JP2006091299A - トナー濃度制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー濃度を測定するトナー濃度測定装置、およびトナー像を形成する画像形成装置に関し、短時間の測定で少数の測定点を得て代表値を精度よく算出する。
【解決手段】
濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても、現像剤の攪拌周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、
（Ａ÷Ｂの余り）＞Ｂ／２，（Ｂ−（Ａ÷Ｂの余り））×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係、あるいは、
（Ａ÷Ｂの余り）＜Ｂ／２，（Ａ÷Ｂの余り）×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係を満たすトナー濃度算出部を備えている。
【選択図】 図８

Description

本発明は、トナー濃度を測定するトナー濃度測定装置、およびトナー像を形成する画像形成装置に関する。

トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置が従来から知られている。このような画像形成装置では、現像剤の磁力を測定することによってトナー濃度検出を行うトナー濃度センサが備えられ、トナー濃度センサによる検出結果に基づいて現像剤にトナーを補給する方式が広く採用されている。また、このような画像形成装置には、現像剤の固化や停滞を防止して安定した画像形成を図るために、現像剤を攪拌して搬送する攪拌搬送手段も広く採用されており、トナー濃度センサは、その攪拌搬送手段によって攪拌されて搬送されている最中の現像剤についてトナー濃度を検出する。

このような撹拌搬送手段としては、現像剤の容器内に回転自在に装着された回転軸に螺旋状に配置された螺旋型撹拌羽根型のものや、互いに平行で、回転軸に対してそれぞれが傾斜した多数の羽根が回転軸に配置された平行羽根型のもの等があり、周期的に現像剤を攪拌するものが多い。

トナー濃度センサがトナー濃度を検出する対象が、このように周期的に攪拌される現像剤である場合には、その現像剤には攪拌搬送手段によって周期的な粗密状態ができ、密状態では現像剤が多くて磁力が強いので、トナー濃度の検出結果を表すセンサ出力は高く、粗状態では現像剤が少なくて磁力が弱いのでセンサ出力は低い。従って、トナー濃度センサのセンサ出力は、トナー濃度が一定であっても、撹拌搬送手段の回転に伴う周期的な出力波形となる。

このような周期的な出力波形からトナー濃度の安定した検出値を得るためには、例えば出力の平均値や最高出力値や最低出力値などといった代表値をトナー濃度の検出値として得ることが考えられる。また、そのような代表値の精度向上のための単純な手法としては、攪拌搬送手段の位相を検出する仕組みを導入して、常に同じ位相から検知を開始するという第１の手法や、トナー濃度センサからセンサ出力を読み取る間隔を縮小して読取り点数を増やすという第２の手法や、多周期に亘る出力波形から代表値を算出する第３の手法などが考えられる。

しかし、第１の手法は、装置構成の複雑化やコストアップを招き、第２の手法は、メモリ容量の拡大に伴う装置サイズの拡大やコストアップを招き、第３の手法は、１つの代表値を算出する為に長時間が必要になり、少数の画像を形成する場合には代表値を算出できず、トナー濃度の制御ができないといった問題を生じてしまう。

このため従来から、短時間の測定で少数の測定点を得て代表値を精度よく算出することができるトナー濃度測定装置が求められており、下記の特許文献１には、トナー濃度センサからの読取り間隔を攪拌搬送手段による攪拌周期の半分に一致させることで、読取り開始の位相にかかわらず安定した代表値を得る技術が提案されている。この技術では、あくまでも正弦波形の単純平均値を代表値として用いることが前提となっている。

しかし、撹拌搬送手段には、トナー濃度センサの付近におけるトナー固着の回避や、トナー濃度センサの付近に強制的に現像剤を送り込むことなどを目的とした板部材が回転軸に取り付けられている場合も多く、そのような板部材の回転は出力波形を正弦波から乱すこととなり、この場合には特許文献１の技術は適用できない。

また、攪拌される現像剤の量の変動に対する代表値の安定性が考慮された場合には、単純平均値よりも上位平均値などの方が好適であるということが提案されており（例えば特許文献２参照）、このような上位平均値などが代表値となる場合には特許文献１の技術は適用できない。
特開２００３−０５７９３８号公報 特開平０１−１８２７５０号公報

単純平均以外の代表値が用いられる場合や正弦波以外の出力波形が対象となる場合にも、上述したような、短時間の測定で少数の測定点を得て代表値を精度よく算出するトナー濃度測定装置が望まれているが、そのようなトナー濃度測定装置は従来は知られていない。

本発明は上記事情に鑑み、短時間の測定で少数の測定点を得て代表値を精度よく算出することができるトナー濃度測定装置、および精度よくトナー濃度を検出することによって安定した画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１のトナー濃度測定装置は、
トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が周期Ａで攪拌されているときのその現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、
（Ａ÷Ｂの余り）＞Ｂ／２，（Ｂ−（Ａ÷Ｂの余り））×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係、あるいは、
（Ａ÷Ｂの余り）＜Ｂ／２，（Ａ÷Ｂの余り）×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係を満たすトナー濃度算出部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第１のトナー濃度測定装置によれば、周期Ａ、時間間隔Ｂ、および測定の時間区間Ｃが上記の関係を満たしているので、後で詳述する第１の原理によって、短い時間区間Ｃで得られる少ないサンプリング点であっても、周期的な出力波形の最高点付近や最下点付近における計測結果が確実にサンプリングされることとなり、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値は、サンプリング開始の位相に関わらず安定した値となって、トナー濃度を精度よく測定することができる。

上記目的を達成する本発明の第２のトナー濃度測定装置は、
トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が周期Ａで攪拌されているときのその現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、少なくとも１つの整数ｍについてはｍ×Ｂ／（Ａ÷Ｂの余り）＝（Ｃ÷Ａの商）という関係を満たすトナー濃度算出部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２のトナー濃度測定装置によれば、周期Ａ、時間間隔Ｂ、および測定の時間区間Ｃが上記の関係を満たしているので、後で詳述する第２の原理によって、短い時間区間Ｃであっても少ないサンプリング点で周期的な出力波形の最高点付近や最下点付近が均一にサンプリングされることとなり、代表値は、サンプリング開始の位相に関わらず安定した値となって、トナー濃度を精度よく測定することができる。

ここで本発明の第１および第２のトナー濃度測定装置は、
「 現像剤の攪拌周期を入手する周期入手部を備え、
上記トナー濃度算出部は、周期入手部によって入手された攪拌周期が上記周期Ａから別の周期Ａ’に変化した場合に、計測結果をサンプリングする時間間隔を、上記時間間隔Ｂから、
Ｂ’＝Ａ’×Ａ／Ｂ
という関係を満たす時間間隔Ｂ’に変更するものである」
という形態が好ましい。

画像形成装置の生産性の変更などに伴って現像剤の攪拌周期が変更される場合があるが、上記の好ましい形態のトナー濃度測定装置によれば、そのように攪拌周期が変更される場合にも精度のよい測定が実現される。

上記目的を達成する本発明の第１の画像形成装置は、
トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が内部に収容された、その現像剤を周期Ａで攪拌し、その現像剤を用いてトナー画像を形成する画像形成部と、
画像形成部内で攪拌されている現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、
（Ａ÷Ｂの余り）＞Ｂ／２，（Ｂ−（Ａ÷Ｂの余り））×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係、あるいは、
（Ａ÷Ｂの余り）＜Ｂ／２，（Ａ÷Ｂの余り）×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
という関係を満たすトナー濃度算出部と、
トナー濃度算出部によって得られるトナー濃度の代表値に基づいて画像形成部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第１の画像形成装置によれば、本発明の第１のトナー濃度測定装置における原理と同様の原理によって精度よくトナー濃度が測定され、その測定されたトナー濃度に基づいて安定した画像形成が実現される。

上記目的を達成する本発明の第２の画像形成装置は、
トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が内部に収容された、その現像剤を周期Ａで攪拌し、その現像剤を用いてトナー画像を形成する画像形成部と、
画像形成部内で攪拌されている現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、少なくとも１つの整数ｍについてはｍ×Ｂ／（Ａ÷Ｂの余り）＝（Ｃ÷Ａの商）という関係を満たすトナー濃度算出部と、
トナー濃度算出部によって得られるトナー濃度の代表値に基づいて画像形成部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明の第２の画像形成装置によれば、本発明の第２のトナー濃度測定装置における原理と同様の原理によって精度よくトナー濃度が測定され、その測定されたトナー濃度に基づいて安定した画像形成が実現される。

ここで本発明の第1および第２の画像形成装置は、
「 現像剤の攪拌周期を入手する周期入手部を備え、
上記トナー濃度算出部は、周期入手部によって入手された攪拌周期が上記周期Ａから別の周期Ａ’に変化した場合に、計測結果をサンプリングする時間間隔を、上記時間間隔Ｂから、
Ｂ’＝Ａ’×Ａ／Ｂ
という関係を満たす時間間隔Ｂ’に変更するものである」
という形態が好ましい。

画像形成装置では、生産性の変更などに伴って現像剤の攪拌周期が変更される場合が考えられるが、上記の好ましい形態の画像形成装置によれば、そのように攪拌周期が変更される場合にもトナー濃度の精度よい測定が実現され、安定した画像形成が実現される。

以上説明したように、本発明によれば、短時間の測定で少数の測定点を得て代表値を精度よく算出することができるトナー濃度測定装置、および精度よくトナー濃度を検出することによって安定した画像形成を行うことができる画像形成装置が実現される。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。

本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルトを用いるタンデム構成のフルカラーの画像形成装置である。本実施形態の画像形成装置は、入力された画像信号に基づいて変調された露光光を照射する露光部３と、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、およびブラック（Ｋ）色それぞれのトナー像が形成される４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、これら４つのユニットに接触するとともに循環移動し、トナー像が１次転写される中間転写ベルト２０とを備えている。なお、この図１に示す符号の末尾に付されたＹ，Ｍ，Ｃ，およびＫの記号は、ＣＭＹＫ各色に対応する要素であることを示している。

本実施形態の画像形成装置では、４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋそれぞれに形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２０に１次転写する１次転写ロール５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋと、中間転写ベルト２０上に１次転写されたトナー像を、図示しない搬送ロールにより搬送されてきた用紙Ｐに２次転写する２次転写ロール１５と、用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱および加圧することにより用紙Ｐ上に定着させる図示しない定着器とが設けられている。中間転写ベルト２０は、ベルトを駆動する駆動ロール２１と、従動ロール２２と、ベルトに張力を加えるテンションロール２３とに張架されて図中の矢印Ａの方向に循環移動し、Ｙ色トナー像が形成されるユニット１０Ｙの上流側には、図に表れないベルトクリーニング装置が設けられている。

４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋには、それぞれ、トナー像が形成される感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを帯電する帯電器２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋと、帯電された感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに露光部３の露光光が照射されて形成される各静電潜像にＹＭＣＫ各色のトナーを付与して各色のトナー像を形成する現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとが備えられている。

各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が収容されており、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、現像剤を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面に供給する現像ロール４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋと、回転する螺旋状の羽根で現像剤を攪拌して搬送するオーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋと、現像剤のトナー濃度を測定するトナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋが備えられている。

さらに画像形成装置には、装置内の温度および湿度を測定する温湿度センサ２７が設けられている。本実施形態の画像形成装置では、これらトナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋおよび温湿度センサ２７の検知結果は、ＴＣ制御部３５によってサンプリングされ、ＴＣ制御部３５は、トナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋの検知結果から、後述する算出方式でトナー濃度を算出し、算出したトナー濃度をメモリ３７に格納する。このＴＣ制御部３５は、そのトナー濃度と温湿度センサ２７の検知結果とに基づいてディスペンスモータ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋを回転させ、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとパイプを経由してそれぞれ接続されているトナーボックス７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋから現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋに向けてそれぞれトナーが供給される。トナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋは、本発明にいう濃度センサの一例に相当し、ＴＣ制御部３５は、本発明にいうトナー濃度算出部の一例および制御部の一例を兼ねたものである。また、トナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８ＫとＴＣ制御部３５は、本発明のトナー濃度測定装置の一実施形態を構成している。

このＴＣ制御部３５は、本発明にいう周期入手部の一例に相当する回転数指示部３６から、単位時間当たりの、画像の生産性等に応じた回転数を指示され、その指示された回転数が得られるようにオーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転速度を制御する。また、オーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転速度の変更に応じて検知結果のサンプリング間隔も変更する。この図に示す画像形成装置のうち、トナー濃度センサ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８ＫとＴＣ制御部３５と回転数指示部３６とメモリ３７とを除いた部分によって本発明にいう画像形成部の一例が構成されている。

パーソナルコンピュータなどの外部機器５０から出力された画像データや、画像読取部（ＩＩＴ）３０によって読み取られ画像処理部３１で画像処理されて出力された画像データは、コントローラ３２によってＹＭＣＫ色に分解され、各色の濃度をパルス信号のパルス幅に変換するパルス幅変調が施される。この画像データが露光部３に送られると、４つのユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋそれぞれに備えられた感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに露光光が照射される。露光光が照射された各感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋには、静電潜像が形成され、静電潜像は現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋそれぞれが有する現像ロール４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋによって供給される現像剤によって感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上でそれぞれ現像されて各色のトナー像が形成される。各色トナー像は、１次転写ロール５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋによって、中間転写ベルト２０に重ね合わされて転写される。中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像は、２次転写ロール１５によって、図示しない搬送ロールにより搬送された用紙Ｐに転写され、さらに図示しない定着器により加熱および加圧されて用紙Ｐ上に定着される。

このような手順で最終的に用紙Ｐ上に形成されるトナー像の画質は、ＴＣ制御部３５で算出されるトナー濃度の精度に依存しており、ＴＣ制御部３５で精度よくトナー濃度が算出されることによって良好な画質のトナー像が形成される。

ここで現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの内部構造について説明するが、以下の説明では、ＣＭＹＫ各色を特に区別せずに共通の事項について説明するので、末尾にＹ，Ｍ，Ｃ，およびＫの記号が付いた符号がこの図１で付されている要素であっても、以下では、その末尾のＹ，Ｍ，Ｃ，およびＫの記号を省略して説明する。

図２は、現像器の内部構造を表す図である。

現像器４の内部には現像剤６０が収容されており、この現像剤６０を攪拌して搬送するオーガ４２が内蔵されている。このオーガ４２には螺旋状の羽根４２ａと、回転軸に沿った板部材４２ｂとが設けられており、オーガ４２が回転することによって、現像剤６０は、羽根４２ａによって周期的に攪拌されながら図の右方へと搬送されてゆく。そして、後端部材４３に達した現像剤６０は図の奥側へと向かい、この図にはあらわれないもう一本のオーガによって今度は図の左方へと搬送され、再び図の手前側に戻ってくる。また、後端部材４３を乗り越えてあふれた現像剤６０は、廃現像剤回収ボックス４４へと送られる。

トナー濃度センサ８は、現像器４の側面のうち、オーガ４２の板部材４２ｂに対向する位置に設けられていて、この板部材４２ｂは、トナー濃度センサ８の近辺でのトナー固着を防止するとともに、トナー濃度センサ８の近辺に絶えず現像剤６０を送り込む役目を担っている。

螺旋状の羽根４２ａで現像剤６０が攪拌されて搬送されることにより、このトナー濃度センサ８の出力は、以下説明するように周期的な出力波形となる。

図３は、トナー濃度センサの出力が周期的な出力波形となることを説明する図である。

なお、この図では、螺旋状の羽根４２ａによる攪拌搬送の効果を説明するために、上述した板部材は省かれている。

上述したように現像器４内の現像剤６０は螺旋状の羽根４２ａによって攪拌されながら図の右側へと搬送される。この結果、トナー濃度センサ８の近辺に存在する現像剤の量が変化する。羽根４２ａの前方には、羽根４２ａに押されて羽根４２ａに乗り上げた多量の現像剤６０が存在し、一方、羽根４２ａの後方は、羽根４２ａによって現像剤６０が押しのけられて少量の現像剤６０だけが存在している。

この図３のパート（Ａ）には、トナー濃度センサ８の近辺に存在する現像剤の量が最小量である状態が示されており、トナー濃度センサ８の近辺を羽根４２ａが通過した直後にこの状態となる。上述したように、トナー濃度センサ８は現像剤６０の磁力を測定するものであり、このパート（Ａ）に示すように現像剤６０が最少量であると現像剤６０磁力が最小となり、トナー濃度センサ８の出力も最小である。

また、図３のパート（Ｂ）には、トナー濃度センサ８の近辺に存在する現像剤の量が最大量である状態が示されており、トナー濃度センサ８の近辺を羽根４２ａが通過する直前にこの状態となる。このパート（Ｂ）に示すように現像剤６０が最多量であると現像剤６０磁力が最大となり、トナー濃度センサ８の出力も最大である。

このような、現像剤６０が最多量である状態と最少量である状態は、螺旋状の羽根４２ａの回転に伴って交互に繰り返し発生し、トナー濃度センサ８の出力は周期的な波形となる。

図４は、トナー濃度センサの周期的な出力波形の一例である。

この図の横軸は時間を表し、縦軸はトナー濃度センサの出力を表している。また、グラフの細い実線７１は、図２および図３に示すオーガ４２の羽根４２ａの回転に起因する周期波形であり、正弦波に近い波形となっている。

一方、図２に示すオーガ４２の板部材４２ｂが回転することも、トナー濃度センサ８の近辺における現像剤６０の周期的な量変化を生じ、トナー濃度センサ８の周期的な出力変化を生じることとなる。グラフの波線７２は、このような板部材４２ｂの回転に起因する周期波形を表しており、細いピークが周期的に生じる波形となっている。

トナー濃度センサ８における実際の出力波形は、グラフの太い実線７３が示すように、これらの波形が重畳された波形となり、正弦波からかなり崩れた波形となっている。

このような出力波形から算出される代表値としては、例えば、最高値、最低値、単純平均値、上位平均値、下位平均値などが考えられるが、各代表値は、現像剤の嵩の変動や環境変化などといった外乱の影響が異なる。

図５は、出力波形の最高値および最低値が外乱から受ける影響を表すグラフである。

この図５のグラフは、現像剤におけるトナー濃度が一定の時に、上述した各種の代表値のうち最高点と最低点のそれぞれが外乱から受ける影響を示すものであり、図の横軸は、外乱の一種である現像剤量を表し、図の縦軸は、最高値および最低値を表している。

最高値のグラフ８１は、やや右上がりに傾いた直線状のグラフとなっており、最高値が現像剤量の変化から受ける影響が小さいことがわかる。一方、最低値のグラフ８２は、大きく右上がりに傾くとともに上に凸の曲線となっており、最低値が現像剤量の変化から受ける影響が大きいことがわかる。つまり、最高値は、現像剤が所定量以下に減少したり、環境により現像剤の流動性が悪化したりといった外乱が生じた場合であっても、ほぼトナー濃度のみを反映した値となるので、外乱を排して正確なトナー濃度を得たい場合には最高値を代表値として用いるのが望ましい。これに対し、最低値は、トナー濃度と外乱の双方を反映した値となるので、トナー濃度の正確な計測には適さないが、画像形成装置の制御に用いるための代表値としては、そのように外乱も反映していることがかえって制御に有用である場合もある。

このような最高値や最低値は、出力波形中の１点のみのデータとなるので、当然ながらノイズなどの影響を受けやすい。そのため、出力波形をサンプリングして上位や下位の何点かを平均して得る上位平均値や下位平均値が有用と考えられる。本実施形態では、トナー濃度の正確な測定を目的として上位平均値が採用されている。

ここで、上位平均値や下位平均値を代表値として採用する場合におけるサンプリング周期や出力波形の周期などの対応関係について詳しく考察した結果、同じ測定時間や同じサンプリング点数での測定における測定結果の安定性に大きく影響することが判明した。

本実施形態では、上位平均値を算出するためのサンプリング周期や出力波形の周期などにおける対応関係が、以下説明するような適切な対応関係となっており、短時間かつ少数点のサンプリングで安定した測定結果が得られる。以下、この適切な対応関係について説明する当たり、まず、周期などに統一的な記号を付与する。

図６は、以下の説明で用いられる記号の定義を説明する図である。

この図の横軸は時間を表し、縦軸はトナー濃度センサの出力を表しており、この図には、センサの出力波形として単純な正弦波形が示されている。なお、以下では図示の便宜上、センサの出力波形として正弦波を用いるが、以下で説明する内容は、図４に示すような、正弦波から崩れた波形でも成り立つ。

図６のグラフに示す出力波形の周期は、図２および図３に示すオーガ４２の回転周期に一致しており、以下では「周期Ａ」と称する。

出力波形上の三角形はサンプリング点を表しており、このサンプリングの時間間隔を以下では「サンプリング間隔Ｂ」と称する。

グラフの横軸方向の全長は、ここでは、最初のサンプリング点から最後のサンプリング点までに要する時間を表しており、以下では「測定時間Ｃ」と称する。

上位平均値や下位平均値の算出では、三角形が示すサンプリング点のうち、上位や下位に偏った一部のサンプリング点のみが用いられ、この算出に用いられるサンプリング点の数を以下では「使用点数Ｄ」と称する。

「周期数Ｅ」は、上述した「測定時間Ｃ」中に含まれている、上述した「周期Ａ」の個数（１周期未満は切り捨て）を表しており、周期数Ｅ＝測定時間Ｃ÷周期Ａの商という計算式で求められる。

上述した「測定時間Ｃ」に亘り「サンプリング間隔Ｂ」でサンプリングを繰り返すことにより、「サンプリング点数Ｆ」のサンプリング点が得られる。このとき、
測定時間Ｃ＝（サンプリング点数Ｆ−１）×サンプリング間隔Ｂ
という関係が成り立つ。

「サンプリング点数Ｆ」のサンプリング点のうち、上述した「使用点数Ｄ」のサンプリング点が用いられて代表値が算出され、その算出された代表値の値を以下では「代表値Ｇ」と称する。

ここで、本実施形態に対する比較例について説明する。

図７は、比較例を表す図である。

この図でも、横軸は時間を表し、縦軸はトナー濃度センサの出力を表している。

この比較例では、サンプリング間隔Ｂ＝周期Ａ÷４というサンプリング間隔Ｂで、サンプリング点数Ｆ＝９のサンプリングが行われているので、測定時間Ｃ＝周期Ａ×２であり、周期数Ｅ＝２である。また、この比較例では、使用点数Ｄ＝周期数Ｅ＝２であり、サンプリング点のうち上位の２点が用いられて上位平均値が求められる。

実際のサンプリングにおけるサンプリング開始時には、図２および図３に示すオーガ４２の位置（位相）がどこであるかが不明である。このため、上位平均値は、サンプリング開始の位相に依存して変動することとなる。

この図７には、丸の記号で表されたサンプリング点と、バツの記号で表されたサンプリング点が示されており、丸の記号で表されたサンプリング点の第１パターンからは、上位平均値の最高値が得られ、バツの記号で表されたサンプリング点の第２パターンからは、上位平均値の最低値が得られる。そして、この最高値と最低値との幅ΔＶが、トナー濃度の測定における測定誤差となり、この幅が小さいほど安定した測定となる。

この図７に示す比較例では、上述したようにサンプリング間隔Ｂ＝周期Ａ÷４となっているため、サンプリング点のうちの上位２点のサンプリング点（図に丸が付されているサンプリング点）は常に同一の位相となり、１周期目の最高点が、あるサンプリング点に一致した場合には、２周期目の最高点もサンプリング点に一致し、１周期目の最高点が、サンプリング間隔Ｂの中間にある場合には、２周期目の最高点も２周期目の最高点も来る。このため最高値と最低値との幅ΔＶが大きい。

このような比較例に対し、本実施形態では、サンプリング間隔Ｂと周期Ａが、いずれの整数ｎについても、サンプリング間隔Ｂ≠周期Ａ÷ｎという関係を満たしている。

図８は、本実施形態におけるサンプリングの方式を示す図である。

この図でも、横軸は時間を表し、縦軸はトナー濃度センサの出力を表している。

ここに示すサンプリングの方式では、比較例における周期Ａと同じ周期Ａの波形のサンプリングに、比較例におけるサンプリング間隔Ｂよりもやや長めのサンプリング間隔Ｂ’が用いられ、いずれの整数ｎについてもサンプリング間隔Ｂ’≠周期Ａ÷ｎとなっている。また、サンプリング点数Ｆ’＝８のサンプリングが行われ、測定時間Ｃ’＞周期Ａ×２、周期数Ｅ＝２である。本実施形態におけるサンプリング点数Ｆ’は、比較例におけるサンプリング点数Ｆよりも少なく、図に示すように本実施形態における測定時間Ｃ’は、比較例における測定時間Ｃ（＝周期Ａ×２）よりもやや長い。また、使用点数Ｄ＝周期数Ｅ＝２であり、サンプリング点のうち上位の２点が用いられて上位平均値が求められる。

この図８でも、丸の記号で表されたサンプリング点と、バツの記号で表されたサンプリング点が示されており、丸の記号で表されたサンプリング点の第１パターンからは、上位平均値の最高値が得られ、バツの記号で表されたサンプリング点の第２パターンからは、上位平均値の最低値が得られる。

本実施形態ではサンプリング間隔Ｂ’と周期Ａとがいわば非シンクロの関係にあるので、８個のサンプリング点のうち上位２点のサンプリング点（図に丸が付されているサンプリング点）は、波形上の互いに異なる位相に存在している。このため、本実施形態の第１パターンで得られる上位平均値の最高値は、比較例における第１パターンで得られる上位平均値の最高値よりも低く、本実施形態の第２パターンで得られる上位平均値の最低値は、比較例における第２パターンで得られる上位平均値の最低値よりも高い。このため、本実施形態における上位平均値の最高値と最低値との幅ΔＶ’は、比較例における幅ΔＶよりも小さい。

このように、サンプリング間隔Ｂと周期Ａとがいわば非シンクロの関係にあることで、代表値Ｇのバラツキが抑えられ、精度良い測定とその測定に基づいた精度良い制御が可能となる。また、一般論としてはサンプリング間隔Ｂが小さい方が精度の向上を図ることができるが、本実施形態の場合には、比較例のサンプリング間隔Ｂよりも長いサンプリング間隔Ｂ’で、比較例より精度の高い測定が実現されている。

なお、この図８には、周期数Ｅ＝２である例が示されているが、本実施形態では、測定精度の更なる向上などのために、更に大きい周期数Ｅが用いられる場合もあるが、その場合にも、周期数Ｅに等しい使用点数Ｄが用いられることが望ましく、これによって、各周期から１点ずつ最高のサンプリング点が選ばれて平均されることとなる。

ところで、サンプリング間隔Ｂと周期Ａとが単に非シンクロの関係にあるというだけでは精度向上の効果が不十分となる場合があり、本実施形態では、サンプリング間隔Ｂと周期Ａとは、以下説明するような追加的な対応関係も満たしている。

図９は、追加的な対応関係を満たさない場合の説明図であり、図１０は、追加的な対応関係を満たす場合の説明図である。

これらの図には、出力波形のピーク付近が拡大されて示されており、三角形の記号はサンプリング点を示している。但し、この図では、出力波形の各周期のピークにおけるサンプリング点の位置が１つに重ね合わされて示されており、１周期目でピークがサンプリング間隔の中間に来た場合にその後の周期でサンプリング点の位置がどの様に変化するかが示されている。また、ここに示されている例では周期数Ｅ＝３であるものとする。

サンプリング間隔Ｂと周期Ａとが非シンクロであっても、ほぼシンクロに近い場合には、図９に示すように、１周期目でピークがサンプリング間隔の中間にあると、その後の周期でも、ピークに対するサンプリング点の位置は余り移動せず、これらのサンプリング点が上位平均値の算出に用いられるので、ライン９１で表される代表値Ｇは低い値となる。このことは、逆に、１周期目でピークがサンプリング点に一致した場合には、その後の周期でもサンプリング点がピーク付近に来ることを意味している。従って、図９に示すような場合には、代表値Ｇの最高値および最低値が、上述した比較例における最高値および最低値とほぼ同様の値となってしまい、図８で説明したような非シンクロによる効果が少ないことが分かる。

そこで、本実施形態では、周期Ａ÷サンプリング間隔Ｂの余りＨに着目し、
余りＨ＞サンプリング間隔Ｂ÷２，（サンプリング間隔Ｂ−余りＨ）×周期数Ｅ＞サンプリング間隔Ｂ÷２という追加的な対応関係、あるいは、
余りＨ＜サンプリング間隔Ｂ÷２，余りＨ×周期数Ｅ＞サンプリング間隔Ｂ÷２という追加的な対応関係を満たすこととしている。

図９および図１０に示す場合には、いずれも余りＨ＞サンプリング間隔Ｂ÷２となっている。また、図９に示す場合には余りＨ≒サンプリング間隔Ｂとなっており、サンプリング間隔Ｂ−余りＨ≒０であるので上記の追加的な対応関係を満たしていない。これに対して図１０に示す場合には余りＨがサンプリング間隔Ｂの７割程度となっていて、「サンプリング間隔Ｂ−余りＨ」が十分に大きく、上記の追加的な対応関係を満たしている。このように上記の追加的な対応関係を満たしていると、図１０に示すように、１周期目でピークがサンプリング間隔の中間にあっても、２周期目、３周期目でサンプリング点の位相が「サンプリング間隔Ｂ−余りＨ」ずつ大きく移動し、周期数Ｅを経るまでに確実にピークを超えることとなる。この結果、ライン９２で表される代表値Ｇは高い値となる。このことは、逆に、１周期目でピークがサンプリング点に一致した場合であっても、その後の周期ではサンプリング点がピークから大きく離れ、周期数Ｅを経るまでに確実にピークがサンプリング間隔の中間に至ることを意味している。このように、上記の追加的な対応関係を満たす場合には、図８で説明したような非シンクロによる効果が有効に発揮されることが分かる。

なお、余りＨ＜サンプリング間隔Ｂ÷２である場合には、余りＨ＞サンプリング間隔Ｂ÷２の場合と較べてサンプリング点の移動方向が逆で余りＨずつ移動すると考えると、上記の説明が同様に当てはまることがわかる。

このように、本実施形態では、上述したような対応関係が満たされているため、短時間で少ないサンプリング点を得て安定した代表値を算出することができる。そして、そのような安定した代表値によって精度良くトナー濃度が得られ、そのような精度の良いトナー濃度に基づいた制御によって安定した画像形成が行われる。

以下では、上述した対応関係とは異なる、別の望ましい対応関係が用いられる別の実施形態について説明する。この別の実施形態は、サンプリングの方式におけるサンプリング間隔Ｂや周期Ａの対応関係が上述した対応関係と相違する点を除いて、上述した実施形態とほぼ同様の実施形態である。以下では、上述した実施形態とは異なる点のみに着目して別の実施形態の説明を行い、上述した実施形態と共通する構成などを表した図１や図２などは、この別の実施形態の説明にそのまま流用する。

図１１は、別の実施形態におけるサンプリングの方式を示す図である。

この図でも、横軸は時間を表し、縦軸はトナー濃度センサの出力を表している。

この別の実施例でも、サンプリング間隔Ｂと周期Ａが、いずれの整数ｎについても、サンプリング間隔Ｂ≠周期Ａ÷ｎという関係を満たしており、更に、この別の実施例では、少なくとも１つの整数ｍについては、ｍ×サンプリング間隔Ｂ／余りＨ＝周期数Ｅという対応関係を満たしている。このような対応関係を満たした例が図１１に示されている。

この図１１に示された例では、所定の時間単位ｔに対し、周期Ａ＝１０ｔ、サンプリング間隔Ｂ＝３ｔ、測定時間Ｃ＝３３ｔ、使用点数Ｄ＝周期数Ｅ＝３、サンプリング点数Ｆ＝１２となっている。従って周期Ａ÷サンプリング間隔Ｂの余りＨ＝１ｔであり、整数ｍが「１」のときに、上述したｍ×サンプリング間隔Ｂ／余りＨ＝周期数Ｅという対応関係を満たすこととなる。

また、この図１１には、三角の記号で表されたサンプリング点と、四角の記号で表されたサンプリング点が示されており、三角の記号で表されたサンプリング点の第１パターンからは、上位平均値の最高値が得られ、四角の記号で表されたサンプリング点の第２パターンからは、上位平均値の最低値が得られる。

１２個のサンプリング点のうち上位３点のサンプリング点（図に丸が付されているサンプリング点）は、時間間隔１ｔに相当する位相差を互いに有しており、測定時間Ｃを経る間に、出力波形の頂点付近が、サンプリング間隔Ｂを３等分する時間間隔で１回ずつサンプリングされ、そのサンプリングされた各サンプリング点から代表値Ｇが算出されることとなる。このように算出される代表値Ｇは、サンプリング間隔Ｂ＝１ｔ、サンプリング点数Ｆ＝３６、使用点数Ｄ＝９という、多数のサンプリング点から代表値Ｇを得るときと全く同じ値となり、代表値Ｇの最高値と最低値との幅ΔＶ”も、そのような多数のサンプリング点における代表値Ｇの幅と全く同じ幅となる。つまり、この別の実施形態における上述した対応関係が満たされると、少ないサンプリング点で、サンプリング点がＮ倍増された測定と同等な測定が実現され、そのようにサンプリング点が増えることによる代表値のバラツキ低下と同様なバラツキ低下も実現されることとなる。また、サンプリング間隔Ｂを３等分する時間間隔に相当する各サンプリング点が得られているので、代表値Ｇとして、上位平均値ではなくて、例えばサンプリング点の最高値や最低値が用いられる場合には、本当に捉えたい波形のピーク値に近い値を求めることができるという利点もある。

このような別の実施形態によれば、上述したように、サンプリング点がＮ倍増された測定と同等な測定が実現されて高精度な測定が実現される。また、そのような高精度の測定に基づいた制御によって画像形成装置が制御されることによって安定した画像形成が実現される。

ところで、図１に示す画像形成装置では、ＴＣ制御部３５によってオーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転速度が制御されており、回転数指示部３６から、単位時間当たりの、画像の生産性等に応じた回転数を指示され、その指示された回転数が得られるような回転速度となっている。従って、オーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転数を考慮せずに一定のサンプリング間隔Ｂのままでサンプリングを行い続けると、オーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転数が変更されたときに、上述したような対応関係が崩れてしまう。そこで、オーガ４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋの回転数が変更されて周期Ａが周期Ａ’となった場合には、ＴＣ制御部３５は、サンプリング間隔Ｂを、
サンプリング間隔Ｂ’＝周期Ａ’×周期Ａ÷サンプリング間隔Ｂ
という関係を満たす新たなサンプリング間隔Ｂ’に変更して上記の対応関係を維持している。

なお、上記説明では、代表値Ｇの算出の例として、上位平均値を算出する為に上位値すべてを用いる算出方法が示されているが、本発明における代表値の算出は、例えば、ノイズの影響を取り除く為に上位８点のうち最上位２点は除いた平均値を代表値Ｇとするような、本当の最上位を用いない算出方法であっても良い。

また、上記説明では、代表値Ｇの例として上位平均値が示されているが、本発明にいう代表値は、上位平均値に限られず、下位平均値であってもよく、上側平均値、下側平均値などというように波形の一部を取り出して算出する代表値であってもよい。

また、上記説明では、説明の便宜上、出力波形の例として正弦波を示したが、本発明は、図４に示すような非正弦波にも適用可能である。

また、上記説明では、得られた代表値Ｇは、ディスペンスモータの制御に用いられているが、本発明にいう制御部は、画像形成装置におけるディスペンスモータ以外の要素を代表値に基づいて制御するものであっても良い。

また、本発明は、トナー濃度センサの出力の変極点などの特徴点の位相を判断して、現像器内のオーガの位置を検出するシステムにも応用可能である。このようなシステムの例としては、オーガに設けた板部材がトナー濃度センサの前に多量の現像剤を送り込んだ位置でオーガが停止されることによるトナー固着を防ぐ為に、オーガの位置を精度よく検出し、トナー固着が生じやすい位置では停止しないようにオーガの停止タイミングを制御するシステムなどが考えられる。

また、上記説明では、本発明の画像形成装置の一実施形態として、中間転写ベルト２０を用いるタンデム構成の画像形成装置を例示したが、本発明の画像形成装置は、タンデム構成のものには限定されず、複数サイクル構成のシステムであってもよい。また、本発明の画像形成装置は、中間転写ベルト２０を用いるものにも限定されず、中間転写体を用いるものであってもよい。さらに、本発明の画像形成装置は、中間転写方式のものにも限定されず、用紙搬送ベルトに担持された記録媒体、あるいはロールで搬送される記録媒体に直接転写する直接方式のものであってもよい。

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。 現像器の内部構造を表す図である。 トナー濃度センサの出力が周期的な出力波形となることを説明する図である。 トナー濃度センサの周期的な出力波形の一例である。 出力波形の最高値および最低値が外乱から受ける影響を表すグラフである。 本明細書の説明で用いられる記号の定義を説明する図である。 比較例を表す図である。 本実施形態におけるサンプリングの方式を示す図である。 追加的な対応関係を満たさない場合の説明図である。 追加的な対応関係を満たす場合の説明図である。 別の実施形態におけるサンプリングの方式を示す図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電器
３ 露光部
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像器
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ １次転写ロール
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ トナーボックス
８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋ トナー濃度センサ
９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ ディスペンスモータ
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ ユニット
１５ ２次転写ロール
２０ 中間転写ベルト
２１ 駆動ロール
２２ 従動ロール
２３ テンションロール
３０ 画像読取部
３１ 画像処理部
３２ コントローラ
３５ ＴＣ制御部
４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ 現像ロール
４２Ｙ、４２Ｍ、４２Ｃ、４２Ｋ 現像ロール
４２ａ 羽根
４２ｂ 板部材
４３ 後端部材
４４ 廃現像剤回収ボックス
５０ 外部機器
６０ 現像剤

Claims (6)

1. トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が周期Ａで攪拌されているときのその現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
   前記濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、
   （Ａ÷Ｂの余り）＞Ｂ／２，（Ｂ−（Ａ÷Ｂの余り））×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
   という関係、あるいは、
   （Ａ÷Ｂの余り）＜Ｂ／２，（Ａ÷Ｂの余り）×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
   という関係を満たすトナー濃度算出部とを備えたことを特徴とするトナー濃度測定装置。
2. トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が周期Ａで攪拌されているときのその現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
   前記濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、少なくとも１つの整数ｍについてはｍ×Ｂ／（Ａ÷Ｂの余り）＝（Ｃ÷Ａの商）という関係を満たすトナー濃度算出部とを備えたことを特徴とするトナー濃度測定装置。
3. 現像剤の攪拌周期を入手する周期入手部を備え、
   前記トナー濃度算出部は、前記周期入手部によって入手された攪拌周期が前記周期Ａから別の周期Ａ’に変化した場合に、前記計測結果をサンプリングする時間間隔を、前記時間間隔Ｂから、
   Ｂ’＝Ａ’×Ａ／Ｂ
   という関係を満たす時間間隔Ｂ’に変更するものであることを特徴とする請求項１、２記載のトナー濃度測定装置。
4. トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が内部に収容された、その現像剤を周期Ａで攪拌し、その現像剤を用いてトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部内で攪拌されている現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
   前記濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、
   （Ａ÷Ｂの余り）＞Ｂ／２，（Ｂ−（Ａ÷Ｂの余り））×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
   という関係、あるいは、
   （Ａ÷Ｂの余り）＜Ｂ／２，（Ａ÷Ｂの余り）×（Ｃ÷Ａの商）＞Ｂ／２
   という関係を満たすトナー濃度算出部と、
   前記トナー濃度算出部によって得られるトナー濃度の代表値に基づいて前記画像形成部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. トナーおよびキャリアを含んだ現像剤が内部に収容された、その現像剤を周期Ａで攪拌し、その現像剤を用いてトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部内で攪拌されている現像剤のトナー濃度を計測して計測結果を出力する濃度センサと、
   前記濃度センサから出力される計測結果を、いずれの整数ｎについても周期Ａのｎ分の１にならない時間間隔Ｂごとに、周期Ａよりも長い時間区間Ｃに亘ってサンプリングし、サンプリングされた計測結果に基づいて、計測結果の上位側または下位側に偏った代表値を算出するトナー濃度算出部であって、少なくとも１つの整数ｍについてはｍ×Ｂ／（Ａ÷Ｂの余り）＝（Ｃ÷Ａの商）という関係を満たすトナー濃度算出部と、
   前記トナー濃度算出部によって得られるトナー濃度の代表値に基づいて前記画像形成部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記画像形成部における現像剤の攪拌周期を入手する周期入手部を備え、
   前記トナー濃度算出部は、前記周期入手部によって入手された攪拌周期が前記周期Ａから別の周期Ａ’に変化した場合に、前記計測結果をサンプリングする時間間隔を、前記時間間隔Ｂから、
   Ｂ’＝Ａ’×Ａ／Ｂ
   という関係を満たす時間間隔Ｂ’に変更するものであることを特徴とする請求項４、５記載の画像形成装置。

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