記トナー補給手段の駆動開始時点から、前記トナー補給手段の駆動による前記現像手段へのトナー補給の影響をトナー濃度センサが検知し始めるまでの時間を含むことを特徴とする請求項１記載のトナー補給系。
【請求項３】
前記トナー補給手段による前記現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際のトナー濃度センサ出力波形のピークを検出するピーク検出手段を備え、
前記ピーク検出手段により検出されたピークの情報を前記トナー補給制御手段にフィードバックすることを特徴とする請求項１又は２記載のトナー補給系。
【請求項４】
前記トナー補給制御手段にフィードバックする情報が、前記トナー補給手段による現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際のトナー濃度センサ出力波形の１つ目のピーク情報であることを特徴とする請求項３記載のトナー補給系。
【請求項５】
前記トナー補給制御手段にフィードバックする情報が、前記トナー補給手段による現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際のトナー濃度センサ出力波形の１つ目および２つ目のピーク情報であることを特徴とする請求項３又は４記載のトナー補給系。
【請求項６】
前記トナー補給系制御手段の動作が、フィードバックされた情報によって変化することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のトナー補給系。
【請求項７】
前記トナー補給制御手段は、前記現像手段内現像剤のトナー濃度に関する内部モデルを有し、フィードバックされた情報に基づいて前記内部モデルを更新することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のトナー補給系。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載のトナー補給系を実装することを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
トナーとキャリアを含む現像剤が内部を循環する構造を含む現像部にトナー補給を行なうトナー補給部による、前記現像部へのトナー補給を、予め定められた時間行った際に前記現像部内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサの出力波形から得られる情報を、前記トナー補給部の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御部にフィードバックするステップを備えることを特徴とするトナー補給方法。
【請求項１０】
トナーとキャリアを含む現像剤が内部を循環する構造を含む現像部にトナー補給を行なうトナー補給部による、前記現像部へのトナー補給を、予め定められた時間行った際に前記現像部内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサの出力波形から得られる情報を、前記トナー補給部の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御部にフィードバックする処理をコンピュータに実行させることを特徴とするトナー補給プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載のトナー補給プログラムの処理を記録するコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー補給系、画像形成装置、トナー補給方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に、時変性を考慮してトナー濃度を安定化させるトナー補給系、画像形成装置、トナー補給方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の複写機、レーザプリンタにおいては、高画質が求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。つまり、使用環境の変化（連続印字、間欠印字を含む）による画質の変化を小さくし、経時においても、常に安定した画像を提供していかなければならない。
【０００３】
従来から、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下現像剤と記す）を現像剤担持体（以下現像スリーブと記す）上に保持し、内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体（以下感光体と記す）と対向する位置で現像バイアスを印加することにより現像を行う二成分現像方式が広く知られている。この二成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く用いられている。この方式において、二成分現像剤は現像スリーブの回転に伴い、現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像極の磁力線に沿いながら、現像剤中の多数の磁性キャリアがトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。
【０００４】
これら二成分現像方式は、一成分現像方式と異なり、トナーとキャリアの重量比（トナー濃度）を精度よく制御することが、安定性を向上させる上で非常に重要とされている。例えばトナー濃度が高すぎると、画像に地肌汚れの発生や、細部解像力の低下が生じる。また、トナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度が低下や、キャリア付着が発生するといった不具合が生じる。そのため、トナー補給量を制御して、現像剤の中のトナー濃度を適正範囲に調整する必要がある。
【０００５】
ここで、トナー濃度制御は、トナー濃度検出手段（例えば、透磁率センサ）の出力値をトナー濃度の制御目標値と比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置により現像器中にトナー補給を行うことによりなされている。
【０００６】
トナー濃度を検知する方法としては、透磁率センサを用いたものが一般的である。この方式においては、トナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率変化をトナー濃度変化に換算するものである。
【０００７】
別のトナー濃度検知方法としては、光学センサを用いる方法がある。この方法は、像担持体、または中間転写ベルト上に基準パッチを作製し、LED光を照射する。そして、このパターンからの反射光（正反射光、または乱反射光）を光学センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなどで）により検出し、その結果に基づいてトナー濃度（トナー付着量）を検知するものである。
【０００８】
また、印刷中においても、転写紙間（前回の作像終了から今回作像開始の間の時間、または距離）で基準トナーパターンを作成し、特定の間隔でトナー濃度制御目標値：Vtrefを制御する濃度制御方法も知られている。例えば、特許文献１（特開昭５７−１３６６６７号公報）、特許文献２（特開平２−３４８７７号公報）では、非画像部にトナーパターンを作成し、このパターン濃度と、現像器内のトナー濃度を検知する手段を有し、トナーパターンの濃度に応じて、現像器内のトナー濃度制御目標値Vtrefを変更して画像濃度を維持する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献３（特開２００６−２５９３３４号公報）では、トナー濃度検出値を制御基準値と比較し、現像手段へのトナー補給量を制御する画像形成装置が開示されている。
【００１０】
以上をまとめると、従来のトナー濃度制御系は次の2つの制御機で構成されていると言える。画像濃度を安定化するためにトナー濃度の制御目標値を決定する第1の制御機、与えられたトナー濃度の制御目標値にトナー濃度を安定化する第2の制御機である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の２つの制御機により画像濃度を安定化する制御系を設計可能であるが、とりわけ第2の制御機を設計することは非常に困難である。現像剤は時変の特性を有し、例えば経時劣化によりその特性が非線形に変化するため、従来一般的に用いられてきた線形時不変の制御機（または線形時不変モデルに基づいて設計された制御機）では良好な制御性能が得られない場合がある。
【００１２】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、トナーの時変性を考慮してトナー濃度を安定化させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るトナー補給系は、トナーとキャリアを含む現像剤と、前記現像剤が内部を循環する構造を含む現像手段と、前記現像手段にトナー補給を行なうトナー補給手段と、前記トナー補給手段の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御手段と、前記現像手段内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサと、を備え、前記トナー補給手段による前記現像手段へのトナー補給を予め定められた時間行った際にトナー濃度センサ出力波形から得られる情報を、前記トナー補給制御手段にフィードバックすることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、上記本発明に係るトナー補給系を実装することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るトナー補給方法は、トナーとキャリアを含む現像剤が内部を循環する構造を含む現像部にトナー補給を行なうトナー補給部による、前記現像部へのトナー補給を、予め定められた時間行った際に前記現像部内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサの出力波形から得られる情報を、前記トナー補給部の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御部にフィードバックするステップを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るトナー補給プログラムは、トナーとキャリアを含む現像剤が内部を循環する構造を含む現像部にトナー補給を行なうトナー補給部による、前記現像部へのトナー補給を、予め定められた時間行った際に前記現像部内を循環する現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサの出力波形から得られる情報を、前記トナー補給部の駆動タイミングおよび駆動時間を決定するトナー補給制御部にフィードバックする処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る記録媒体は、上記本発明に係るトナー補給プログラムの処理を記録するコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、トナーの時変性を考慮してトナー濃度を安定化させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る複写機全体を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複写部１００の構成を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る隣り合う２つの画像形成ユニット１８Ｍ、１８Ｋの構成を示す拡大図である。
【図４】本発明の実施形態に係る複写機が備える各部の電気的な接続を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に係る中間転写ベルト１０上に転写される階調パターンと、これに向かい合って取り付けられている濃度センサとの位置関係を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るメモリ３１０−３に記憶情報として保存されるデータを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電位制御時の現像ポテンシャルに対するトナー付着量の直線近似を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る電位制御テーブルを示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態に係る各感光体ドラムモータ、中間転写ベルトモータ、二次転写モータ等々のモータ負荷の起動と、帯電、現像、転写バイアスの立ち上げ動作のタイミングを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るブラックトナーパターン検知用センサを説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るカラートナーパターン検知用センサを説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る中間転写ベルト１０の光学的センサ３１０に対向する位置の裏側に、光反射部材として黒色の化合物を薄く塗布していることを説明するための図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る現像部６１の外観図を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係るトナー濃度センサの出力波形の記録を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な実施形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２１】
〔複写機の基本構成〕
まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成の説明を行う。本実施形態では、画像形成装置の一例として、タンデム型のフルカラー電子写真機（以下、複写機と称す）を用いて説明する。
【００２２】
複写機の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る複写機全体を示す概略構成図である。複写機には、画像形成を行う複写機本体（複写部）１００と、複写部１００に対して記録材である転写紙５の供給を行う給紙部２００と、複写部１００上部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部（ADF）４００とを備えている。
【００２３】
複写部１００には、転写紙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転写紙５が排紙される排紙トレイ７が設けられている。
【００２４】
図２は、複写部１００の構成を示す拡大図である。複写部１００には、中間転写体である無端ベルト形状の中間転写ベルト１０が設けられている。通常、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材料であるPI（ポリイミド）が採用される。また、高画質高安定化、すなわち、温湿度環境に依存せず常に安定した転写性能が得られるように、抵抗調整剤としてカーボンを分散させる。しかしながら、本実施形態に係る複写機では、コストダウンを図るため、カーボンを分散しないPVDF（ポリフッ化ビニリデン）を採用している。そのため、ベルト色は透明となっている。
【００２５】
また、中間転写ベルト１０には、反射型の光学的センサ３１０を用いたトナー付着量検知が可能となるように、中間転写ベルト１０の光学的センサ３１０に対向する位置の裏側には、光反射部材として黒色の化合物を薄く塗布している（図１２参照）。これにより、光学的センサ３１０から発信される光は、透過することなく反射する。本実施形態では、光反射部材として黒色化合物を薄く塗布したが、不透明なフィルムを貼付する等でも構わない。光学的センサ３１０から発信される光が反射すれば良い。
【００２６】
また、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、図２において時計回りに回転駆動される。
【００２７】
図２に示すように、支持ローラ１４、１５、１６の内、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、シアン、マゼンタ、ブラックの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。第１支持ローラ１４の上部には、中間転写ベルト１０上に形成された濃度パッチを検出するための先記光学的センサ３１０が取り付けられている。このセンサは、図５に示すように、感光体長手方向に対し２個あり、図２中に示した現像剤の流れる方向に対して、中央よりも下流側に配置されている。これら２個の光学的センサの内、現像剤が流れる向きに対して上流側のものは、カラートナーパターン検知用として、下流側のものは、ブラックトナーパターン検知用として設けられている。
【００２８】
このブラックトナーパターン検知用センサは、図１０に示すように、正反射光を利用するセンサであり、カラートナーパターン検知用センサは、図１１に示すように、正反射光および拡散反射光を利用するセンサである。これらのセンサは共に、発光素子としてピーク発光波長λp=950[nm]のGaAs赤外発光ダイオードを、また受光素子としてピーク受光感度800[nm]のSiフォトトランジスタを使用している。
【００２９】
また、センサと検知対象面である中間転写ベルト１０との距離（検出距離）は5[mm]となるように配設されている。また、これら光学的センサが配置される基板には、CMYK各色の位置ずれ量を測定するための位置ずれセンサ３１０−２が、手前、中央、奥の3ヶ所に配設されている。更に、メモリ３１０−３も配設されており、メモリ３１０−３には図６に示すデータが記憶情報として保存できるようになっている。
【００３０】
これら画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋの上方には、図１に示すように露光部２１が設けられている。この露光部２１は、スキャナ３００で読み取った原稿の画像情報に基づいて、レーザ制御部（図示せず）により半導体レーザ（図示せず）を駆動して書込光を射出し、各画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋに配設されている像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ上に静電潜像を形成するためのものである。ここで、書込光の射出はレーザに限るものではなく、例えばLED（Light Emitting Diode）であっても良い。
【００３１】
画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋの構成について説明する。以下の説明では、ブラックのトナー像を形成する画像形成ユニット１８Ｋを例に挙げて説明するが、他の画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍも同様の構成を有する。ここで、図３は隣り合う２つの画像形成ユニット１８Ｍ、１８Ｋの構成を示す拡大図である。なお、図中の符号は、色の区別を示す"M"及び"K"の記号を省略しており、以下の説明でも記号は適宜省略する。
【００３２】
画像形成ユニット１８には、感光体ドラム２０の周囲に、帯電部６０、現像部６１、感光体クリーニング部６３及び除電部６４が設けられている。また、感光体ドラム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、一次転写部６２が設けられている。
【００３３】
帯電部６０は、帯電ローラを採用した非接触帯電方式のものであり、感光体ドラム２０にある所定のギャップを持って電圧を印加することにより、感光体ドラム２０の表面を一様に帯電する。この帯電部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可能である。
【００３４】
また、現像部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。この現像部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、現像剤と称す）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。
【００３５】
この攪拌部６６には、平行な２本のスクリュ６８が設けられており、２本のスクリュ６８の間には、両端部でのみ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、現像部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。
【００３６】
一方、現像部６７では、現像スリーブ６５に付着した現像剤中のトナーが感光体ドラム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ドラム２０と対向する現像スリーブ６５が設けられており、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に先端が近接するようにドクターブレード７３が設けられている。
【００３７】
この現像部６１では、図１３で模式的に示すように、現像剤を２本のスクリュ６８で攪拌しながら循環搬送し、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の内部に固定配置されたマグネットの磁力により汲み上げられ保持される。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により、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。
【００３８】
このようにして感光体ドラム２０と対向する現像領域まで搬送された現像剤は、マグネットにより穂立ち状態（磁気ブラシが形成された状態）となる。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と感光体ドラム２０上の静電潜像電位との電位差により、現像剤中のトナーを感光体ドラム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、感光体ドラム２０上の静電潜像部に移動し、感光体ドラム２０上の静電潜像は移動したトナーにより顕像化される。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。
【００３９】
このような動作の繰返しにより、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。
【００４０】
一次転写部６２は、転写ローラを採用しており、中間転写ベルト１０を挟んで感光体ドラム２０に押し当てるように設置されている。一次転写部６２は、ローラ形状のもの以外にも、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等を採用しても良い。
【００４１】
感光体クリーニング部６３は、先端を感光体ドラム２０に押し当てられるように配設されており、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ドラム２０に接触する導電性のファーブラシ７６を併用している。そして、クリーニングブレード７５やファーブラシ７６により感光体ドラム２０上から除去されたトナーは、感光体クリーニング部６３の内部に収容される。
【００４２】
除電部６４は、除電ランプで構成されており、光を照射して感光体ドラム２０の表面電位を初期化する。
【００４３】
また、画像形成ユニット１８には、各感光体ドラム２０毎に、電位センサ３２０が設けられている。この電位センサ３２０は、感光体ドラム２０に対向するように配設されており、感光体ドラム２０の表面電位を検出する。
【００４４】
画像形成ユニット１８の具体的な設定について説明する。感光体ドラム２０の直径は60[mm]であり、感光体ドラム２０を282[mm/sec]の線速で駆動している。また、現像スリーブ６５の直径は25[mm]であり、現像スリーブ６５を564[mm/sec]の線速で駆動している。また、現像領域に供給される現像剤中トナーの帯電量は、およそ10〜30[-μC/g]の範囲となるのが好適である。また、感光体ドラム２０の感光層の厚みは30[μm]であり、露光部２１の光学系のビームスポット径は50×60[μm]であり、その光量は約0.47[mW]である。一例として、帯電部６０により感光体ドラム２０の表面は700[-V]に一様に帯電され、露光部２１によりレーザが照射された静電潜像部分の電位は120[-V]となる。これに対して、現像バイアスを470[-V]とし、350[-V]の現像ポテンシャルを確保する。このようなプロセス条件は、後述の電位制御の結果によって適時変更される。
【００４５】
以上の構成を持つ画像形成ユニット１８では、感光体ドラム２０の回転と共に、まず帯電部６０で感光体ドラム２０の表面を一様に帯電する。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露光部２１からレーザによる書込光を照射し、感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。その後、現像部６１により静電潜像が顕像化されトナー像が形成される。このトナー像は、一次転写部６２により中間転写ベルト１０上に一次転写される。一次転写後に感光体ドラム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部６３により除去され、その後、感光体ドラム２０の表面は除電部６４により除電されて、次の画像形成に供される。
【００４６】
次いで、図２に示すように、支持ローラの内、第３支持ローラ１６に対向する位置には、二次転写部である二次転写ローラ２４が設けられている。そして、中間転写ベルト１０上のトナー像を転写紙５上に二次転写する際には、二次転写ローラ２４を第３支持ローラ１６に巻回された中間転写ベルト１０部分に押し当てて二次転写を行う。なお、二次転写装置としては、二次転写ローラ２４を用いた構成でなくとも、例えば転写ベルトや非接触の転写チャージャを採用しても良い。この二次転写ローラ２４には、二次転写ローラ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。
【００４７】
また、二次転写ローラ２４の転写紙５搬送方向下流側には、２つのローラ２３ａ、２３ｂ間に無端ベルト形状の搬送ベルト２２が張架した構成を有する。この搬送方向のさらに下流側には、転写紙５上に転写されたトナー像を定着させるための定着部２５が設けられている。この定着部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の支持ローラの内、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部１７が設けられている。このベルトクリーニング部１７は、転写紙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。
【００４８】
また、図１に示すように、複写部１００には、給紙部２００から給紙された転写紙５を、二次転写ローラ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。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などが設けられている。
【００４９】
搬送路４８の下流側には、転写後の転写紙５の搬送方向を排紙トレイ７又は用紙反転部９３に切り替える切替爪５５が設けられている。用紙反転部９３は、転写紙５を反転させて再び二次転写ローラ２４に向けて送り出すものである。
【００５０】
さらに、複写部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が設けられ、この手差し給紙路５３の上流側には、手差しトレイ６にセットされた転写紙５を一枚ずつ給紙するための給紙ローラ５０及び分離ローラ５１が設けられている。
【００５１】
給紙部２００は、転写紙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に収納された転写紙を一枚ずつ送り出す給紙ローラ４２及び分離ローラ４５、送り出された転写紙を給紙路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、複写部１００の搬送路４８に接続している。
【００５２】
スキャナ３００について図１に基づいて簡単に説明する。スキャナ３００では、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が往復移動する。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りセンサ３６の結像面に集光され、読取りセンサ３６によって画像信号として読み込まれる。
【００５３】
図４は、本実施形態に係る複写機が備える各部の電気的な接続を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係る複写機には、コンピュータ構成のメイン制御部５００が備えられており、このメイン制御部５００が各部を駆動制御する。メイン制御部５００は、各種演算や各部の駆動制御を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１にバスライン５０２を介して、コンピュータプログラム等固定データを予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）５０３と各種データを書き換え自在に記憶するワークエリア等として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）５０４とが接続されて構成されている。
【００５４】
ＲＯＭ５０３には、トナー濃度センサ３１０の出力値に対する単位面積当たりのトナー付着量への換算に関する情報を記憶した換算テーブル（図示せず）が格納されている。
【００５５】
メイン制御部５００には、複写部１００の各部、給紙部２００、スキャナ３００、原稿自動搬送部４００が接続されている。ここで、複写部１００のトナー濃度センサ３１０及び電位センサ３２０は、検出した情報をメイン制御部５００に送り出す。
【００５６】
〔複写機の基本動作処理〕
次に、本実施形態に係る複写機の動作について説明する。上記機構をもつ複写機を用いて原稿のコピーをとる場合、まず、原稿自動搬送部４００の原稿台３０に原稿をセットする。または、原稿自動搬送部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、原稿自動搬送部４００を閉じてそれで押さえる。
【００５７】
その後、ユーザがスタートスイッチ（図示せず）を押すと、原稿自動搬送部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を通じて読取りセンサ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。
【００５８】
また、ユーザによりスタートスイッチ（図示せず）が押されると、駆動モータ（図示せず）が駆動し、支持ローラ１４、１５、１６の内の1つが回転駆動して中間転写ベルト１０が回転駆動する。これと同時に、各画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋの感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋも回転駆動する。その後、スキャナ３００の読取りセンサ３６で読み取った画像情報に基づいて、露光部２１から、各画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋの感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ上に書込光がそれぞれ照射される。これにより、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ上には、それぞれ静電潜像が形成され、現像部６１Ｙ、６１Ｃ、６１Ｍ、６１Ｋにより顕像化される。そして、各感光体ドラム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。
【００５９】
このようにして形成された各色トナー像は、各一次転写部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一次転写される。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、二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部１７により除去される。
【００６０】
また、ユーザによりスタートスイッチ（図示せず）が押されると、ユーザが選択した転写紙５に応じた給紙部２００の給紙ローラ４２が回転し、給紙カセット４４の１つから転写紙５が送り出される。送り出された転写紙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により複写部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転写紙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。
【００６１】
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像が二次転写ローラ２４に対向する二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転写紙５は、中間転写ベルト１０と二次転写ローラ２４との間に送り込まれ、二次転写ローラ２４により、中間転写ベルト１０上の合成トナー像が転写紙５上に二次転写される。その後、転写紙５は、二次転写ローラ２４に吸着した状態で定着部２５まで搬送され、定着部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。定着部２５を通過した転写紙５の搬送方向を切替爪５５により切替え、用紙反転部９３に送り込む。転写紙５は、そこで反転し再び二次転写ローラ２４に案内される。
【００６２】
次に、本実施形態のＣＰＵ５０１がコンピュータプログラムに基づいて行う画像濃度制御であってセルフチェックとも呼ばれる電位制御について説明する。このセルフチェック処理ルーチンは、下記条件にて行われる。
・濃度センサ交換
・電源ON時
・一定枚数作像毎
・一定時間経過毎
【００６３】
図５は中間転写ベルト１０上に転写される階調パターンと、これに向かい合って取り付けられている濃度センサとの位置関係を示す平面図である。図７は電位制御時の現像ポテンシャルに対するトナー付着量の直線近似を示すグラフである。図８は電位制御テーブルを示す模式図である。
【００６４】
ここで電源ON時の手順を示す。まず電源ON時、定着温度センサからの入力信号を基に、定着部２５の定着温度が100[℃]を越えているか否かを判断し、定着部２５の定着温度が100[℃]以下の場合に電位制御を実行する。なお、100[℃]を越えている場合には、電位制御を実行しない。
【００６５】
電位制御では、プロッタの立ち上げに先立ち、まず初めに２つの濃度センサ３１０−１のオフセット電圧（Voffset_reg：正反射成分、Voffset_dif：拡散反射成分）測定を行い、測定終了後、プロッタ立ち上げ動作を行う。このプロッタ立ち上げ動作では、図９に示すように各感光体ドラムモータ、中間転写ベルトモータ、二次転写モータ等々のモータ負荷の起動と、決められた作像タイミングに従い帯電、現像、転写バイアスの立ち上げ動作等の作像動作に必要な制御負荷立ち上げ動作処理を行う。
【００６６】
次に、LED発光出力が安定化する点灯から約３秒後、中間転写ベルト１０の地肌部（裏面の光反射部材）からの正反射光（Vsg_reg）がある所定範囲内（4.0±0.2[V]）となるようにLED発光量を調整（以下、Vsg調整と称す）する。光量調整後、ベルト地肌部出力（Vsg_reg、Vsg_dif）は本体RAMに記憶しておく。
【００６７】
このVsg調整終了後、各感光体ドラム２０上に階調パターンの静電潜像を形成する。この各色の階調パターンの形成位置は、図５に示す２つの濃度センサ３１０−１の長手方向位置に対応する位置（C、M、Yについては画像中心に対し奥側40[mm]位置、Kについては画像中心に対し奥側60[mm]位置）に作像する。本実施形態では、10階調パターン（各パッチサイズは15[mm]（主走査方向）×20[mm]（副走査方向））を所定の間隔10[mm]で形成する。
【００６８】
次のステップでは、感光体ドラム２０上のこれらの階調パターン部電位に対する電位センサ３２０の出力値を読み込んでＲＡＭ５０４に格納する。また、この電位出力とパターン作像時現像バイアスとから現像ポテンシャルを計算しておく。そして、感光体ドラム２０上に形成された静電潜像は、それぞれブラック現像部６１K、シアン現像部６１C、マゼンタ現像部６１M、イエロー現像部６１Yにより顕像化することにより各色のトナー像を形成する。
【００６９】
次いで、ＣＰＵ５０１は、中間転写ベルト１０上に形成された階調パターンに対する濃度センサ３１０−１によるトナー付着量検知を行う。このトナー付着量検知では、各色のトナー像であるパッチパターンに対する濃度センサ３１０−１の正反射光出力（Vsp_reg）、拡散反射光出力（Vsp_dif）を全て（10パッチ×4色分）ＲＡＭ５０４に格納する。
【００７０】
次に、トナーの付着量を算出する。付着量計算ではVsg調整により、ある所定範囲内（4.0±0.2[V]）に設定された中間転写ベルト１０の地肌部出力と、トナー付着部の出力差から算出する。
【００７１】
以上で、付着量計算までができたので、次に現像γの計算を行う。図７は、トナーパッチ作像時の現像ポテンシャル（現像バイアスVbと感光体ドラム２０の表面電位との差（次元：[-KV]））をプロットしたものである。
【００７２】
作像条件を決定するには、図７に示す直線近似式（傾きを現像γと呼び、横軸切片を現像開始電圧と呼ぶ）を計算し、狙いの付着量を得るのに必要なポテンシャルを算出し、算出されたポテンシャルにマッチしたVd、Vb、VLを図８に示す電位テーブルを参照することにより求める。
【００７３】
次に、感光体ドラム２０の残留電位を検出し、目標電位Vd、Vb、VLに対してその残留電位分の補正を行って目標電位とする。
【００７４】
この後、この目標電位が得られるよう帯電DCバイアス調整、LDパワー調整を行い、この作像条件を、ＲＡＭ５０４に保存し、処理を終了する。
【００７５】
〔本実施形態固有の説明〕
本実施形態は、特に、トナー補給系の時変パラメータを必要に応じて同定し、同定結果を制御機にフィードバックすることによって、対象の持つ時変性を補償することを特徴とする。以下、詳述する。
【００７６】
図４に示すメイン制御部５００は、複写機（画像形成装置）各部の駆動制御機能を有しており、現像部６１にトナーを補給するトナー補給装置（図示せず）の駆動制御機能も含まれており、100[msec]周期で実施される。また、トナー補給装置駆動制御機能の中には、トナー補給量決定機能が含まれており、10[sec]周期で実施される。
【００７７】
メイン制御部５００の中で行われるトナー補給量決定機能について説明する。メイン制御部５００はトナー補給装置駆動信号を入力、トナー濃度センサ７１の観測値を出力とする内部モデルを有している。内部モデルのサンプル周期は100[msec]である。
【００７８】
メイン制御部５００は予め与えられた複数のトナー補給装置駆動信号（100サンプル分=10[sec]先までの入力列）を内部モデルに印加するシミュレーションによって、それぞれのトナー補給装置駆動信号を採用した場合のトナー濃度センサ出力予想値を得る。
【００７９】
次に、メイン制御部５００は得られたトナー濃度センサ出力予想値の中から、将来10[sec]間のトナー濃度制御目標値との偏差積分値が最も小さい出力予想を選択し、その出力予想を与えるトナー補給装置駆動信号を10[sec]先までのトナー補給装置駆動信号として採用し、トナー補給装置を駆動する。
【００８０】
上記制御手法は、内部モデルのモデル化誤差が零または極めて小さい場合には、非常に有効であるが、大きなモデル化誤差が存在する場合には、内部モデルの挙動と実機の挙動が合わなくなるために、良好な制御結果を期待できなくなる。そこで、本実施形態では定期的に内部モデルの更新を行う。
【００８１】
内部モデルの更新方法について説明する。本実施形態に係る複写機では、印刷100枚ごとに内部モデルの調整を実施する。前回の調整から印刷が100枚行われた時点がジョブ中である場合には、ジョブエンドまで調整を延期する。
【００８２】
本実施形態では内部モデルの入力ゲインと第１補給ピーク時間（入力を印加してから、入力の影響によって変動する出力波形が１つ目のピークを迎えるまでに要する時間）を調整する。
【００８３】
調整モードに入った場合、まず現像剤が現像装置内を１循環するために要する時間（本実施形態では17.2[sec]）空撹拌を行う。これにより、現像装置内現像剤のトナー濃度分布を平滑化することが出来る。次に、予め決められた時間（本実施形態では200[msec]）トナー補給装置を駆動する。また、トナー補給装置の駆動と同時にトナー濃度センサ出力波形の記録を開始し、現像剤が現像装置内を３循環するために要する時間（本実施形態では51.6[sc]）記録し続ける。
【００８４】
波形の記録が終了した後に、出力波形から第１補給ピーク時間とそれを与えるピーク出力（最大変動量）を計算する（図１４、横軸は時間[sec]、縦軸上段はトナー濃度センサ出力、縦軸下段はトナー補給装置駆動信号（0:OFF、1:ON））。
【００８５】
最後に、計算された第１補給ピーク時間とピーク出力が得られるように内部モデルを更新する。第１補給ピーク時間の調整にはむだ時間要素（またはむだ時間要素をPade近似したもの）を、ピーク出力調整には入力ゲイン（状態空間表現におけるB行列の値）を調整すればよい。
【００８６】
以上の調整により、内部モデルが更新され、モデル化誤差等の影響が低減される。本実施形態では印刷100枚毎に内部モデルの更新を行っているが、1枚毎であっても、1000枚毎であってもよく、対象の特性に合わせて実施タイミングは決定すればよい。また、調整項目についても本実施形態では第１補給ピーク時間およびピーク出力のみを調整したが、第２補給ピーク値を取得し、第１補給ピーク値との比較により減衰率を調整することも可能である。また、トナー補給装置を連続駆動（例えば5[sec]駆動）した場合の出力の傾きを調整することも可能である。
【００８７】
さらに、本実施形態では取得された情報を内部モデルの更新のみに用いたが、内部モデルを有しないPID制御系が搭載された機械の場合には、予め測定された波形（例えば設計段階でノミナル特性として設定した波形）との比較を行い、制御機内部のゲイン調整を行うことも出来る。
【００８８】
一般的には、調整したい特性をトナー濃度センサ出力波形から取得可能となるトナー補給装置駆動入力を選択し、取得された結果に基づいて制御系の調整を行えば良い。
【００８９】
以上、本発明を好適な実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９０】
５    転写紙
６    手差しトレイ
７    排紙トレイ
１０    中間転写ベルト
１４    第１支持ローラ
１５    第２支持ローラ
１６    第３支持ローラ
１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋ    画像形成ユニット
２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ    感光体ドラム
２１    露光部
２２    搬送ベルト
２３ａ、２３ｂ    ローラ
２４    二次転写ローラ
２５    定着部
２６    加熱ローラ
２７    加圧ローラ
３１    コンタクトガラス
３３    第１の走行体
３４    第２の走行体
３５    結像レンズ
３６    読取りセンサ
４２    給紙ローラ
４４    給紙カセット
４５    分離ローラ
４６    給紙路
４７    搬送ローラ
４８    搬送路
４９ａ    搬送ローラ
４９ｂ    レジストローラ
５０    給紙ローラ
５１    分離ローラ
５３    手差し給紙路
５５    切替爪
５６    排出ローラ
６０    帯電部
６１    現像部
６３    感光体クリーニング部
６４    除電部
６５    現像スリーブ
６６    攪拌部
６７    現像部
６８    スクリュ
７０    現像ケース
７１    トナー濃度センサ
７３    ドクターブレード
７５    クリーニングブレード
７６    ファーブラシ
９３    用紙反転部
１００    複写機本体（複写部）
２００    給紙部
３００    スキャナ
３１０    反射型の光学的センサ
３１０−１    濃度センサ
３１０−２    位置ずれセンサ
３１０−３    メモリ
４００    原稿自動搬送部（ADF）
５００    メイン制御部
５０１    ＣＰＵ
５０２    バスライン
５０３    ＲＯＭ
５０４    ＲＡＭ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９１】
【特許文献１】特開昭５７−１３６６６７号公報
【特許文献２】特開平２−３４８７７号公報
【特許文献３】特開２００６−２５９３３４号公報
【図１】
2011059514.tif 000003
【図２】
2011059514.tif 000004
【図３】
2011059514.tif 000005
【図４】
2011059514.tif 000006
【図５】
2011059514.tif 000007
【図６】
2011059514.tif 000008
【図７】
2011059514.tif 000009
【図８】
2011059514.tif 000010
【図９】
2011059514.tif 000011
【図１０】
2011059514.tif 000012
【図１１】
2011059514.tif 000013
【図１２】
2011059514.tif 000014
【図１３】
2011059514.tif 000015
【図１４】
2011059514.tif 000016