(57)【要約】【課題】本発明は、撹拌開始当初の現像器内のトナー濃度を適切に判定して現像器へのトナーの補給制御を行うプリンタ装置等の画像形成装置に関する。【解決手段】レーザプリンタ１は、撹拌と撹拌停止を所定タイミングで行う搬送スクリュー３５によって現像剤の撹拌される現像器３１内のトナー濃度をトナー濃度センサ３６で検出し、該トナー濃度センサ３６の検出したトナー濃度値をＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管トナー濃度値Ｖｔｐとして記憶して、該撹拌開始から該トナー濃度センサ３６の検出するトナー濃度値が安定するまでの検出不安定期間において該推定トナー濃度値Ｖｔｐに基づいて現像器３１へのトナー補給量を算出する。したがって、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度を高精度に制御することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像器内の現像剤の撹拌と撹拌停止を所定タイミングで行う攪拌手段と、該現像器内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、該現像器にトナーを補給するトナー補給手段と、該トナー濃度検出手段の検出したトナー濃度値に基づいてトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、該トナー補給量に基づいて該トナー補給手段の駆動を制御するトナー補給制御手段と、該トナー濃度検出手段の検出したトナー濃度値を保管トナー濃度値として記憶する記憶手段と、該撹拌手段の撹拌停止前に該記憶手段に記憶された該保管トナー濃度値に基づいて該現像器内の推定トナー濃度値を生成する推定トナー濃度値生成手段と、該撹拌手段の撹拌開始から該トナー濃度検出手段の検出するトナー濃度値が安定するまでの検出不安定期間において該推定トナー濃度値に基づいて該トナー補給量算出手段に該トナー補給量を算出させるトナー補給量算出制御手段と、を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記推定トナー濃度値生成手段は、前記保管トナー濃度値を前記推定トナー濃度値として生成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記推定トナー濃度値生成手段は、所定の定数を設定し、前記保管トナー濃度値に対して該定数を加算、減算、乗算及び除算のうち少なくとも１つの演算処理を施して、前記推定トナー濃度値を生成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記推定トナー濃度値生成手段は、前記現像器内または／及び該現像器外の温度、湿度及び前記攪拌手段による直前の攪拌停止から攪拌開始までの攪拌停止期間のうち少なくとも１つに基づいて前記定数を設定することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記攪拌手段の攪拌停止直前までの複数の前記保管トナー濃度値を記憶し、前記推定トナー濃度値生成手段は、複数の該保管トナー濃度値の変化勾配に基づいて前記定数を設定することを特徴とする請求項３または請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記記憶手段は、前記攪拌手段の攪拌停止直前までの複数の前記保管トナー濃度値を記憶し、前記推定トナー濃度値生成手段は、複数の該保管トナー濃度値に基づいて前記推定トナー濃度値を生成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記画像形成装置は、前記攪拌手段による攪拌速度を検出する攪拌速度検出手段と、該攪拌手段の攪拌停止前の攪拌速度と攪拌開始後の前記検出不安定期間の攪拌速度に基づいて前記推定トナー濃度値を補正する補正手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか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透磁率センサ等のトナー濃度検出手段で検出して現像器へのトナーの補給制御を行うプリンタ装置、ファクシミリ装置、複写装置、複合装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
に関する。
【背景技術】
【０００３】
画像形成装置においては、その印字品質が良好なことからいわゆる電子写真方式の画像形成装置が使用されてきているが、近年、画像形成装置として、さらなる高画質が求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれてきており、環境変動による画質の変化が少なく、また、常に安定した画像を形成することが要望されてきている。
【０００４】
このような電子写真方式の複写装置、ファクシミリ装置、プリンタ装置及び複合装置等の画像形成装置においては、画像データに基づいて変調された光により感光体に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された感光体に、現像部でトナーを付与して現像して、トナー画像を形成する。画像形成装置は、この感光体上のトナー画像を転写部で用紙に転写し、トナー画像の転写された用紙を定着ヒータにより加熱される定着部材（定着ローラと加圧ローラ等）に搬送して、該定着部材により加熱しつつ用紙を搬送して未定着トナー画像を用紙に定着させる。
【０００５】
そして、このような画像形成装置においては、従来から、現像器内で、非磁性のトナーと磁性のキャリアからなる二成分現像剤を現像スリーブ上に保持し、該現像スリーブが帯びている磁極によって磁気ブラシを形成させて、現像スリーブに感光体と対向する位置で現像バイアスを印加することにより感光体上の静電潜像をトナーで現像して、トナー画像を形成する二成分現像方式が知られており、この二成分現像方式は、カラー化が容易なことから広く用いられてきている。この二成分現像方式においては、現像剤は、現像スリーブの回転に伴って、現像領域に搬送され、現像剤が現像領域に搬送されるに従って、現像剤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非磁性のトナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。形成された磁気ブラシは、その先端を感光体に摺擦させながら移動して、感光体上の静電潜像にトナーを付着させる。このトナーの付着により、感光体にトナー画像が形成される。
【０００６】
この二成分現像方式は、一成分現像方式と異なり、現像器内の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、画像品質の安定性を向上させる上で重要である。例えば、トナー濃度が高すぎると、画像に地肌汚れが発生し、細部の解像力が低下する。また、二成分現像方式においては、現像器内のトナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度の低下やキャリア付着が発生するという不具合が生じる。
【０００７】
したがって、現像器へのトナーの補給量を制御して、現像器内のトナー濃度を適正な範囲に調整する必要がある。
【０００８】
そして、従来から、透磁率センサを用いて現像器内のトナー濃度を検出し、該透磁率センサの出力値を、現像器内のトナー濃度の基準値と比較して、該比較結果に基づいて、トナー補給量を制御することが行われている。
【０００９】
このトナー濃度の検出方式としては、上述のように、透磁率センサを用いたものが一般的であり、この透磁率センサは、現像器内のトナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率の変化を検出して、該透磁率センサの出力を基準濃度時の該透磁率センサの出力と比較することで、現在の現像剤のトナー濃度を検出する。
【００１０】
ところで、現像剤の透磁率は、現像剤中の磁性体の密度に依存し、非磁性のトナーの比率が高いと、磁性体であるキャリア（磁性キャリア）の比率が低く、透磁率が低くなるという変化を示すが、トナー濃度以外の原因で、現像器内の現像剤の密度が変化しても、透磁率が変化する。すなわち、現像剤を撹拌した場合、現像剤の密度が下がり、トナー濃度が変化しなくても、透磁率が下がる。逆に、現像剤を長時間静置した場合、現像剤の密度が高くなり、トナー濃度が変化しなくても、透磁率は高くなる。
【００１１】
そして、現像器内のトナー濃度の制御において、現像動作開始直後からトナー濃度の制御を行う場合には、現像動作開始直後、すなわち、現像剤攪拌開始直後のトナー濃度が必要になる。ところが、上述のように、現像剤の攪拌を停止する直前（攪拌停止直前）と、次の現像剤の攪拌を開始した直後（攪拌再開直後）では、トナー濃度が変化しなくても、透磁率は異なる。この場合、現像剤の攪拌停止直前のトナー濃度センサは、安定な出力であるのに対して、該停止後に現像剤の攪拌を再開した直後（攪拌再開直後）のトナー濃度センサは、不安定な出力となる。すなわち、現像動作開始直後からトナー濃度の制御を行う場合には、現像動作開始直後からトナー濃度センサの出力が不安定である間のトナー濃度をどのように処理するかが重要な課題となる。
【００１２】
そして、従来、現像動作開始から所定の初期制御時間の間、画像信号からトナー予測消費量を求めてトナー濃度制御を行い、初期制御時間経過後は、トナー予測消費量とトナー濃度センサの出力に基づいてトナー濃度制御を行うとともに、該初期制御時間を環境条件に基づいて該現像動作開始時に決定する技術が提案されている（特許文献１参照）。この従来技術は、スキャンした画像信号から画素カウントしたカウント値をカウンタメモリに記憶して、１スキャン分のトナーの予測消費量を算出し、該算出結果をメモリに保持して、トナー消費のタイミングに合わせてトナー濃度制御を行っている。
【００１３】
また、画像形成動作時に、現像器内の現像剤の攪拌開始を行う度に、攪拌開始からトナー濃度センサによる検知開始までの時間に応じて、トナー濃度センサの出力変動の補正量を調整する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−２０２６０５号公報
【特許文献２】特許第３５４２１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記特許文献１記載の従来技術にあっては、トナー予測消費量をスキャンした画像信号に基づいて算出しているため、コピー動作時にのみ適用が可能で、プリンタ機能時には、適用することができず、汎用性が悪いとともに、算出したトナー予測消費量をトナー濃度制御タイミングまで記憶する記憶手段を必要とし、コストが高くつくという問題があった。
【００１６】
また、特許文献２記載の従来技術にあっては、現像器内の現像剤の攪拌開始を行う度に、攪拌開始からトナー濃度センサによる検知開始までの時間に応じて、トナー濃度センサの出力変動の補正量を調整しているため、結局、補正後のトナー濃度センサの出力にもバラツキがあり、また、現像剤攪拌開始時のトナー濃度センサの出力値がどの程度の誤差を有しているかについては、考慮されておらず、現像器内のトナー濃度を精度よく制御する上で、改良の必要があった。
【００１７】
そこで、本発明は、現像器内のトナー濃度を高精度に制御して画像品質を向上させることのできる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の画像形成装置は、上記目的を達成するために、撹拌と撹拌停止を所定タイミングで行う攪拌手段によって現像剤の撹拌される現像器内のトナー濃度をトナー濃度検出手段で検出し、該トナー濃度検出手段の検出したトナー濃度値に基づいてトナー補給量算出手段でトナー補給量を算出して、トナー補給制御手段で、該トナー補給量に基づいて、現像器にトナーを補給するトナー補給手段の駆動を制御するとともに、該トナー濃度検出手段の検出したトナー濃度値を記憶手段に保管トナー濃度値として記憶し、推定トナー濃度値生成手段で、該記憶手段に該撹拌手段の撹拌停止前に記憶された該保管トナー濃度値に基づいて該現像器内の推定トナー濃度値を生成して、トナー補給量算出制御手段で、該撹拌手段の撹拌開始から該トナー濃度検出手段の検出するトナー濃度値が安定するまでの検出不安定期間において該推定トナー濃度値に基づいて該トナー補給量算出手段に該トナー補給量を算出させることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の画像形成装置においては、前記推定トナー濃度値生成手段は、前記保管トナー濃度値を前記推定トナー濃度値として生成することを特徴としてもよい。
【００２０】
さらに、本発明の画像形成装置においては、前記推定トナー濃度値生成手段は、所定の定数を設定し、前記保管トナー濃度値に対して該定数を加算、減算、乗算及び除算のうち少なくとも１つの演算処理を施して、前記推定トナー濃度値を生成することを特徴としてもよい。
【００２１】
また、本発明の画像形成装置においては、前記推定トナー濃度値生成手段は、前記現像器内または／及び該現像器外の温度、湿度及び前記攪拌手段の直前の攪拌停止から攪拌開始までの攪拌停止期間のうち少なくとも１つに基づいて前記定数を設定することを特徴としてもよい。
【００２２】
さらに、本発明の画像形成装置においては、前記記憶手段は、前記攪拌手段の攪拌停止直前までの複数の前記保管トナー濃度値を記憶し、前記推定トナー濃度値生成手段は、複数の該保管トナー濃度値の変化勾配に基づいて前記定数を設定することを特徴としてもよい。
【００２３】
また、本発明の画像形成装置においては、前記記憶手段は、前記攪拌手段の攪拌停止直前までの複数の前記保管トナー濃度値を記憶し、前記推定トナー濃度値生成手段は、複数の該保管トナー濃度値に基づいて前記推定トナー濃度値を生成することを特徴としてもよい。
【００２４】
さらに、本発明の画像形成装置においては、前記画像形成装置は、前記攪拌手段による攪拌速度を検出する攪拌速度検出手段と、該攪拌手段の攪拌停止前の攪拌速度と攪拌開始後の前記検出不安定期間の攪拌速度に基づいて前記推定トナー濃度値を補正する補正手段と、を備えていることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、撹拌と撹拌停止を所定タイミングで行う攪拌手段によって現像剤の撹拌される現像器内のトナー濃度をトナー濃度検出手段で検出し、該トナー濃度検出手段の検出したトナー濃度値を記憶手段に保管トナー濃度値として記憶して、一旦撹拌を停止した後次の撹拌開始から該トナー濃度検出手段の検出するトナー濃度値が安定するまでの検出不安定期間において、該推定トナー濃度値に基づいて現像器へのトナー補給量を算出するので、撹拌開始直後から現像器内のトナー濃度を高精度に制御することができ、画像品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるので、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、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。
【実施例１】
【００２７】
図１〜図７は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す図であり、図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を適用したレーザプリンタ１の正面概略構成図である。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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、また、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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。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。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。
【００３４】
上記現像ユニット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。トナー補給部（トナー補給手段）３３は、補給チューブ３４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３４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。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。
【００３５】
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（撹拌手段）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。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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
そして、レーザプリンタ１は、図３に示すようなトナー濃度制御部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。
【００３８】
ＲＯＭ４２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おり、ＣＰＵ（トナー補給量算出手段、トナー補給制御手段、推定トナー濃度値生成手段、トナー補給量算出制御手段、補正手段）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。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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。特に、ＮＶＲＡＭ４４は、後述するトナー濃度制御処理で使用する図４に示すような温湿度−定数対応テーブルＴｂ１や、図５に示すような現像器連続停止時間−定数対応テーブルＴｂ２を記憶している。この温湿度−定数テーブルＴｂ１は、現像器３１内の温湿度によって現像剤の透磁率が変化して、実質的なトナー濃度が変化することを考慮して、トナー濃度センサ３６の出力が安定するまでの検出不安定期間の現像器３１内のトナー濃度を推定した推定トナー濃度を温度Ｔと湿度Ｈに基づいて適正化するための定数Ｋを、温度Ｔと湿度Ｈに対応させて設定するテーブルである。現像器連続停止時間−定数テーブルＴｂ２は、搬送スクリュー３５による現像器３１内の現像剤の撹拌が行われずに静置されていることによって現像剤の透磁率が変化して、トナー濃度が変化することを考慮して、トナー濃度センサ３６の出力が安定するまでの検出不安定期間の現像器３１内のトナー濃度を推定した推定トナー濃度値Ｖｓを、現像器３１内の搬送スクリュー３５の駆動を連続して停止している時間（現像器連続停止時間：ＴＭ）に基づいて適正化するための定数Ｋを、該現像器連続停止時間（ＴＭ）に対応させて設定するテーブルである。
【００４１】
ＲＴＣ４５は、発振回路や分周回路等を備えて、現在時刻等を計時し、ＣＰＵ４１がレーザプリンタ１の制御を行うのに使用し、特に、後述するトナー濃度制御において、上記現像器連続停止時間等を求めるのに使用する。
【００４２】
ＣＰＵ４１には、上記現像ユニット２３の現像器３１に設けられているトナー濃度センサ３６及び温湿度センサ３７の検出信号が入力され、ＣＰＵ４１は、トナー濃度センサ３６からの検出信号（検出値）に基づいて現像器３１へのトナー補給量を求めるとともに、トナー濃度センサ３６の検出不安定期間においては、温湿度センサ３７の検出信号を考慮して推定トナー濃度値Ｖｓを生成して該推定トナー濃度値Ｖｓに基づいてトナー補給量を求め、該トナー補給量に基づいて、トナー補給部３３の駆動を制御して、トナーボトル３４から現像器３１へのトナー補給を行うとともに、搬送スクリュー３５による現像剤の搬送・撹拌を制御する。
【００４３】
次に、本実施例の作用を説明する。本実施例のレーザプリンタ１は、画像形成に際して現像スクリュー３５の回転・駆動を開始した後の所定時間におけるトナー濃度センサ３６の検出不安定期間における現像器３１内のトナー濃度を適切に推定して、トナー供給を行い、現像器３１内のトナー濃度を所定のトナー濃度に制御するトナー濃度制御処理を行う。
【００４４】
すなわち、レーザプリンタ１は、画像形成を行う際、現像ユニット２３の基本動作を図６に示すように、まず、搬送スクリュー３５の回転駆動を開始して、現像器３１内の現像剤の撹拌を開始する（ステップＳ１０１）。レーザプリンタ１は、撹拌を開始すると、トナー濃度センサ３６によってトナー濃度の検出を行って、該トナー濃度に基づいて、トナー補給部３３の駆動を制御して、トナーボトル３４から現像器３１へのトナーの補給を制御し、現像器３１内のトナー濃度を所定のトナー濃度に制御する（ステップＳ１０２）。ＣＰＵ４１は、所定タイミングに画像形成を開始して、画像形成を行うとともに、トナー濃度センサ３６の検出するトナー濃度に基づいて、トナー補給部３３の駆動を制御して、トナーボトル３４から現像器３１へのトナーの補給を制御し、該画像形成で消費されたトナーを現像器３１に補給して、現像器３１内のトナー濃度を所定のトナー濃度に制御する。そして、ＣＰＵ４１は、このトナー濃度制御において、トナー濃度センサ３６の検出するトナー濃度値を一定時間間隔（例えば、３００ｍｓｅｃ）毎に、または、可変時間毎に取得して、該取得したトナー濃度値をＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管トナー濃度値Ｖｔｐとして保存し、該トナー濃度値をトナー濃度センサ３６が取得する毎に、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保存している保管トナー濃度値Ｖｔｐを新たなトナー濃度値で書き替える。このＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４には、１つの保管トナー濃度値Ｖｔｐのみを保存してもよいし、後述するように、時系列に複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐを順次書き替えて保存してもよい。
【００４５】
ＣＰＵ４１は、画像形成動作を完了すると、搬送スクリュー３５の回転・駆動を停止させるが、搬送スクリュー３５の回転・駆動を停止させるとともに、該搬送スクリュー３５の駆動停止前にトナー濃度センサ３６から最後に取得しトナー濃度値、または、該最後に取得したトナー濃度値を含む過去複数回分のトナー濃度値を、そのままＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管トナー濃度値Ｖｔｐとして保存した状態として、基本動作を終了する。
【００４６】
そして、ＣＰＵ４１は、現像ユニット２３の動作を開始すると、図７に示すようにトナー濃度制御処理を行う。すなわち、ＣＰＵ４１は、図６において、現像ユニット２３の動作を開始と、搬送スクリュー３５による現像剤の撹拌をも開始し、現像剤の撹拌を開始すると、現像器３１内のトナー濃度が変化し始めるため、図７に示すように、トナー濃度センサ３６によるトナー濃度の検出を開始して、トナー濃度制御を開始する（ステップＳ２０１）。ところが、現像剤の撹拌を開始してから所定の間は、現像器３１内の透磁率が安定しないため、トナー濃度センサ３６として透磁率センサを用いていると、該期間においてはトナー濃度センサ３６の出力が安定せず、正確なトナー濃度を検出することができない。そこで、ＣＰＵ４１は、このような検出不安定期間においても現像器３１内のトナー濃度を適切に制御するために、トナー濃度センサ３６の出力が安定しているかチェックする（ステップＳ２０２）。ＣＰＵ４１は、このトナー濃度センサ３６の安定性の判定を、所定の安定待ち時間の経過をチェックすることで行ったり、あるいは、トナー濃度センサ３６の出力が所定の安定閾値の範囲内に落ち着いたか等によって行う。例えば、安定待ち時間を用いて判定する場合には、ＲＯＭ４２またはＮＶＲＡＭ４４に安定待ち時間を予め格納しておき、ＣＰＵ４１が、搬送スクリュー３５の駆動を開始して現像剤の撹拌を開始した後、該安定待ち時間が経過したかをＲＴＣ４５の計時時間に基づいてチェックして、該安定待ち時間が経過すると、トナー濃度センサ３６が安定したと判定する。また、安定閾値を用いて判定する場合には、ＣＰＵ４１が、次式（１）に示すように、所定タイミング毎にトナー濃度センサ３６から取得した検出値と上記ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４の保管トナー濃度値Ｖｔｐまたは複数の過去検出値の平均値との差の絶対値を演算して、該絶対値が予め設定されている安定閾値よりも小さくなると、トナー濃度センサ３６が安定したと判定する。
【００４７】
｜Ｖｔｐ−Ｖｔｒ｜≦Ｌｔ、または、｜Ｖｔｐ−Ｖｔｒ｜＜Ｌｔ・・・（１）
ここで、Ｖｔｐは、保管トナー濃度値Ｖｔｐまたはその平均値、Ｖｔｒは、トナー濃度センサ３６の実際の検出値、Ｌｔは、安定閾値である。
【００４８】
そして、ステップＳ２０２で、トナー濃度センサ３６が安定していないときには、ＣＰＵ４１は、現像器３１の現在のトナー濃度値の推定値である推定トナー濃度値Ｖｓを生成する推定トナー濃度値生成処理を行う（ステップＳ２０３）。
【００４９】
ＣＰＵ４１は、この推定トナー濃度値生成処理においては、次式（２）に示すように、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管されている保管トナー濃度値Ｖｔｐをそのまま推定トナー濃度値Ｖｓとして生成する。
【００５０】
Ｖｓ＝Ｖｔｐ・・・（２）
また、ＣＰＵ４１は、この推定トナー濃度値生成処理において、所定の定数Ｋを設定し、次式（３）に示すように、保管トナー濃度値Ｖｔｐに対して該定数Ｋを加算、減算、乗算及び除算のうち１つの演算処理を施して、推定トナー濃度値Ｖｓを生成してもよい。
【００５１】
Ｖｓ＝Ｖｔｐ＋Ｋ
Ｖｓ＝Ｖｔｐ−Ｋ
Ｖｓ＝Ｖｔｐ×Ｋ
Ｖｓ＝Ｖｔｐ÷Ｋ・・・（３）
このようにすると、現像器３１の現在のトナー濃度値をより一層精度よく推定して、推定トナー濃度値Ｖｓを生成することができる。
【００５２】
さらに、ＣＰＵ４１は、推定トナー濃度値生成処理において、トナー濃度が温度Ｔや湿度Ｈの影響を受けて変化することを考慮して、この定数Ｋを、温湿度センサ３７の検出する現像器３１内の温度Ｔと湿度Ｈに基づいて、ＮＶＲＡＭ４４に格納されている図４に示した温湿度−定数対応テーブルＴｂ１を参照して設定してもよい。例えば、図４の温湿度−定数対応テーブルＴｂ１の場合、温度Ｔが０≦Ｔ＜１０の範囲で、湿度Ｈが、３０≦Ｈ≦７０の範囲では、定数Ｋとして、「０．０２」を設定する。
【００５３】
なお、上記説明では、温湿度センサ３７を現像器３１内に配設して現像器３１内の温度Ｔと湿度Ｈを検出しているが、温湿度センサ３７を現像器３１外に配設、例えば、現像器３１の外壁部分に配設して、該現像器３１外の温度Ｔと湿度Ｈに基づいて定数Ｋを設定するようにしてもよい。この場合にも、予め設定した温湿度−定数対応テーブルを参照して定数Ｋを決定してもよい。さらに、温湿度センサを現像器３１内と現像器３１外の双方に設けて、現像器３１内と現像器３１外の双方の温度Ｔと湿度Ｈに基づいて定数Ｋを設定してもよい。さらに、温湿度に基づく定数Ｋの設定では、温度Ｔのみ、または、湿度Ｈのみによって定数Ｋを設定してもよい。
【００５４】
また、ＣＰＵ４１は、推定トナー濃度値生成処理において、搬送スクリュー３５による現像器３１内の現像剤の直前の攪拌停止から現像剤の攪拌が今回開始されるまでの静置期間である現像器連続停止時間ＴＭの影響を受けて現像剤の透磁率が変化することによる実質的なトナー濃度の変化を考慮して、この定数Ｋを、現像器連続停止時間ＴＭに基づいて、ＮＶＲＡＭ４４に格納されている図５に示した現像器連続停止時間−定数対応テーブルＴｂ２を参照して設定してもよい。例えば、図５の現像器連続停止時間−定数対応テーブルＴｂ２の場合、現像器連続停止時間ＴＭが、２０≦ＴＭ＜３０の範囲であると、定数Ｋとして、「０．０４」を設定する。
【００５５】
さらに、ＣＰＵ４１は、推定トナー濃度値生成処理において、温湿度及び現像器連続停止時間ＴＭを組み合わせて適用して、定数Ｋを設定してもよい。
【００５６】
また、ＣＰＵ４１は、推定トナー濃度値生成処理において、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に現像剤攪拌停止前の複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐを時系列に保存しているときには、該複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐを用いて推定トナー濃度値Ｖｓを生成してもよい。この場合、ＣＰＵ４１は、複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐの時間変化の勾配に基づいて推定トナー濃度値Ｖｓを生成してもよく、例えば、最小自乗法を用いて複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐの変位の近似式を求め、該近似式を該複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐに適用することで、推定トナー濃度値Ｖｓを生成する。
【００５７】
そして、ＣＰＵ４１は、上述のようにして、推定トナー濃度値Ｖｓを生成すると、直前の搬送スクリュー３５の攪拌速度を検出し、直前の搬送スクリュー３５による現像剤攪拌停止前の攪拌速度と今回の攪拌開始時の攪拌速度が異なるかチェックする（ステップＳ２０４）。この搬送スクリュー３５の攪拌速度は、例えば、搬送スクリュー３５がステップモータによって回転駆動され、ＣＰＵ４１が該ステップモータの駆動信号を制御するときには、該駆動信号の単位時間当たりの駆動ステップ数によって検出し、あるいは、搬送スクリュー３５の回転軸の回転を検出する回転センサの検出結果から算出する等の方法で検出する。
【００５８】
ステップＳ２０４で、直前の攪拌停止前の攪拌速度と攪拌開始後の攪拌速度が異なるときには、上記生成した推定トナー濃度値Ｖｓの補正を行うか判断する（ステップＳ２０４）。すなわち、現像器３１内の現像剤の透磁率は、搬送スクリュー３５による現像剤の攪拌速度によって変化し、該透磁率の変化に伴ってトナー濃度が変化するため、ステップＳ２０４で、ＣＰＵ４１は、この攪拌速度の攪拌停止前の攪拌速度と今回の撹拌開始後の攪拌速度が異なるか判定する。さらに、補正処理が頻繁に発生することを防止して、処理効率を適切なものとするために、ＣＰＵ４１は、攪拌速度の変化がある程度大きい場合に、補正の必要があると判断する。
【００５９】
ＣＰＵ４１は、ステップＳ２０５で、推定トナー濃度値Ｖｓの補正が必要であると判断すると、推定トナー濃度値Ｖｓの補正を行い（ステップＳ２０６）、該補正後のトナー濃度値Ｖｓに基づいてトナーボトル３４から現像器３１へ供給するトナー補給量を算出する（ステップＳ２０７）。
【００６０】
ＣＰＵ４１は、上記推定トナー濃度値Ｖｓの補正は、次式（４）に示すように、所定の補正定数Ｋｈを設定して、該補正定数Ｋｈを推定トナー濃度値Ｖｓに対して、加算、減算、乗算及び除算のうち１つの演算処理を施すことで、補正推定トナー濃度値Ｖｓｈを算出する。  Ｖｓｈ＝Ｖｓ＋Ｋｈ
Ｖｓｈ＝Ｖｓ−Ｋｈ
Ｖｓｈ＝Ｖｓ×Ｋｈ
Ｖｓｈ＝Ｖｓ÷Ｋｈ・・・（４）
なお、上記説明では、保管トナー濃度値Ｖｔｐに基づいて推定トナー濃度値Ｖｓを生成した後に、攪拌速度に基づく補正を行って補正推定トナー濃度値Ｖｓｈを算出しているが、保管トナー濃度値Ｖｔｐを攪拌速度に基づいて補正した後、推定トナー濃度値Ｖｓを算出してもよい。また、補正推定トナー濃度値Ｖｓｈからトナー補給量を算出する算出方法は、既知の算出方法を適用することができる。
【００６１】
ＣＰＵ４１は、トナー補給量を算出すると、該算出したトナー補給量に基づいてトナー補給部３３の駆動を制御して、トナーボトル３４から現像器３１へ該トナー補給量だけトナーを補給し（ステップＳ２０９）、現像動作の停止かどうかチェックする（ステップＳ２１０）。
【００６２】
ステップＳ２１０で、画像形成動作が継続して現像動作の停止でないときには、ＣＰＵ４１は、ステップＳ２０２に戻って、所定時間間隔（例えば、３００ｍｓｅｃ毎）に、トナー濃度センサの出力が安定したかどうかの処理から上記同様の処理を繰り返し実行する（ステップＳ２０２〜Ｓ２０９）。なお、この繰り返し処理の間隔は、レーザプリンタ１の操作パネルの操作等によって、適宜変更可能としてもよい。
【００６３】
ステップＳ２０４で、撹拌停止前の撹拌速度と今回の撹拌速度が同じときには、ステップＳ２０３で推定した推定トナー濃度値Ｖｓを補正する必要がないと判断して、ステップＳ２０７に移行して、そのまま推定トナー濃度値Ｖｓを用いてトナー補給量の算出を行い（ステップＳ２０７）、該算出したトナー補給量に基づいてトナー補給を行って（ステップＳ２０９）、現像動作停止かどうかチェックする（ステップＳ２１０）。
【００６４】
また、ＣＰＵ４１は、ステップＳ２０４で、撹拌停止前の撹拌速度と今回の撹拌速度が異なっており、ステップＳ２０５で、推定トナー濃度値Ｖｓの補正が必要でないと判断すると、ステップＳ２０７に移行して、ステップＳ２０３で推定した推定トナー濃度値Ｖｓを、補正することなく、そのまま用いてトナー補給量の算出を行い（ステップＳ２０７）、該算出したトナー補給量に基づいてトナー補給を行って（ステップＳ２０９）、現像動作停止かどうかチェックする（ステップＳ２１０）。
【００６５】
そして、ステップＳ２０２で、トナー濃度センサ３６の出力が安定すると、ＣＰＵ４１は、推定トナー濃度値Ｖｓを用いたトナー濃度制御処理からトナー濃度センサ３６の検出する検出値を用いたトナー濃度制御処理に処理モードを切り替え、ステップＳ２０７に移行して、検出トナー濃度値に基づいてトナー補給量を算出し（ステップＳ２０７）、該算出したに基づいてトナー補給を行って（ステップＳ２０８）、現像動作停止かどうかチェックする（ステップＳ２０９）。
【００６６】
ステップＳ２０９で、現像動作の停止でないときには、ＣＰＵ４１は、ステップＳ２０２に戻って、トナー濃度センサ３６の出力安定チェックから上記同様に処理して、トナー濃度センサ３６の出力が安定している限り、トナー濃度センサ３６の出力する検出値に基づいてトナー補給量を算出して、トナー補給を行うトナー濃度制御処理を繰り返し行い（ステップＳ２０２〜Ｓ２０９）、ステップＳ２０９で、現像動作の停止であると、現像ユニット２３の動作を停止させて処理を終了する（ステップＳ２１０）。
【００６７】
このように、本実施例のレーザプリンタ１は、撹拌と撹拌停止を所定タイミングで行う搬送スクリュー３５によって現像剤の撹拌される現像器３１内のトナー濃度をトナー濃度センサ３６で検出し、該トナー濃度センサ３６の検出したトナー濃度値をＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管トナー濃度値Ｖｔｐとして記憶して、該撹拌開始から該トナー濃度センサ３６の検出するトナー濃度値が安定するまでの検出不安定期間において該推定トナー濃度値Ｖｔｐに基づいて現像器３１へのトナー補給量を算出している。
【００６８】
したがって、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度を高精度に制御することができ、画像品質を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施例のレーザプリンタ１は、ＣＰＵ４１が、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に保管されている保管トナー濃度値Ｖｔｐを推定トナー濃度値Ｖｓとして生成している。
【００７０】
したがって、簡単にかつ精度よく推定トナー濃度値Ｖｓを生成することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度を簡単かつ精度よく制御して、画像品質を安価に向上させることができる。
【００７１】
さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、ＣＰＵ４１が、所定の定数Ｋを設定し、保管トナー濃度値に対して、（３）式に示したように、定数Ｋを加算、減算、乗算及び除算のうち少なくとも１つの演算処理を施して、推定トナー濃度値Ｖｓを生成している。
【００７２】
したがって、検出不安定期間における現像器３１内のトナー濃度をより一層正確に推定することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度をより一層高精度に制御して、画像品質をより一層向上させることができる。
【００７３】
また、本実施例のレーザプリンタ１は、ＣＰＵ４１が、現像器３１内の温度Ｔ、湿度Ｈ及び搬送スクリュー３５の直前の攪拌停止から攪拌開始までの攪拌停止期間（現像器連続停止時間：ＴＭ）のうち少なくとも１つに基づいて定数Ｋを設定している。
【００７４】
したがって、検出不安定期間における現像器３１内のトナー濃度を、温湿度や撹拌停止期間による現像剤の透磁率変化を考慮して、より一層正確に推定することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度をより一層高精度に制御して、画像品質をより一層向上させることができる。
【００７５】
さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、これらの温湿度や撹拌停止期間を組み合わせて定数Ｋを設定している。
【００７６】
したがって、温湿度や撹拌停止期間単独に基づいて定数Ｋを設定するよりもより一層正確にトナー濃度を推定することができる。
【００７７】
また、本実施例のレーザプリンタ１は、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に現像剤攪拌停止前の複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐを時系列に保存し、ＣＰＵ４１が、複数の該保管トナー濃度値Ｖｔｐの変化勾配に基づいて定数Ｋを設定している。
【００７８】
したがって、トナー濃度値の変化状態に基づいて現像器３１内のトナー濃度をより一層正確に推定することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度をより一層高精度に制御して、画像品質をより一層向上させることができる。
【００７９】
さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、ＲＡＭ４３またはＮＶＲＡＭ４４に現像剤攪拌停止前の複数の保管トナー濃度値Ｖｔｐを時系列に保存し、ＣＰＵ４１が、複数の該保管トナー濃度値Ｖｔｐに基づいて推定トナー濃度値Ｖｓを生成している。
【００８０】
したがって、トナー濃度センサ３６の測定誤差を抑制して、現像器３１内のトナー濃度をより一層正確に推定することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度をより一層高精度に制御して、画像品質をより一層向上させることができる。
【００８１】
また、本実施例のレーザプリンタ１は、ＣＰＵ４１が、搬送スクリュー３５の攪拌停止前の攪拌速度と攪拌開始後の検出不安定期間の攪拌速度に基づいて推定トナー濃度値Ｖｓを補正する補正処理を行っている。
【００８２】
したがって、現像剤の撹拌速度による透磁率変動を考慮して現像器３１内のトナー濃度をより一層精度よく推定することができ、撹拌開始直後から現像器３１内のトナー濃度をより一層高精度に制御して、画像品質をより一層向上させることができる。
【００８３】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明した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いうまでもない。また、第１実施例及び第２実施例で説明したものに限定されず、これらと均等な手法も本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、現像器内のトナー濃度を透磁率センサ等のトナー濃度検出手段で検出して現像器へのトナーの補給制御を行うプリンタ装置、ファクシミリ装置、複写装置、複合装置等の画像形成装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例を適用したレーザプリンタの正面概略構成図。
【図２】現像ユニットの要部概略構成図。
【図３】図１のレーザプリンタのトナー濃度制御部のブロック構成図。
【図４】温湿度−定数対応テーブルの一例を示す図。
【図５】現像器連続停止時間−定数対応テーブルの一例を示す図。
【図６】現像ユニットの基本動作を示すフローチャート。
【図７】トナー濃度制御部によるトナー濃度制御処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８６】
１  レーザプリンタ
２  本体筐体
３  用紙搬送路
４  搬送ローラ
５  レジストローラ
６  ガイド板
７  定着部
８  搬送ローラ
９  切り替え爪
１０  フェイスダウン搬送路
１１  フェイスアップ排紙トレイ
１２  排紙ローラ
１３  フェイスダウン排紙トレイ
１４  給紙カセット
１５  給紙コロ
１６  書き込みユニット
２１  感光体
２２  帯電チャージャ
２３  現像ユニット
２４  転写チャージャ
２５  クリーニング部
２６  除電部
３１  現像器
３１ａ  補給口
３２  現像スリーブ
３３  トナー補給部
３４  トナーボトル
３５  搬送スクリュー
３６  トナー濃度センサ
３７  温湿度センサ
４０  トナー濃度制御部
４１  ＣＰＵ
４２  ＲＯＭ
４３  ＲＡＭ
４４  ＮＶＲＡＭ
４５  ＲＴＣ
Ｐ  用紙
Ｔｂ１  温湿度−定数対応テーブル
Ｔｂ２  現像器連続停止時間−定数対応テーブル
【図１】
2009169317.tif 000003
【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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