(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像にトナーを添加するための少なくとも１個の現像機構を含む電子写真画像生成システムを制御する方法であって、
現像機構のハウジング内におけるトナー調合履歴を示す調合履歴モジュールと、
現像機構のセンサーがハウジング内のトナー補充を検知するのに必要な時間Ａを示す時間遅延と、
トナー調合履歴および時間Ａに基づいて現像機構のセンサーにおける予想トナー濃度を表す仮想センサーと、
現像機構のセンサーにおけるトナー濃度の読み取りの変化が現像機構の現像ロールに現れるまでの時間Ｂを示す時間遅延と、
仮想センサーが表わす予想トナー濃度および時間Ｂに基づいて現像機構の現像ロールにおける予想トナー濃度を表す現像ロールセンサーと、
現像機構の現像ロールにおけるトナー濃度の検知と現像機構のハウジング内でのトナー調合との間の時間Ｃを示す時間遅延と、
を含むソフトウェアによるモデルを電子写真画像生成システム内に実装し、
当該モデルを利用してトナー濃度変動を推定してトナー供給源から現像機構へのトナー補充を制御する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記モデルを利用して、トナーを含んだ現像剤が潜像に到達する前にトナー濃度不足を予測することにより、不足を補償すべく静電コントローラを調整する、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
静電潜像にトナーを添加するための少なくとも１個の現像機構を含む電子写真画像生成システムを制御する装置であって、
現像機構のハウジング内におけるトナー調合履歴を示す調合履歴モジュールと、
現像機構のセンサーがハウジング内のトナー補充を検知するのに必要な時間Ａを示す時間遅延と、
トナー調合履歴および時間Ａに基づいて現像機構のセンサーにおける予想トナー濃度を表す仮想センサーと、
現像機構のセンサーにおけるトナー濃度の読み取りの変化が現像機構の現像ロールに現れるまでの時間Ｂを示す時間遅延と、
仮想センサーが表わす予想トナー濃度および時間Ｂに基づいて現像機構の現像ロールにおける予想トナー濃度を表す現像ロールセンサーと、
現像機構の現像ロールにおけるトナー濃度の検知と現像機構のハウジング内でのトナー調合との間の時間Ｃを示す時間遅延と、
を含むソフトウェアによるモデルを実装し、
当該モデルを利用してトナー濃度変動を推定してトナー供給源から現像機構へのトナー補充を制御する、
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
静電潜像にトナーを添加するための少なくとも１個の現像機構を含む電子写真画像生成システムにおいて画像密度を制御する装置であって、前記現像機構のそれぞれについて、
トナー濃度の検知と画像の現像との間の第一の時間遅延と、トナー混合に起因する第二の時間遅延と、混合されたトナーの搬送に起因する第三の時間遅延を近似するソフトウェアモデルと、
前記時間遅延を保存してトナー供給モデルを確立するメモリと、
前記第一、第二、および第三の時間遅延のうち少なくとも１個の実測に応答して前記トナー供給モデルを変更し、かつ変更されたトナー供給モデルに基づいてトナー濃度修正信号を決定するコントローラとを含み、
前記修正信号に応答して潜像の現像の間、前記コントローラは制御信号を出力して、トナー濃度不足を補償すべく、静電潜像が形成される光学受容体上の電荷を調整することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真画像生成に関し、特に機械特性に基づくトナー濃度の変動を補償する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、本発明のさまざまな実施の形態を利用し得るマルチパスカラー電子写真複写または画像生成機械の例を示す。本出願と同じ出願人による米国特許第６，１３４，３９８号により詳細に記述されているように、本画像生成機械は光学受容体ベルト１０を含み、ベルト１０はその上に形成された静電潜像をベルト１０の経路に沿って方向１２へ各種画像処理機構まで搬送する光伝導性表面１１を有する。それぞれの潜像がマルチパス動作で現像機構Ｃ、Ｅ、ＧおよびＩを通過する際に制御された量のトナーが添加される。添加されるトナーの量は特に、現像装置におけるトナー濃度と静電ポテンシャルにより指定される。潜像に添加されるトナーの量を制御するために、静電ポテンシャルやその他の電気的セットポイントがほぼ瞬時に制御できるが、現像ロールにおけるトナー濃度は混合および搬送遅延の影響を受ける。
【０００３】
当分野で公知のとおり、カラー複写は、画像プロセッサ１４へ電子的に搬送されたコンピュータ生成画像から、または透明プラテン１８の表面に配置された原文書から得られる。後者の場合、光源２０を含むスキャナ機構が文書１６を照射し、文書１６から反射された光は鏡２２、２４、２６により反射されて一連のレンズ（図示せず）および二色性プリズム２８を通過して３色に分離され、電荷結合線型感光素子（ＣＣＤｓ）３０に受光され、そこで情報が読まれる。各ＣＣＤ３０は原文書１６のそれぞれの色分解された領域の入射光の強さに比例するデジタル画像信号を出力する。デジタル信号は各ピクセルを表わし、青、緑、および赤の密度を表わす。それらは画像プロセッサ（ＩＰＵ）１４まで搬送され、そこで色分解とビットマップに変換されて、通常は黄、シアン、マゼンタ、黒を表わす。
【０００４】
上述のとおり、原文書１６の画像で覆われた領域は印刷１枚毎に異なるかもしれず、このことはトナー濃度が予め確立された範囲をはずれたならば、複写された画像の画像密度に有害な影響を与えよう。色分解とビットマップ情報を用いて、現像された潜像で所望のトナー密度を実現するために現像機構Ｃ、Ｅ、ＧおよびＩにおけるトナー搬送を制御できるが、これは多くの場合トナー濃度が印刷１枚毎に変動することによる潜像のトナー密度の変動を補償する効果は大きくない。別々に図示されているが、現像機構Ｃ、Ｅ、ＧおよびＩのハウジングは、個々のトナー装置用にそれぞれの区画を有する単一の装置として結合することでコンパクト性を実現している。上述のように、これによりシステムがトナー濃度変動に対して堅牢になる。
【０００５】
図１の画像生成機械は中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリおよびディスプレイまたはユーザー・インタフェース（ＵＩ）を含む電子サブシステム（ＥＳＳ）３２を含む。ＥＳＳ３２は結合部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃおよび３４Ｄだけでなくオプションのピクセルカウンター３６を利用して、トナー濃度、静電セットポイント、および機械に備わるその他機能を読み込み、取得し、準備し、および／または管理する。さらに、ＥＳＳ３２は画像生成、現像、用紙の供給や転送、および各々の現像機構の動作または“適時”制御モードおよび／またはアルゴリズム等のマルチタスク動作を実行する。
【０００６】
最初に、第一の画像生成段階において、光学受容体１０は帯電機構Ａを通過し、そこでコロナ放電装置３８および４０が光学受容体１０を比較的高い、ほぼ一様な電位に帯電させる。次に、第一の画像生成パスにおいて、光学受容体１０の帯電した部分は画像生成機構Ｂを通過して進む。画像生成機構Ｂにおいて、一様に帯電したベルト１０はスキャナ装置４２により露光され、スキャナ装置４２の得られた色分解およびビットマップ出力、例えば黒、に従いベルト１０上の特定の領域、例えばテキストや図形パターンが放電されることによりベルト１０の表面１１上に潜像を形成する。スキャナ装置４２はレーザーラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）であり、一般に２．５４ｃｍ（１インチ）当たりの行数で示される解像度を有する一連の平行な走査線として色分解画像を生成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第一の現像機構Ｃにおいて、非対話型の２要素現像装置４４は、例えば帯電したトナー粒子および担体粒子を所望の制御された比率の強磁性体ビーズの形状で含む現像剤４６を前進させてドナーロール４８に接触させる。次にドナーロール４８は、現像剤４６と混合された帯電トナー粒子を前進させて表面１１上の潜像および任意の潜在的な目標マークに接触させる。現像ハウジング４４の溜またはタンクはトナーと担体粒子を混ぜる混合らせん部（オーガ−）を含む。通常、現像剤４６を現像ハウジング４４の溜から表面１１上の潜像まで搬送するのに数秒を要する。現像機構Ｅ、ＧおよびＩはドナーロール６０と混合オーガー４９を含み、他の色のトナーを添加するとともに、混合や搬送遅延も生じる。現像ハウジングの実施例の構造および機能面の詳細は、ルイスとの共願である米国特許第５、９４６、５３４号に見られる。例えば、潜像の特定の色パターンが覆う領域が印刷１枚毎に激変する場合、このような遅延はトナー密度や印刷品質に有害な影響を及ぼす恐れがある。以下に述べるように、本発明はこの影響を取り除く。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
現像装置４４はまた、複数の磁気ブラシおよびドナーローラー部材、トナーと担体粒子を混ぜるためのプラス回転オーガーその他の手段を含んでいてよく、それらすべてが所望濃度のトナーを潜像に添加する際に遅延の原因となり得る。非対話型現像の際立った特性として、現像が停止されている間でもトナーの添加と混合を継続できる。従って、現像が要求されたときにいつでも混合が可能である限り、添加および混合機能のタイミングアルゴリズムは現像機能のそれから独立していてよい。これらのドナーローラー部材は、帯電トナー粒子を現像するために潜像へ搬送する。これらの粒子は特定の色分解画像領域に色調を与えて他の領域を無色調なままにしておく。電源５０は現像装置４４を電気的に偏向させる。他の現像機構５４、５６、および５８も同様の偏向機能を有する。本発明の重要な態様に従い、混合と搬送のタイミングアルゴリズムは、予想される搬送および混合遅延に基づいてトナー要求に先立って変更することができる。
【０００９】
帯電したトナー粒子の現像または潜像への添加は現像剤４６におけるトナー粒子のレベルすなわち濃度を消耗する。複製中の複数の文書のジョブが異なるため、コピー用紙がトナーに徐放的に覆われる領域、すなわちそこで複製中の画像をトナー領域がどの程度覆うかに応じて、トナーの消耗度は異なる。本稿と同様に、２要素現像剤を用いる機械でこのような消耗は現像剤の粒子濃度を不都合に変えてしまう。現像剤の総量が比較的少ない場合、瞬間的な消耗がさらにひどくなる。（後続の画像の品質維持を保証するために）現像剤４６内でトナー粒子の所望濃度を維持するためには、現像装置４４の添加または混合機能が動作中またはある制御された期間“オン”であってホッパー５１が供給源５２からの追加トナー粒子で現像装置４４を補充する必要がある。このような追加トナー粒子は続いて担体粒子を摩擦電気的に適切に帯電させるためにそれらと混合される。
【００１０】
マルチパス画像生成機械のベルト１０上の画像領域の後続する第二の段階で、コロナ装置３８および４０が光学受容体１０上の色調付けられた（前の画像生成パスから）領域と無色調領域の両方を再帯電させて電圧レベルをほぼ一様なレベルに調整する。これによりベルト表面１１は、現像機構Ｅ、ＧおよびＩにより他の色のトナー粒子が堆積されている別の潜像を受像する準備がなされる。再帯電装置３８および４０は、色調を付けられた領域と白紙の無色調領域の間の電位差をすべて除去するとともに、以前に色調付けられた領域に残った残留電荷のレベルを下げることで、異なる色分解の潜像の後続現像がされて画像が一様な現像フィールドにわたって形成されるようにする。続いてマルチパス画像生成機械の第二の後続パスに対して画像生成装置４２を用いて、再帯電された光学受容体１０を選択的に放電させることにより特定の色分解画像の後続する潜像を重ね合わせる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２に、本発明の実施の形態を実現するために図１の画像生成機械の各現像ハウジング４４、５４、５６、または５８について実装可能なトナー濃度モデリングを図解するブロック図を示す。モジュール１３０は、トナー混合、搬送、および／または検出における遅延予測を用いて静電コントローラ１４４およびトナー濃度コントローラ１３２向けの適切な制御信号を個別にまたは合成して生成する、動的ソフトウェアモデルを記号的に表わす。このようなモデリングは図１の画像生成機械の実施例ＥＳＳ３２により実装可能である。一方、モジュール１３１は、現像ハウジング内のトナー混合および搬送に起因する実際の応答時間および伝播遅延とともに、密度の検知とトナーの調合との間の遅延も表わす。これらは通常一定値であるが、定期的にまたは機械劣化に対応して調整されてもよい。さらに、モジュール１３１のさまざまな要素の時間遅延および動作値は、画像生成機械の種類に固有であり、かつその特徴を示している。
【００１２】
ＥＳＳ３２により実装可能なトナー濃度コントローラ１３２はソフトウェアモジュール１３０および１３１からの信号に応答して、例えば図１のトナー供給源５１からのトナー補充を制御する。コントローラ１３２はまた、印刷毎のピクセルカウント情報に従来のしかたで応答して原文書１６のカバー領域に基づいてトナーを補充し、また１０〜１０００回印刷する毎に静電コントローラ１４４にフィードバック信号を与える画像密度センサー１４６に応答する。静電電圧計１４８は、静電セットポイントを所定の範囲内に維持するために静電コントローラ１４４に周期的にフィードバック信号を与える。オプションとして、光学受容体の周期的モジュール１５０を提供して光学受容体１０の挙動をモジュール１３０および１３１とほぼ同じにモデル化して、起動時の過渡条件を補償する。電源１６６およびハーフトーンモジュール１６０は印刷１枚毎に調整するために静電コントローラから出力を受け取る。
【００１３】
特にソフトウェアモジュール１３０が与えるモデリングプロトコルの例によれば、仮想センサー１０１は、トナー調合履歴および動的にプログラムされた時間遅延１６５を示す調合履歴モジュール１６４に基づいて図１のセンサー３４における予想トナー濃度レベルを表わす。時間遅延１６５はハウジング４４内のトナー補充を検知するのに必要な時間、例えばトナーを調合した後で担体粒子と混合するまでの時間、をエミュレートする。モジュール１６４はセンサー応答機能またはメモリデータバンクであって、現像ハウジングにおけるトナー補充に応答してセンサー３４でトナー濃度の挙動をエミュレートするようにアクセスすることができる。
【００１４】
ソフトウェアモジュール１３０の現像ロールセンサー１６２は仮想センサー１０１および動的にプログラムされた時間遅延１６１の値に基づいて現像ロール４８（図１）における予想トナー濃度を表わす。時間遅延１６１は、センサー１０１におけるトナー濃度センサー読み取りの変化がセンサー１６２に現れるまでの時間遅延を示す。この遅延は、溜から現像ロールまでの現像剤の搬送にかかる時間をエミュレートする。印刷１枚毎に変わる前提で、トナー濃度コントローラ１３２はソフトウェアモジュール１３０に結線１３５を介してトナー調合コマンド信号を通知する。
【００１５】
ソフトウェアモジュール１３０はまた、現像ロール４８におけるトナー濃度および／または密度の検知と現像ハウジング４４内でのトナー調合との間の遅延を予測する。前述のプログラムされた遅延に基づいてソフトウェアモジュール１３０は、経路１３４経由でトナー濃度コントローラ１３２に制御信号を送ることによりトナー補充の必要性を、または結線１３６経由で静電コントローラ１４４にフィードフォワード修正信号を送ることにより画像密度調整の必要性を予測する。これは印刷１枚毎に行なわれる。
【００１６】
ソフトウェアモジュール１３０のモデル化されたソフトウェア要素１０１、１６１、１６２、１６３、１６４、および１６５により反映された値は機械の動作中に動的に変更または修正されて、ドリフトが補償され、それぞれのレベルが微調整されて適切な修正信号をより正しく予測してトナー濃度変動を補償することができる。動的な変更は、それらの値と、例えば過去数分間の機械動作にわたる機械パラメータの対応する実測値の平均と比較することにより、実現される。実測値はモジュール１３１から得られる、後述する。しかし平均を取る期間は、相当短い期間からはるかに長い期間まで広範囲に変動する可能性がある。さらに、実際の機械動作を反映する実測値は平均化以外の方法で処理されてよく、あるいは平均化も他の処理も行なわずに単にサンプリングするだけでもよい。
【００１７】
重要なことは、ソフトウェアモジュール１３０がフィードフォワード修正信号を出力ライン１３６、例えばデータバス上に生成して、静電コントローラ１４４のセットポイントを制御して不要な短期的および／または長期的変動を瞬間的に補償する点である。現像剤が潜像に到達する前にあらかじめトナー濃度不足を知るかまたは予測することにより、不足を補償すべく静電コントローラのパラメータを都合よく調整することができる。予測されるトナー濃度の変動に起因するいかなるトナー密度の変化も補償するために、フィードフォワード信号は瞬間的に、光学受容体上の電荷の大きさ等、コントローラ１４４のパラメータ、供給源５１により生じた現像剤の偏り、例えば露出時間、および／またはハーフトーン閾値を調整する。
【００１８】
現像ハードウェアモジュール１３１のパラメータはソフトウェアモジュール１３０のそれらと同様であり、画像生成機械の実際の現像ハウジングの挙動を表わす。トナー濃度センサー１００は、現像装置の流路の特定の地点における現像剤混合物４６（図１）内のトナーの実際の濃度を示し、一方現像ロール１５２は、現像ロール４８（図１）に等しい。時間遅延１５１、１５３、および１５５は、特定の画像生成機械の種類や特徴に基づく実際の測定値である。このような遅延はとりわけ、現像剤を潜像の現像中における現像剤溜、搬送ロール、現像機構の現像ロールの間を搬送するのにかかる時間、あるいはトナー密度に影響を与える現像ハウジングまたは画像生成機械のその他の挙動の特徴を反映する。
【００１９】
長期ドリフトを補償するために、密度センサー１４６は現像された潜像の実際の印刷密度を、例えば１０〜１０００枚のサンプル間隔で検知する。密度信号がトナー濃度コントローラ１３２および静電コントローラ１４４に印加される。本発明のある態様によれば、データ線１３４経由で静電コントローラへ送られたモジュール１３０からの情報が短期変動に十分な修正を提供するため、センサー１４６からの印刷密度データの取得頻度がかなり減少する。密度データの取得は、通常は現像された潜像の上にまたは近くのテストパッチから得られ、密度センサーとＥＳＳ３２の間のデータパスに非常に高い帯域幅を必要とする。ＥＳＳ３２は密度データを処理して適切なトナー濃度調整または修正信号を生成して伝達する。動的ソフトウェアモデル１３０を利用してトナー濃度変動を推定して変動を補償する修正信号を生成するのは、印刷１枚毎に密度サンプルからデータを取得して処理するのに比べてバンド幅が大幅に減少し、複雑なテストパッチ生成や検知アルゴリズムの必要性がなくなる。静電現像場の静電電圧は静電電圧計１４８を用いて測定でき、その結果得られた測定値が電圧計１４８から静電コントローラ１４４まで送信される。
【００２０】
短期光学受容体（Ｐ／Ｒ）の周期的な挙動１５０のモデルを静電コントローラ１４４に組み込んで起動時過渡状態の修正を可能にできる。モデル化されたパラメータの任意の部分または全てを適合可能にして、各機械に付随する動作条件と最適に一致するようにできる点に留意されたい。
【００２１】
ピクセルカウンター１５７は、トナー濃度コントローラ１３２によりトナー調合を統制するための基礎情報を１枚印刷する毎に提供する。
【００２２】
トナー濃度コントローラ１３２はまた、動的モデル１３０の仮想のセンサー１０１だけでなく、実際のトナー濃度センサー１００から信号を受信する。これらの信号はトナー濃度センサーにおいてそれぞれ検知および予測されたトナー濃度に対応している。予測および実際に検知されたトナー濃度レベルの間の相違は、例えば数分ごとに周期的に整合される。センサー１００における実際のトナー濃度が予測されたトナー濃度より低い場合、トナー濃度コントローラ１３２からの制御信号がトナーディスペンサー１５６へ送られる。トナーディスペンサー１５６はトナー容器、オーガー、制御回路、および現像ハウジング４４、５４、５６、または５８（図１）のオーガーを駆動するモーターを含み、先に引用した米国特許第６，１３４，３９８号および第５，９４６，５３４号により詳細に説明する。制御回路はコントローラ１３２からの制御信号に応答して容器から調合されるトナーの量と速度を調整する。
【００２３】
図３によれば、本発明の一実施の形態の図解された方法の概要を表わすフロー図を示す。ブロック２００に示すように、画像生成機械のユーザーインタフェースから発せられた印刷開始信号が現像ハウジングの動的モデル１３０のソフトウェアを起動する。ブロック２０２に示すように、現像装置Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉの直近数分間の動作にわたる調合履歴に基づいてトナー濃度予測が修正される。ブロック２０２の修正されたトナー予測濃度を用いて、予測および実際のトナー濃度は次にブロック２０４において照会される。印刷１枚毎にトナー濃度コントローラ１３２に提供される実際のトナー濃度の平均値は、次にブロック２０６で予測されたトナー濃度と比較されて、長期ドリフトを補償する必要があるか否かが決定される。必要でない場合、ブロック２０８で調合は変化しない。必要な場合、ブロック２１０において予測および実際のトナー濃度の間の比較結果に基づいて長期ドリフトが計算され、それに従って調合速度が修正される。いずれの場合も、静電コントローラ１４４に保存されているセットポイントが適切に調節されて、現像プロセスがブロック２１２において起動される。図３に記載したプロセスは印刷１枚毎に繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の態様を実現することができるマルチパスカラー電子写真画像生成機械を示す図である。
【図２】  本発明の一実施の形態による、図１の画像生成機械の現像ハウジングの一つの制御方法および装置を示すブロック図である。
【図３】  本発明の一態様による、ステップを示すフロー図の例である。
【符号の説明】
１０  ベルト、１１  光伝導性表面、１２  方向、Ｂ  画像生成機構、Ｃ、Ｅ、Ｇ、Ｉ  現像機構、１４  画像プロセッサ、１６  文書、１８  透明プラテン、２０  光源、２２、２４、２６  鏡、２８  二色性プリズム、３０  電荷結合線型感光素子（ＣＣＤｓ）、３２  電子サブシステム、３４  センサー、３４Ａ〜３４Ｄ  結合部、３６  ピクセルカウンター、３８、４０  コロナ放電装置、４２  スキャナ装置、４４  ２要素現像装置、４６  現像剤、４８  現像ロール、４９  オーガー、５０  電源、５２  供給源、５４、５６、５８  現像機構、６０  ドナーロール、１００  トナー濃度センサー、１０１  仮想センサー、１３０、１３１  ソフトウェアモジュール、１３２  トナー濃度コントローラ、１３３  結線、１３５  結線、１３６  結線、１４４  静電コントローラ、１４６画像密度センサー、１４８  静電電圧計、１５０  周期的モジュール、１５１、１５３、１５５  時間遅延、１５６  トナーディスペンサー、１５７  ピクセルカウンター、１６０  ハーフトーンモジュール、１６２  現像ロールセンサー、１６３  ソフトウェア要素、１６４  調合履歴モジュール、１６５  時間遅延、１６６  電源。
【図１】
0004052841.tif 000002
【図２】
0004052841.tif 000003
【図３】
0004052841.tif 000004