JP2006267973A - Image forming apparatus and its method - Google Patents

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image forming
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Shigeru Tsukada
茂 塚田
Nobuyuki Nakayama
信行 中山
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the image forming by obtaining the powder density and fluidity of a toner highly precisely without increasing measuring instruments, etc. <P>SOLUTION: A simulation calculation part 200 simulates the movement of toner particles and calculates their powder density and fluidity. The data of the powder density and the data of the fluidity calculated by the simulation calculation part 200 are supplied to a sensitivity correction quantity determination part 20 and a consumption correction quantity determination part 21. The sensitivity correction quantity determination part 20 generates data of sensitivity correction quantity for correcting the sensitivity of a toner concentration sensor 13b from the data of the powder density and fluidity. The data of sensitivity correction quantity is supplied to a correction input terminal of the toner concentration sensor 13b and corrects the sensitivity of the toner concentration sensor 13b. The consumption correction quantity determination part 21 corrects the consumption toner quantity from the powder density and fluidity. A remaining quantity detection part 22 calculates the accumulated consumption quantity from the correction quantity of the consumption toner quantity, and obtains the remaining quantity of the toner. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、トナーまたは現像剤を使用する画像形成技術に関し、とくに、トナーまたは現像剤のかさ密度や流動性の変動に低コストで確実に対処できるようにしたものである。   The present invention relates to an image forming technique using a toner or a developer, and in particular, can reliably cope with fluctuations in bulk density and fluidity of the toner or developer at a low cost.

トナーまたは現像剤を使用する画像形成装置において、トナー、現像剤のカサ密度や流動性により、トナー補給量が変化したり、トナー濃度センサ感度が変化する課題が知られている。そこで、トナー、現像剤のカサ密度や流動性を直接測定するのは困難であるため種々の代用特性による現像剤のカサ密度や流動性の測定方法や、直接カサ密度や流動性を測定するための測定手段が報告されている。なお、以下ではトナーまたは現像剤を単にトナーと呼ぶこともあうる。   In an image forming apparatus using toner or developer, there are known problems that the toner replenishment amount changes and the toner density sensor sensitivity changes depending on the density and fluidity of the toner and developer. Therefore, since it is difficult to directly measure the density and fluidity of toner and developer, it is necessary to measure the density and fluidity of the developer according to various substitute characteristics, and to directly measure the density and fluidity of the developer. The means of measurement has been reported. Hereinafter, the toner or developer may be simply referred to as toner.

例えば、特許文献1は、トナー製造時に求めた流動性条件で、トナー補給量を制御することを提案している。また特許文献2は、磁気センサでかさ密度を測定することを提案している。また特許文献3は、湿度とトナー残量で嵩検知しトナー補給制御することを提案している。また特許文献4は、流動性を測定する手段(滞留トナー重量によるスイッチ)を設けトナー補給制御することを提案している。また、特許文献5は、圧電振動子でトナー流動性測定することを提案している。また、特許文献6は、横波超音波を発する厚みずり振動子でトナー流動性測定することを提案している。また特許文献7は、トナー補給積算時間・残量から流動性算出し、トナー補給を制御することを提案している。   For example, Patent Document 1 proposes to control the toner replenishment amount under the fluidity condition obtained at the time of toner production. Patent Document 2 proposes measuring the bulk density with a magnetic sensor. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 proposes to detect the bulk based on the humidity and the remaining amount of toner and to control toner supply. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260 proposes to provide toner replenishment control by providing means for measuring fluidity (switch based on the weight of staying toner). Patent Document 5 proposes to measure toner fluidity with a piezoelectric vibrator. Patent Document 6 proposes to measure toner fluidity with a thickness shear vibrator that emits a transverse wave ultrasonic wave. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 proposes to control the toner supply by calculating the fluidity from the accumulated toner supply time and the remaining amount.

しかし、いずれも、
(1)環境、トナー残量、現像材滞留状態等の代用特性からの予測のため精度低い、
(2)特別な測定装置が必要で、サイズ、コスト上の問題がある、
(3)トナー現像材製造時の情報で、画像形成装置使用条件による経時的変化に対応できない、
等の課題がある。
But both
(1) Low accuracy due to prediction from substitute characteristics such as environment, toner remaining amount, developer retention state, etc.
(2) Special measuring equipment is required, and there are problems in size and cost.
(3) The information at the time of manufacturing the toner developer cannot cope with the change over time due to the use conditions of the image forming apparatus.
There are issues such as.

これまでに、使用環境、使用画像密度、使用枚数、またトナー、現像剤の入れられている容器との関係等、いろいろな外要因によって経時的に変化するトナーのカサ密度や流動性を精度高く測定する方法はなく、その結果、トナーのカサ密度や流動性変化によるトナー補給やトナー濃度センサの誤差を精度よく補正する方法はなかった。
特開2001−201929公報 特開2003−162140公報 特開平04−170563号公報 特開平06−059571号公報 特開平06−167437号公報 特開平06−167886号公報 特開平10−078696号公報
Up to now, the density and fluidity of the toner that changes over time due to various external factors such as the usage environment, the usage image density, the number of sheets used, and the relationship with the container in which the toner and developer are placed have high accuracy. There is no method for measurement, and as a result, there has been no method for accurately correcting toner replenishment and toner density sensor errors due to changes in toner density and fluidity.
JP 2001-201929 A JP 2003-162140 A Japanese Patent Laid-Open No. 04-170563 JP 06-059571 A Japanese Patent Laid-Open No. 06-167437 Japanese Patent Laid-Open No. 06-167886 JP 10-077866 A

この発明は、以上の事情を考慮してなされたものであり、トナーのカサ密度や流動性変化によるトナー補給やトナー濃度センサの誤差を特別な測定装置を用いることなく精度よく補正する技術を提供することを目的としている。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a technique for accurately correcting toner replenishment and toner density sensor errors due to changes in toner density and fluidity without using a special measuring device. The purpose is to do.

本発明の構成例によれば、上述の目的を達成するために、粒子運動シミュレーションにより、トナーの粒子単位の経時的な物理特性を精度よく計算することで、従来は代用特性で予測制御していた、トナーのかさ密度および流動性に基づく、磁気トナー濃度センサ補正、トナー補給量補正、またはトナー残量予測補正等の補正精度を向上できる。また、トナーのかさ密度、流動性を測定する測定装置が不要であるため、サイズ、コスト上の問題も発生しない。   According to the configuration example of the present invention, in order to achieve the above-described object, conventionally, predictive control is performed with substitute characteristics by accurately calculating the physical characteristics of toner particles over time by particle motion simulation. Further, correction accuracy such as magnetic toner density sensor correction, toner replenishment amount correction, or toner remaining amount prediction correction based on the bulk density and fluidity of toner can be improved. Further, since no measuring device for measuring the bulk density and fluidity of toner is required, there are no problems in size and cost.

本発明を、現像機に磁気方式のトナー濃度センサを設けるタイプの2成分現像方式の画像形成装置に適用した構成例においては、粒子運動シミュレーション実行部を用いて環境情報入力(環境センサ出力、現像機駆動時間、画像像密度、等)に応じた現像材のかさ密度、流動性を算出し、算出したかさ密度、流動性に基づいて、つぎの処理の少なくとも1つを行なう。   In a configuration example in which the present invention is applied to a two-component development type image forming apparatus of a type in which a magnetic toner density sensor is provided in a developing machine, environmental information input (environment sensor output, development) is performed using a particle motion simulation execution unit. The bulk density and fluidity of the developer are calculated according to the machine driving time, the image image density, etc., and at least one of the following processes is performed based on the calculated bulk density and fluidity.

(1)トナー濃度センサの感度を補正する
(2)トナー濃度センサの出力に応じたトナー補給制御によるトナー補給量を補正する。
(3)トナー強制消費用のトナーバンド作成する。
(4)強制トナー補給を行う。
(1) Correct the sensitivity of the toner density sensor. (2) Correct the toner supply amount by toner supply control according to the output of the toner density sensor.
(3) Create a toner band for forced toner consumption.
(4) Forcible toner supply.

また、本発明を、画像濃度や、印刷原稿の画像データから予測したトナー消費量に基づいてトナー補給量を制御するタイプの2成分現像方式の画像形成装置に適用した構成例おいては、粒子運動シミュレーション実行部を用いて環境情報入力(環境センサ出力、現像機駆動時間、画像像密度、等)に応じた現像材のかさ密度、流動性を算出し、算出したかさ密度、流動性に基づいて、つぎの処理の少なくとも1つを行なう。   Further, in a configuration example in which the present invention is applied to an image forming apparatus of a two-component development type in which the toner replenishment amount is controlled based on the image density or the toner consumption amount predicted from the image data of the printed document, Calculate the bulk density and fluidity of the developer according to the environmental information input (environmental sensor output, developer drive time, image image density, etc.) using the motion simulation execution unit, and based on the calculated bulk density and fluidity Then, at least one of the following processes is performed.

(1)トナー補給制御手段によるトナー補給量を補正する
(2)トナー強制消費用のトナーバンド作成する
(3)強制トナー補給を行う
(1) Correct the toner supply amount by the toner supply control means (2) Create a toner band for forced toner consumption (3) Perform forced toner supply

粒子運動シミュレーションの概要は以下のようなものである。   The outline of particle motion simulation is as follows.

[インプット情報]
(1)粒子特性、例えばトナー、現像材の粒子系、形状、密度、電荷、ヤング率、ポアソン比、摩擦係数、等
(2)領域特性、例えば現像機等のヤング率、ポアソン比、摩擦係数、等
(3)環境情報、例えば、温度湿度、時間、画像の像密度情報等による上記粒子特性の経時変化情報
[Input information]
(1) Particle characteristics such as toner, developer particle system, shape, density, charge, Young's modulus, Poisson's ratio, friction coefficient, etc. (2) Area characteristics such as Young's modulus, Poisson's ratio, friction coefficient of developing machines, etc. (3) Environmental information such as temperature / humidity, time, image density information of image, etc.

[アウトプット情報]
(1)粒子位置の時間変化、すなわちある時間における所定領域内の粒子個数。
これから粒子のかさ密度を決定できる。
(2)粒子の平均速度
これから粒子の流動性を決定できる。
[Output information]
(1) Time variation of particle position, that is, the number of particles in a predetermined region at a certain time.
From this, the bulk density of the particles can be determined.
(2) Average velocity of particles From this, the fluidity of the particles can be determined.

さらに本発明を説明する。   Further, the present invention will be described.

本発明のよれば、上述の目的を達成するために、画像形成装置に:トナー粒子について粒子位置の時間的変化および平均速度を、粒子特性、領域特性および環境情報に基づいてシミュレーションを行なう計算手段と;上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記粒子位置の時間変化からかさ密度を算出するかさ密度算出手段と;上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記平均速度から現像用の粒子の流動性を算出する流動性算出手段と;算出された上記かさ密度および上記流動性に基づいて画像形成の制御系を補正する制御系補正手段とを設けている。   According to the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the image forming apparatus: a calculation means for performing a simulation of the temporal change and average speed of the particle position for the toner particles based on the particle characteristics, the area characteristics, and the environmental information. A bulk density calculating means for calculating the bulk density from the time change of the particle position obtained from the simulation by the calculating means; and the fluidity of the developing particles from the average speed obtained from the simulation by the calculating means. Fluidity calculating means for calculating; and control system correcting means for correcting the control system for image formation based on the calculated bulk density and the fluidity are provided.

この構成においては、トナーのかさ密度および流動性を正確に把握して画像形成の制御を精度良く行なうことができる。しかも、トナーのかさ密度、流動性を測定する測定装置が不要であるため、サイズ、コスト上の問題も発生しない。   In this configuration, it is possible to accurately control the image formation by accurately grasping the bulk density and fluidity of the toner. In addition, since there is no need for a measuring device for measuring the bulk density and fluidity of the toner, there are no problems with size and cost.

この構成において、上記制御系補正手段により補正される上記画像形成の制御系は、例えば、現像ユニットに配置された磁気方式のトナー濃度センサを含み、この場合、上記制御系補正手段は上記トナー濃度センサの感度を補正する。   In this configuration, the image formation control system corrected by the control system correction unit includes, for example, a magnetic toner density sensor disposed in the developing unit. In this case, the control system correction unit includes the toner density sensor. Correct the sensitivity of the sensor.

トナー濃度センサの感度を補正せずに、あるいはトナー濃度センサの補正と合わせて、トナー補給手段の補給量制御自体を補正しても良い。   The replenishment amount control itself of the toner replenishing means may be corrected without correcting the sensitivity of the toner density sensor or in combination with the correction of the toner density sensor.

また、例えば、画像濃度や、印刷原稿の画像データから予測したトナー消費量に基づいてトナーを補給する補給手段を含む場合には、上記制御系補正手段が上記補給手段の補給量制御を補正してもよい。   Further, for example, in the case of including a replenishing unit that replenishes toner based on the toner density estimated from the image density or the image data of the printed document, the control system correcting unit corrects the replenishment amount control of the replenishing unit. May be.

また、現像用の粒子の残量を推定する残量推定手段をさらに設け、上記制御系補正手段が上記残量推定手段の推定値を補正するようにしてもよい。   Further, remaining amount estimating means for estimating the remaining amount of developing particles may be further provided, and the control system correcting means may correct the estimated value of the remaining amount estimating means.

上記粒子特性は、例えば、トナーの粒子系、形状、密度、電荷、ヤング率、ポアソン比および摩擦係数を含む。   The particle characteristics include, for example, toner particle system, shape, density, charge, Young's modulus, Poisson's ratio, and friction coefficient.

上記領域特性は、例えば、現像機の各部材のヤング率、ポアソン比および摩擦係数を含む。   The region characteristics include, for example, Young's modulus, Poisson's ratio, and friction coefficient of each member of the developing machine.

上記環境情報は、例えば温度湿度、時間、画像の像密度情報による上記粒子特性の経時変化情報を含む。   The environmental information includes, for example, temperature change information of the particle characteristics based on temperature and humidity, time, and image density information of the image.

なお、この発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品もこの発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。   The present invention can be realized not only as an apparatus or a system but also as a method. Of course, a part of the invention can be configured as software. Of course, software products used for causing a computer to execute such software are also included in the technical scope of the present invention.

この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。   These and other aspects of the invention are set forth in the appended claims and will be described in detail below with reference to examples.

この発明によれば、トナーのかさ密度および流動性を正確に把握して画像形成の制御を精度良く行なうことができる。しかも、トナーのかさ密度、流動性を測定する測定装置が不要であるため、サイズ、コスト上の問題も発生しない。   According to the present invention, it is possible to accurately control the image formation by accurately grasping the bulk density and fluidity of the toner. In addition, since there is no need for a measuring device for measuring the bulk density and fluidity of the toner, there are no problems with size and cost.

以下、本件発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

図1は、本発明を、トナー濃度センサを具備する画像形成装置に適用した実施例を示している。この例では一系統の画像形成部分しか示していないが、カラー画像に合わせて複数系統の画像形成部分を設けても良い。また、図では本発明と関連のある部分を中心に示しており、定着ユニット等は示していないが、適宜に設けることができることはもちろんである。   FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a toner density sensor. In this example, only one image forming portion is shown, but a plurality of image forming portions may be provided in accordance with the color image. Further, in the figure, the portion related to the present invention is mainly shown, and the fixing unit or the like is not shown, but it is needless to say that it can be provided as appropriate.

図1において、画像形成装置100は、感光体10、帯電ユニット11、露光ユニット12、現像ユニット13、転写ユニット14、クリーニングユニット15、用紙搬送機構16等を含んで構成されている。これら感光体10、帯電ユニット11、露光ユニット12、現像ユニット13、転写ユニット14、クリーニングユニット15、用紙搬送機構16は、電子写真方式の通常のものである。感光体10、帯電ユニット11の帯電ロール、現像ユニット13の現像ロール、転写ユニット14の転写ロールがそれぞれ矢印で示すように回転している。周知のとおり、帯電ユニット11を用いて感光体10表面が所定の電位に帯電され、露光ユニット12により感光体10表面が露光されて潜像が形成され、現像ユニット13においてトナー像が現像され、転写ユニット14においてトナー像が記録媒体(図示しない)に転写される。トナー像を担持した記録媒体は図示しない定着ユニットにより定着される。   In FIG. 1, an image forming apparatus 100 includes a photoconductor 10, a charging unit 11, an exposure unit 12, a developing unit 13, a transfer unit 14, a cleaning unit 15, a paper transport mechanism 16, and the like. The photoconductor 10, the charging unit 11, the exposure unit 12, the developing unit 13, the transfer unit 14, the cleaning unit 15, and the paper transport mechanism 16 are ordinary electrophotographic systems. The photosensitive member 10, the charging roll of the charging unit 11, the developing roll of the developing unit 13, and the transfer roll of the transfer unit 14 are rotated as indicated by arrows. As is well known, the surface of the photoreceptor 10 is charged to a predetermined potential using the charging unit 11, the surface of the photoreceptor 10 is exposed by the exposure unit 12 to form a latent image, and the toner image is developed in the developing unit 13. In the transfer unit 14, the toner image is transferred to a recording medium (not shown). The recording medium carrying the toner image is fixed by a fixing unit (not shown).

現像ユニット13は、例えばその底部位置に磁気方式のトナー濃度センサ13bを有している。トナー濃度センサ13bは測定雰囲気における透磁率の変化すなわち磁性キャリアの分量に基づいてトナー濃度を検出するものである。トナー濃度センサ13bの検出信号はトナー補給量制御部13cに供給される。トナー補給量制御部13cは、トナー補給ユニット13aに操作量を加減してトナー濃度が所定の目標値になるように制御を行なう。   The developing unit 13 has, for example, a magnetic toner density sensor 13b at the bottom position. The toner concentration sensor 13b detects the toner concentration based on the change in magnetic permeability in the measurement atmosphere, that is, the amount of magnetic carrier. The detection signal of the toner density sensor 13b is supplied to the toner replenishment amount control unit 13c. The toner replenishment amount control unit 13c controls the toner replenishment unit 13a so that the toner concentration becomes a predetermined target value by adjusting the operation amount.

この実施例では、シミュレーション計算部200がトナー粒子の運動をシミュレーションしてそのかさ密度および流動性を算出する。これについては後に詳述する。シミュレーション計算部200により算出された、かさ密度のデータおよび流動性のデータは感度補正量決定部20および消費補正量決定部21に供給される。感度補正量決定部20は、かさ密度および流動性のデータに基づいてトナー濃度センサ13bの感度を補正する感度補正量データを生成する。感度補正量データはトナー濃度センサ13bの補正入力端子に供給されてトナー濃度センサ13bの感度を補正する。例えば、トナー濃度センサ13bの増幅回路のバイアスレベル等を変更する。消費補正量決定部21は、かさ密度や流動性に基づいて、消費トナー量を補正するものであり、残量検出部22は消費トナー量の補正量に基づいて累積消費量を算出してトナー残量を求める。   In this embodiment, the simulation calculation unit 200 simulates the movement of toner particles and calculates the bulk density and fluidity. This will be described in detail later. Bulk density data and fluidity data calculated by the simulation calculation unit 200 are supplied to the sensitivity correction amount determination unit 20 and the consumption correction amount determination unit 21. The sensitivity correction amount determination unit 20 generates sensitivity correction amount data for correcting the sensitivity of the toner density sensor 13b based on the bulk density and fluidity data. The sensitivity correction amount data is supplied to the correction input terminal of the toner density sensor 13b to correct the sensitivity of the toner density sensor 13b. For example, the bias level of the amplifier circuit of the toner density sensor 13b is changed. The consumption correction amount determination unit 21 corrects the consumed toner amount based on the bulk density and the fluidity, and the remaining amount detection unit 22 calculates the cumulative consumption amount based on the correction amount of the consumed toner amount and calculates the toner. Find the remaining amount.

この実施例では、シミュレーション計算部200により得た、かさ密度のデータや流動性のデータに基づいてトナー濃度センサ13bの感度を補正することにより、トナー供給量制御を精度良く行なえる。また図に破線で示すように、かさ密度のデータや流動性のデータに基づいてトナー補給量制御部13cのトナー補給制御自体を補正しても良い。また、トナー強制消費用のトナーバンド作成する際や、強制トナー補給を行う際に、かさ密度のデータや流動性のデータを用いて補正を行なっても良い。   In this embodiment, the toner supply amount can be controlled with high accuracy by correcting the sensitivity of the toner concentration sensor 13b based on the bulk density data and the fluidity data obtained by the simulation calculation unit 200. Further, as indicated by a broken line in the figure, the toner replenishment control itself of the toner replenishment amount control unit 13c may be corrected based on the bulk density data and the fluidity data. Further, when creating a toner band for forced toner consumption or when performing forced toner replenishment, correction may be performed using bulk density data or fluidity data.

図2は、シミュレーション計算部200の構成例を示しており、図3はその動作例を示している。   FIG. 2 shows a configuration example of the simulation calculation unit 200, and FIG. 3 shows an operation example thereof.

シミュレーション計算部200は、画像形成装置100に設けられていても良いし、通信ネットワークを介して画像形成装置100に接続されていても良い。シミュレーション計算部200の各部は具体的には処理プログラムとして実装されるが、少なくともその一部を処理回路として構成しても良い。図1の感度補正量決定部20および消費補正量決定部21も同様に通信ネットワークを介して画像形成装置100に接続されていてもよい。   The simulation calculation unit 200 may be provided in the image forming apparatus 100 or may be connected to the image forming apparatus 100 via a communication network. Each unit of the simulation calculation unit 200 is specifically implemented as a processing program, but at least a part thereof may be configured as a processing circuit. Similarly, the sensitivity correction amount determination unit 20 and the consumption correction amount determination unit 21 in FIG. 1 may also be connected to the image forming apparatus 100 via a communication network.

図2において、シミュレーション計算部200は、制御部201、データ入力部210、モデル作成部220、粒子運動計算部230、データ出力部240、特性評価部250等を含んで構成されている。データ入力部210は、粒子データ入力部211、領域データ入力部212、環境データ入力部213、計算パラメータ入力部214を含んで構成される。モデル作成部220は粒子データ生成部221および境界データ生成部222を含んで構成される。粒子運動計算部230は、外力計算部231および運動方程式解法部232を含んで構成される。データ出力部240は、粒子座標・速度出力部241および境界荷重出力部242を含んで構成される。特性評価部250は、かさ密度計算部251、流動性計算部252を含んで構成される。   2, the simulation calculation unit 200 includes a control unit 201, a data input unit 210, a model creation unit 220, a particle motion calculation unit 230, a data output unit 240, a characteristic evaluation unit 250, and the like. The data input unit 210 includes a particle data input unit 211, a region data input unit 212, an environment data input unit 213, and a calculation parameter input unit 214. The model creation unit 220 includes a particle data generation unit 221 and a boundary data generation unit 222. The particle motion calculation unit 230 includes an external force calculation unit 231 and a motion equation solving unit 232. The data output unit 240 includes a particle coordinate / velocity output unit 241 and a boundary load output unit 242. The characteristic evaluation unit 250 includes a bulk density calculation unit 251 and a fluidity calculation unit 252.

制御部201は、各部(各プログラム)の処理全体を制御する。データ入力部210では、計算に必要な情報をほかの装置や別途設けた入力手段から受け取る(図3のS10)。粒子データ入力部211では、計算対象となる、トナーやキャリアの物理特性(直径、堆積密度など)、機械特性(ヤング率、ポアソン比など)、電磁気特性(誘電率、導電率、電荷量など)などが入力される。領域データ入力部212では、粒子群が運動する領域の形状や物理特性、機械特性、電気特性などが入力される。環境データ入力部213では、温度湿度情報、経時情報、また画像形成装置の例では画像の像密度情報等のトナーやキャリアの粒子特性へ影響を与える環境情報が入力される。計算パラメータ入力部214では、このほかに計算の実行に必要な、計算ステップ数、時間増分、データ出力方法などに関する情報が与えられる。   The control unit 201 controls the entire processing of each unit (each program). The data input unit 210 receives information necessary for calculation from another device or input means provided separately (S10 in FIG. 3). In the particle data input unit 211, the physical characteristics (diameter, deposition density, etc.), mechanical characteristics (Young's modulus, Poisson's ratio, etc.), electromagnetic characteristics (dielectric constant, conductivity, charge amount, etc.) of the toner and carrier to be calculated are calculated. Etc. are entered. In the region data input unit 212, the shape of the region in which the particle group moves, physical characteristics, mechanical characteristics, electrical characteristics, and the like are input. The environmental data input unit 213 inputs temperature / humidity information, time-lapse information, and in the example of the image forming apparatus, environmental information that affects the toner and carrier particle characteristics such as image density information. In addition to this, the calculation parameter input unit 214 is provided with information related to the number of calculation steps, time increment, data output method, and the like necessary for executing the calculation.

モデル作成部220は、粒子運動計算のための数値データを生成するものであり、粒子データ入力部211および領域データ入力部212で与えられた諸情報をもとに、解析対象となる粒子や領域に設定される境界個々の特性を決定する(図3のS11)。   The model creation unit 220 generates numerical data for particle motion calculation, and based on various information given by the particle data input unit 211 and the region data input unit 212, the particle or region to be analyzed 3 is determined (S11 in FIG. 3).

粒子運動計算部230は、モデル作成部220で生成した数値データを用いて、個々の粒子運動を求める演算を行う(図3のS12)。個別要素法による一般的な粒子運動計算方法は、例えば、「木山英郎・藤村尚、カンドルの離散剛要素法を用いた岩質粒状体の重力流動の解析、土木学会論文報告集、333(1983)、137−146」などに記載されている手法を用いることができる。また、特開平10−260159号公報、特開平10−260160号公報、特開平11−214134号公報、特開2001−195386公報、特開2002−109445公報、特開2003−223049公報、特開平11−120165号公報、特開20004−199271公報など提案されている種々の応用途を想定した場合の計算手順を適宜用いても良い。   The particle motion calculation unit 230 performs calculations for obtaining individual particle motions using the numerical data generated by the model creation unit 220 (S12 in FIG. 3). The general particle motion calculation method by the individual element method is, for example, “Hiroo Kiyama and Takashi Fujimura, Analysis of Gravity Flow of Rocky Granules Using Kandle's Discrete Rigid Element Method, Proc. ) 137-146 "or the like can be used. JP-A-10-260159, JP-A-10-260160, JP-A-11-214134, JP-A-2001-195386, JP-A-2002-109445, JP-A-2003-223049, JP-A-11 The calculation procedure in the case of assuming various applications such as -12165 and JP 20004-199271 may be used as appropriate.

この手法では、個々の粒子に対する式(1)の運動方程式を解いて粒子群の挙動を決定する。そのためまず右辺の外力fを評価する。外力としては、主に粒子間の接触力や、重力、付着力、遠心力、空気抵抗力と、電磁界が作用している場合には電磁力が付加される。
mα=f 式(1)
In this method, the behavior of the particle group is determined by solving the equation of motion of the equation (1) for each particle. Therefore, first, the external force f on the right side is evaluated. As the external force, electromagnetic force is mainly applied when an electromagnetic field is applied, such as contact force between particles, gravity, adhesion force, centrifugal force, air resistance force, and the like.
mα = f Formula (1)

外力が決定すれば、あらかじめ与えられている質量mから、加速度αが求められる。ついで、所定の時間増分に対して、加速度を数値積分することで速度、変位、座標が求められる。このような計算を全粒子について、所定の計算ステップ数分繰り返して行えば、粒子群の挙動が求められる。   If the external force is determined, the acceleration α is obtained from the mass m given in advance. Next, the velocity, displacement, and coordinates are obtained by numerically integrating the acceleration with respect to a predetermined time increment. If such a calculation is repeated for all the particles for a predetermined number of calculation steps, the behavior of the particle group can be obtained.

データ出力部240は、必要に応じて得られた計算結果をほかの装置へ伝送する部分であり、粒子座標・速度出力部241では各粒子の座標、速度の時間変化情報を、境界荷重出力部242では粒子の接触によって各境界に作用する荷重を出力する(図3のS13)。   The data output unit 240 is a part that transmits the calculation results obtained as needed to other devices. The particle coordinate / velocity output unit 241 receives the time-variation information on the coordinates and velocity of each particle as the boundary load output unit. In 242, a load acting on each boundary due to the contact of particles is output (S <b> 13 in FIG. 3).

特性評価部250は、計算で求められた粒子や境界の状態から、画像形成装置としての性能に関連する諸特性を演算によって求める(図3のS14)。かさ密度計算部251は、所定の空間内にある粒子の個数からかさ密度を求め、流動性計算部252は、粒子の平均移動速度を求めて流動状態の指標として出力する。トナー、キャリアそれぞれの個数から場所ごとの混合比を求めることもできる。   The characteristic evaluation unit 250 calculates various characteristics related to the performance as the image forming apparatus from the particle and boundary state obtained by the calculation (S14 in FIG. 3). The bulk density calculation unit 251 calculates the bulk density from the number of particles in a predetermined space, and the fluidity calculation unit 252 calculates the average moving speed of the particles and outputs it as an indicator of the flow state. The mixing ratio for each location can also be obtained from the number of toners and carriers.

この実施例においては、粒子運動シミュレーションで、トナー粒子単位の経時的な物理特性を精度よく計算することで、従来は代用特性で予測制御していた、トナーのかさ密度、流動性による、磁気トナー濃度センサ補正やトナー補給量の補正の補正精度を向上させることができる。すなわち、かさ密度、流動性変化によるトナー濃度センサ感度変動を精度よく補正できる。またはかさ、流動性が悪化した場合に強制的にトナー消費、供給を行うことで、かさ、流動性が悪化を改善できるためトナー濃度センサ感度変動を防止できる。この結果より安定したトナー濃度制御が可能になる。また、かさ密度、流動性変化によるトナー補給量変動を精度よく補正できる。または、かさ密度、流動性が悪化した場合に強制的にトナー消費、供給を行うことで、かさ密度、流動性が悪化を改善できるためトナー補給量変動を防止できる。この結果より安定したトナー濃度制御が可能になる。しかも、トナー、現像材のかさ、流動性を測定する測定装置が不要であるため、サイズ、コスト上の問題も発生しない。   In this embodiment, a magnetic toner based on toner bulk density and fluidity, which has been conventionally controlled by substitution characteristics, by accurately calculating physical characteristics of toner particles over time by particle motion simulation. Correction accuracy of density sensor correction and toner supply amount correction can be improved. That is, it is possible to accurately correct toner density sensor sensitivity fluctuations due to changes in bulk density and fluidity. Alternatively, forcibly consuming and supplying the toner when the bulk and fluidity deteriorates can improve the deterioration of the bulk and fluidity, thereby preventing fluctuations in toner density sensor sensitivity. As a result, more stable toner density control is possible. In addition, it is possible to accurately correct fluctuations in toner replenishment amount due to changes in bulk density and fluidity. Alternatively, forcible toner consumption and supply when the bulk density and fluidity deteriorate can improve the deterioration of the bulk density and fluidity, thereby preventing fluctuations in the toner replenishment amount. As a result, more stable toner density control is possible. In addition, since there is no need for a measuring device for measuring the toner, the bulk of the developer, and the fluidity, there is no problem in size and cost.

つぎに本発明の他の実施例について説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described.

図4は、本発明を画像濃度センサを用いてトナー補給制御を行なうタイプの画像形成装置に適用した実施例を示しており、この図において、図1と対応する箇所には対応する符号を付した。   FIG. 4 shows an embodiment in which the present invention is applied to an image forming apparatus of a type that performs toner replenishment control using an image density sensor. In this figure, parts corresponding to those in FIG. did.

この実施例では、感光体10の周囲に画像濃度センサ13dを設け感光体10表面に設けられたトナー基準パッチの光学濃度を検出するようになっている。この画像濃度センサ13dの濃度出力に基づいてトナー補給量制御部13cが基準パッチの画像濃度が目標値になるようにトナー補給制御を行なう。そして濃度補正量決定部20aがかさ密度や流動性に基づいて画像濃度に基づく制御系の補正量を決定してトナー補給量制御部13cに供給して正確ながかさ密度や流動性に適合した制御を行なうようにしている。   In this embodiment, an image density sensor 13d is provided around the photoreceptor 10, and the optical density of the toner reference patch provided on the surface of the photoreceptor 10 is detected. Based on the density output of the image density sensor 13d, the toner replenishment amount control unit 13c performs toner replenishment control so that the image density of the reference patch becomes a target value. Then, the density correction amount determination unit 20a determines the correction amount of the control system based on the image density based on the bulk density and fluidity, and supplies it to the toner replenishment amount control unit 13c to match the exact bulk density and fluidity. Control is performed.

なお、画像濃度センサ13dの濃度出力は帯電ユニット11の帯電電位制御や露光ユニット12の出力レベル制御に用いることができる。   The density output of the image density sensor 13d can be used for charge potential control of the charging unit 11 and output level control of the exposure unit 12.

この実施例でも、粒子運動シミュレーションによりトナーのかさ密度、流動性を算出し、算出したかさ密度、流動性に応じて、トナー補給量を補正したり、トナー強制消費用のトナーバンド作成したり、強制トナー補給を行うことができる。   Also in this embodiment, the toner bulk density and fluidity are calculated by particle motion simulation, the toner replenishment amount is corrected according to the calculated bulk density and fluidity, and a toner band for forced toner consumption is created. Forcible toner supply can be performed.

なお、図4の例では、画像濃度センサ13dを用いてトナー供給制御を行なう例を説明したが、印刷画像情報から消費トナー量を推定してトナー補給を行なう、いわゆるICDC(Image Count Dispense Control)方式の画像形成装置においても同様に構成できる。この場合、例えば、図4に破線で示すようにトナー消費量予測部情報からトナー補給量制御部13cが補給量を決定する。   In the example of FIG. 4, an example in which toner supply control is performed using the image density sensor 13 d has been described. However, so-called ICDC (Image Count Displace Control) is performed in which toner consumption is estimated from print image information. A similar type of image forming apparatus can be used. In this case, for example, as shown by a broken line in FIG. 4, the toner supply amount control unit 13c determines the supply amount from the toner consumption amount prediction unit information.

本発明の実施例の構成を全体として示す図である。It is a figure which shows the structure of the Example of this invention as a whole. 上述実施例のシミュレーション計算部の構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the simulation calculation part of the above-mentioned Example. 上述シミュレーション計算部の動作例を説明する図である。It is a figure explaining the operation example of the said simulation calculation part. 本発明の他の実施例の構成を全体として示す図である。It is a figure which shows the structure of the other Example of this invention as a whole.

符号の説明Explanation of symbols

10 感光体
11 帯電ユニット
12 露光ユニット
13 現像ユニット
13a トナー補給ユニット
13b トナー濃度センサ
13c トナー補給量制御部
13d 画像濃度センサ
14 転写ユニット
15 クリーニングユニット
16 用紙搬送機構
20 感度補正量決定部
20a 濃度補正量決定部
21 消費補正量決定部
22 残量検出部
100 画像形成装置
200 シミュレーション計算部
201 制御部
210 データ入力部
211 粒子データ入力部
212 領域データ入力部
213 環境データ入力部
214 計算パラメータ入力部
220 モデル作成部
221 粒子データ生成部
222 境界データ生成部
230 粒子運動計算部
231 外力計算部
232 運動方程式解法部
240 データ出力部
241 粒子座標・速度出力部
242 境界荷重出力部
250 特性評価部
251 かさ密度計算部
252 流動性計算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Photoconductor 11 Charging unit 12 Exposure unit 13 Developing unit 13a Toner replenishment unit 13b Toner density sensor 13c Toner replenishment amount control unit 13d Image density sensor 14 Transfer unit 15 Cleaning unit 16 Paper transport mechanism 20 Sensitivity correction amount determination unit 20a Density correction amount Determination unit 21 Consumption correction amount determination unit 22 Remaining amount detection unit 100 Image forming apparatus 200 Simulation calculation unit 201 Control unit 210 Data input unit 211 Particle data input unit 212 Region data input unit 213 Environmental data input unit 214 Calculation parameter input unit 220 Model Creation unit 221 Particle data generation unit 222 Boundary data generation unit 230 Particle motion calculation unit 231 External force calculation unit 232 Motion equation solving unit 240 Data output unit 241 Particle coordinate / velocity output unit 242 Boundary load output unit 250 Characteristic evaluation Part 251 bulk density calculation unit 252 fluidity calculator

Claims (8)

トナー粒子について粒子位置の時間的変化および平均速度を、粒子特性、領域特性および環境情報に基づいてシミュレーションを行なう計算手段と、
上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記粒子位置の時間変化からかさ密度を算出するかさ密度算出手段と、
上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記平均速度から現像用の粒子の流動性を算出する流動性算出手段と、
算出された上記かさ密度および上記流動性に基づいて画像形成の制御系を補正する制御系補正手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
Calculating means for simulating the temporal change and average velocity of the particle position for the toner particles based on the particle characteristics, the region characteristics and the environmental information;
A bulk density calculating means for calculating a bulk density from a time change of the particle position obtained from the simulation by the calculating means;
Fluidity calculating means for calculating the fluidity of the particles for development from the average speed obtained from the simulation by the calculating means;
An image forming apparatus comprising: a control system correcting unit that corrects an image forming control system based on the calculated bulk density and the fluidity.
上記制御系補正手段により補正される上記画像形成の制御系は、現像ユニットに配置された磁気方式のトナー濃度センサを含み、上記制御系補正手段は上記トナー濃度センサの感度を補正する請求項1記載の画像形成装置。   2. The image formation control system corrected by the control system correction means includes a magnetic toner density sensor disposed in a developing unit, and the control system correction means corrects the sensitivity of the toner density sensor. The image forming apparatus described. 上記制御系補正手段により補正される上記画像形成の制御系はトナーを補給する補給手段を含み、上記制御系補正手段は上記補給手段の補給量制御を補正する請求項1または2記載の画像形成装置。   3. The image formation according to claim 1, wherein the image forming control system corrected by the control system correcting means includes a replenishing means for replenishing toner, and the control system correcting means corrects the replenishment amount control of the replenishing means. apparatus. 現像用の粒子の残量を推定する残量推定手段をさらに有し、上記制御系補正手段が上記残量推定手段の推定値を補正する請求項1、2または3記載の画像形成装置。   4. The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a remaining amount estimating unit that estimates a remaining amount of developing particles, wherein the control system correcting unit corrects an estimated value of the remaining amount estimating unit. 上記粒子特性は、トナーの粒子系、形状、密度、電荷、ヤング率、ポアソン比および摩擦係数を含む請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the particle characteristics include a toner particle system, shape, density, charge, Young's modulus, Poisson's ratio, and friction coefficient. 上記領域特性は現像機の各部材のヤング率、ポアソン比および摩擦係数を含む請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the region characteristics include Young's modulus, Poisson's ratio, and friction coefficient of each member of the developing machine. 上記環境情報は、温度湿度、時間、画像の像密度情報による上記粒子特性の経時変化情報を含む請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the environmental information includes time-dependent change information of the particle characteristics based on temperature and humidity, time, and image density information of the image. 計算手段により、トナー粒子について粒子位置の時間的変化および平均速度を、粒子特性、領域特性および環境情報に基づいてシミュレーションを行なうステップとと、
かさ密度算出手段により、上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記粒子位置の時間変化からかさ密度を算出するステップと、
流動性算出手段により、上記計算手段によるシミュレーションから得られた上記平均速度から現像用の粒子の流動性を算出するステップと、
制御系補正手段により、算出された上記かさ密度および上記流動性に基づいて画像形成の制御系を補正するステップとを有することを特徴とする画像形成方法。
A step of simulating the temporal change and average velocity of the particle position of the toner particles based on the particle characteristics, the region characteristics and the environmental information by the calculation means;
A step of calculating a bulk density from a time change of the particle position obtained from a simulation by the calculation means by a bulk density calculation means;
A step of calculating the flowability of the particles for development from the average speed obtained from the simulation by the calculation means by the flowability calculation means;
And a step of correcting the control system for image formation based on the calculated bulk density and the fluidity by a control system correction unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016012115A (en) * 2014-06-05 2016-01-21 株式会社リコー Developing device, image forming apparatus, and process cartridge

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