(57)【要約】【課題】本来検知し制御すべき現像スリーブ直前の位置に設置することができない場合でも、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させる画像形成装置を提供する。【解決手段】現像器３１内のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ３６と、検知されたトナー濃度を履歴として格納しておくトナー濃度履歴格納手段と、現像スリーブ３２直前のトナー濃度目標値を設定するトナー濃度目標値設定手段と、トナー濃度履歴格納手段により格納されたトナー濃度履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定するトナー濃度推定手段と、トナー濃度推定手段により推定された現像スリーブ３２直前のトナー濃度をトナー濃度目標値設定手段により設定された現像スリーブ３２直前のトナー濃度目標値に追従させるようなトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、トナー補給量を現像器３１内に補給するトナー補給部３３と、を有する。【選択図】図２
2012252282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度検出手段と、
検知されたトナー濃度を履歴として格納しておくトナー濃度履歴格納手段と、
現像スリーブ直前のトナー濃度目標値を設定するトナー濃度目標値設定手段と、
前記トナー濃度履歴格納手段により格納されたトナー濃度履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定するトナー濃度推定手段と、
前記トナー濃度推定手段により推定された現像スリーブ直前のトナー濃度を前記トナー濃度目標値設定手段により設定された現像スリーブ直前のトナー濃度目標値に追従させるようなトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、
前記トナー補給量を前記現像器内に補給するトナー補給手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー補給手段により補給されたトナー量を履歴として格納しておくトナー補給量履歴格納手段とを有し、
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納されたトナー濃度履歴及び前記トナー補給量履歴格納手段により格納されたトナー補給量履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された１つのトナー濃度履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された複数のトナー濃度履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された１つのトナー濃度履歴及び前記トナー補給量履歴格納手段により格納された１つのトナー補給量履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された複数のトナー濃度履歴及び前記トナー補給量履歴格納手段により格納された１つのトナー補給量履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された１つのトナー濃度履歴及び前記トナー補給量履歴格納手段により格納された複数のトナー補給量履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー濃度推定手段は、前記トナー濃度履歴格納手段により格納された複数のトナー濃度履歴及び前記トナー補給量履歴格納手段により格納された複数のトナー補給量履歴を用いて現像直前のトナー濃度を推定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、詳細には、現像器内のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式による画像形成装置では、像担持体である感光体ドラムを帯電装置で一様に帯電した後、感光体ドラム上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置により現像してトナー像として可視像化して、該トナー像を転写部で記録媒体に転写した後、該記録媒体を定着装置に搬送してトナー像を記録媒体に固着して画像出力を行うようにされている。
【０００３】
このような画像形成装置において、現像剤にトナーとキャリアからなる二成分系現像剤を用いる場合には、画像形成によってトナーのみが消費されるため、現像装置内のトナー濃度を適正に保つ必要がある。このため、二成分系現像剤を用いる画像形成装置は、通常、現像剤のトナー濃度を検知するセンサあるいは感光体ドラム上に形成したトナー像の濃度を検知するセンサ等のトナー濃度センサと、該トナー濃度センサによってトナー濃度が基準値以下になったことが検知されると、その検知信号に基づいてトナー補給用容器から現像装置内にトナーを補給するトナー補給装置が設けられ、画像出力にともない消費したトナー量に応じて適切な量のトナーを補給するようにされている。
【０００４】
一般的に該トナー濃度センサによって検知されたトナー濃度をトナー濃度目標値に追従させる制御が行われているが、該トナー濃度センサは機械構成の制約上、本来検知し制御すべき現像スリーブ直前の位置に設置することができないことが多い。
【０００５】
このような従来のトナー補給技術として、特許文献１では、簡単な構成で印刷画像データからトナー消費量を推定し、トナーが消費される個所におけるトナー濃度を予測することで適正なトナー補給を行うことができる画像形成装置及びこれに用いられるトナー補給制御用プログラムを提供する目的としている。
【０００６】
現像器内の現像剤を仮想的に複数のブロックに分割し、印刷画像から各ブロックの一巡ごとに予測されたトナー消費を用いて各ブロックにおいて推定されたトナーが補給される個所でのトナー濃度を記憶要素へ書込み、推定されたトナー濃度と、トナー濃度目標値とに基づいて、トナー補給を制御する技術が既に知られている。
【０００７】
本発明とは確かにトナー濃度センサが機械構成の制約上、本来検知し制御すべき現像直前の位置に設置することができない場合でも、検知できない位置のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させる点では似ている点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来技術は、トナーが補給される個所でのトナー濃度をトナー濃度目標値となるように制御しており、トナー濃度センサが機械構成の制約上、本来検知し制御すべき現像直前の位置に設置することができない場合、現像直前のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的としては、トナー濃度センサが機械構成の制約上、本来検知し制御すべき現像スリーブ直前の位置に設置することができない場合でも、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。
【００１１】
本発明に係る画像形成装置は、現像器内のトナー濃度を検知するトナー濃度検出手段と、検知されたトナー濃度を履歴として格納しておくトナー濃度履歴格納手段と、現像スリーブ直前のトナー濃度目標値を設定するトナー濃度目標値設定手段と、前記トナー濃度履歴格納手段により格納されたトナー濃度履歴を用いて現像スリーブ直前のトナー濃度を推定するトナー濃度推定手段と、前記トナー濃度推定手段により推定された現像スリーブ直前のトナー濃度を前記トナー濃度目標値設定手段により設定された現像スリーブ直前のトナー濃度目標値に追従させるようなトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、前記トナー補給量を前記現像器内に補給するトナー補給手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、トナー濃度センサが機械構成の制約上、本来検知し制御すべき現像直前の位置に設置することができない場合でも、トナー濃度センサによって検知されたトナー濃度を履歴として格納しておき、制御周期毎に格納されたトナー濃度履歴を用いて、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。そして、ＰＩＤ制御等を用いて、現像スリーブ直前の推定トナー濃度を現像スリーブ直前でのトナー濃度目標値に追従させるようにトナー補給量を算出し、現像器内に補給するので、現像直前のトナー濃度を推定し、トナー濃度目標値に追従制御させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を適用したレーザプリンタの正面概略構成図である。
【図２】本実施形態に係るレーザプリンタのトナー濃度制御部のブロック構成図である。
【図３】本実施形態に係るレーザプリンタのトナー濃度制御部のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を適用したレーザプリンタの正面概略構成図である。図１において、レーザプリンタ（画像形成装置）１は、本体筐体２内に、用紙搬送路３が形成され、該用紙搬送路３に沿って、搬送ローラ４、レジストローラ５及びガイド板６等が配設されている。
【００１６】
レーザプリンタ１は、本体筐体２内の該用紙搬送路３の下流側に、定着部７が配設されている。レーザプリンタ１は、本体筐体２内の定着部７の下流側に、搬送ローラ８と切り替え爪９が配設されており、切り替え爪９によって、フェイスダウン搬送路１０側とフェイスアップ排紙トレイ１１側とに定着部７を通過した用紙Ｐ（図２参照）の排出方向を切り替える。
【００１７】
レーザプリンタ１は、フェイスダウン搬送路１０側に、排紙ローラ１２及びフェイスダウン排紙トレイ１３が設けられており、排紙ローラ１２から画像記録面を下にしたフェイスダウンの状態で画像記録済の用紙Ｐをフェイスダウン排紙トレイ１３上に排出する。レーザプリンタ１は、フェイスアップ排紙トレイ１１方向に排紙した画像記録済の用紙Ｐを画像記録面を上にしたフェイスアップ状態で該フェイスアップ排紙トレイ１１上に排出する。
【００１８】
また、レーザプリンタ１は、本体筐体２の下部に、給紙カセット１４がスライド可能に収納されており、給紙カセット１４内には、各種用紙種別（紙種）の用紙Ｐや各種用紙サイズの用紙Ｐが複数枚収納可能である。給紙カセット１４の用紙送り出し側の上部には、給紙コロ１５が配設されており、給紙コロ１５は、給紙カセット１４内の用紙Ｐを１枚ずつ分離して搬送ローラ４に送り出す。
【００１９】
さらに、レーザプリンタ１は、本体筐体２内に書き込みユニット１６が配設されており、書き込みユニット１６は、番号は付さないが、ポリゴンモータ、ポリゴンミラー、Ｆθレンズ、光源としてのレーザダイオード、ミラー等を備えている。
【００２０】
書き込みユニット１６は、画像信号に基づいて主走査方向に画素毎にレーザダイオードの点灯制御を行って変調させたレーザ光をレーザダイオードに出射させ、１ライン分の点灯制御を行うと、次のラインの点灯制御を行う処理を順次繰り返し行って、１ページ分の画像信号によるレーザダイオードの点灯制御を行う。
【００２１】
レーザプリンタ１は、本体筐体２内の上記用紙搬送路３上に、該用紙搬送路３の上側を形成する状態で、無端ベルト状の感光体２１が、図１に矢印で示す時計方向に回転可能に配設されており、感光体２１の周囲に、該回転方向の順に、帯電チャージャ２２、現像ユニット２３、転写チャージャ２４、クリーニング部２５及び除電部２６等が配設されている。
【００２２】
レーザプリンタ１は、感光体２１を転写チャージャ２４と対向して接触する状態で、本体筐体２内に配設され、感光体２１と転写チャージャ２４との間に、給紙カセット１４から給紙コロ１５により１枚ずつ分離して送り出されて、搬送ローラ４によりレジストローラ５に送られた用紙Ｐが、レジストローラ５でタイミング調整された後、搬送されてくる。
【００２３】
レーザプリンタ１は、感光体２１を、図示しない駆動機構により、図１の時計方向に回転駆動し、その際、帯電チャージャ２２によって表面を一様に帯電させる。レーザプリンタ１は、一様に帯電された感光体２１に、書き込みユニット１６からレーザ光を照射させて、感光体２１上に静電潜像を形成し、現像ユニット２３を通過する際に、現像ユニット２３からトナーを供給して、静電潜像をトナー画像として可視像化させる。
【００２４】
レーザプリンタ１は、感光体２１をさらに回転させて転写チャージャ２４と対向する際に、転写チャージャ２４により、感光体２１上のトナー画像を、転写チャージャ２４と感光体２１との間に搬送されてきている用紙Ｐに転写させ、トナー画像の転写された用紙Ｐを、定着部７に搬送する。
【００２５】
レーザプリンタ１は、転写の完了した感光体２１を、さらに回転させて、クリーニング部２５で残留するトナーを除去して、再度、画像形成に供する。
【００２６】
図２は、レーザプリンタのトナー濃度制御部のブロック構成図である。現像ユニット２３は、図２に示すように、現像器３１、現像スリーブ３２、トナー補給部３３及びトナーボトル３４等を備えており、トナーボトル３４には、現像器３１に補給するトナーが収納されている。
【００２７】
トナー補給部（トナー補給手段）３３は、補給チューブ３８によってトナーボトル３４と接続されているとともに、現像器３１の補給口３１ａに接続されており、補給チューブ３８を通してトナーボトル３４内のトナーを獲得して、補給口３１ａから現像器３１内に補給する。
【００２８】
トナー補給部３３は、トナーボトル３４のトナーを現像器３１に搬送して補給できる機構のものであればどのような機構のものであってもよく、例えば、モータによりスクリューを回転させてトナーを搬送する機構のものであってもよいし、ポンプによりエアーの力でトナーを搬送する機構のものであってもよい。
【００２９】
現像器３１は、内部に搬送スクリュー３５、トナー濃度センサ３６及び温湿度センサ３７が配設されており、搬送スクリュー３５は、現像スリーブ３２を一部収納する状態で配設されている。
【００３０】
搬送スクリュー３５は、現像器３１の長さ方向全域にわたって配設されており、図示しないモータ等によって回転駆動されて、補給口３１ａから現像器３１内に補給されたトナーを、現像器３１内のトナー及びキャリアからなる二成分現像剤と撹拌しながら、現像スリーブ３２へ搬送する。
【００３１】
現像スリーブ３２は、感光体２１と対向する位置で現像バイアスが印加されることで、現像剤の穂を感光体２１の表面に接触させる状態で回転して、現像器３１内のトナーを感光体２１に供給し、感光体２１上の静電潜像を現像してトナー画像を形成する。レーザプリンタ１は、感光体２１に形成されたトナー画像を転写チャージャ２４によって用紙Ｐ上に転写する。
【００３２】
トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）３６は、透磁率センサが用いられており、現像器３１内の現像剤の透磁率によって現像器３１内のトナー濃度を検出する。温湿度センサ３７は、現像器３１内の温度及び湿度を検出する。
【００３３】
図３は、レーザプリンタのトナー濃度制御部のブロック構成図である。レーザプリンタ１は、図３に示すトナー濃度制御部４０を備えており、トナー濃度制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４３、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）４４、ＲＴＣ（リアルタイムクロック；Real Time Clock ）４５等を備えている。
【００３４】
ＲＯＭ４２（トナー濃度履歴格納手段、トナー補給量履歴格納手段）は、レーザプリンタ１の基本プログラムや本発明のトナー濃度制御処理を実行するトナー濃度制御プログラム及び必要なデータを格納している。
【００３５】
ＣＰＵ（トナー濃度推定手段、トナー補給量算出手段）４１は、ＲＯＭ４２内のプログラムに基づいてＲＡＭ４３をワークメモリとして利用して、レーザプリンタ１の各部を制御し、レーザプリンタ１としての基本処理を実行するとともに、トナー濃度制御プログラムに基づいて後述するトナー濃度制御処理を実行する。
【００３６】
すなわち、レーザプリンタ１は、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory ）、ＣＤ−ＲＷ（Compact Disc Rewritable ）、ＤＶＤ（Digital Video Disk）、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＭＯ（Magneto-Optical Disc）等のレーザプリンタ１が読み取り可能な記録媒体に記録されている本発明のトナー濃度制御処理を実行するトナー濃度制御プログラムを読み込んで、ＲＯＭ４２等に導入することで、該トナー濃度制御処理を実行するレーザプリンタ１として構築されている。
【００３７】
このトナー濃度制御プログラムは、アセンブラ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等のレガシープログラミング言語やオブジェクト指向ブログラミング言語等で記述されたコンピュータ実行可能なプログラムであり、上記記録媒体に格納して頒布することができる。
【００３８】
ＮＶＲＡＭ４４は、レーザプリンタ１の電源がオフの場合にもその記憶内容を保持するメモリであり、レーザプリンタ１の電源がオフの場合にも記憶する必要のあるデータをＣＰＵ４１の制御下で書き込まれ、また、読み取られる。
【００３９】
以下の式は、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する方法について説明する式である。
【数１】
2012252282.tif 000003
【００４０】
（１）〜（６）のそれぞれのパラメータの意味を説明する。
【数２】
2012252282.tif 000004
【００４１】
ある時刻にトナー濃度センサ位置にいたトナーは、距離Ｌ1[mm]を速度Ｓ[mm/msec]で移動し、Ｎ1[msec]後に、現像スリーブ直前の位置に到達する。実際には攪拌されながら運ばれるので、以下の式ａとはならない。
【００４２】
【数３】
2012252282.tif 000005
【００４３】
（１）式は、トナー濃度検知位置からの攪拌による拡散も考慮して、以下の式ｂに係数ａを乗算し、定数ｃを加算することで、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。
【００４４】
【数４】
2012252282.tif 000006
【００４５】
（２）式は、（１）式をもとに、ｔm≦Ｎ1≦ｔnとして、Ｎ1[msec]の前後（ｎ−ｍ＋１）回に検知されたトナー濃度も利用し、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。補給口前にトナー濃度センサが設置されている場合、補給口から補給されたトナーも考慮しなければならない。
【００４６】
ある時刻に補給口から補給されたトナーは、距離Ｌ2[mm]を速度Ｓ[mm/msec]で移動し、Ｎ2[msec]後に、現像スリーブ直前の位置に到達する。実際には攪拌されながら運ばれるので、以下の式ｃとはならない。
【００４７】
【数５】
2012252282.tif 000007
【００４８】
（３）式は、補給口からの攪拌による拡散も考慮して、（１）式をもとに、ｄ×ｕ（ｔ−Ｎ2）に係数ｂを乗算することで、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。
【００４９】
（４）式は、（２）式をもとに、ｄ×ｕ（ｔ−Ｎ2）に係数ｂを乗算することで、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。
【００５０】
（５）式は、（１）式をもとに、ｔm≦Ｎ2≦ｔqとして、Ｎ2[msec]の前後（ｑ−ｐ＋１）回に補給されたトナー量も利用し、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。
【００５１】
（６）式は、（２）式をもとに、ｔp≦Ｎ2≦ｔqとして、Ｎ2[msec]の前後（ｑ−ｐ＋１）回に補給されたトナー量も利用し、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定する。
【００５２】
係数ａ，ａi（ｉ＝ｍ，ｍ＋１，．．．，ｎ），ｂ，ｂj（ｊ＝ｐ，ｐ＋１，．．．，ｑ），ｃの値は、事前に実験等で決定しておく必要がある。例えば、システム同定を用いて値を決定することができる。
【００５３】
このようにすれば、制御周期毎に（１）〜（６）式のいずれかで、現像スリーブ直前のトナー濃度を推定し、例えばＰＩＤ制御を用いて、現像スリーブ直前の推定トナー濃度を現像スリーブ直前でのトナー濃度目標値に追従させるようにトナー補給量を算出し、現像器３１内に補給することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１    レーザプリンタ
３１    現像器
３２    現像スリーブ
３３    トナー補給部
３６    トナー濃度センサ
４０    トナー濃度制御部
４１    ＣＰＵ
４２    ＲＯＭ
４３    ＲＡＭ
４４    ＮＶＲＡＭ
４５    ＲＴＣ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特許第４２２９９６２号公報
【図１】
2012252282.tif 000008
【図２】
2012252282.tif 000009
【図３】
2012252282.tif 000010