JP2010072156A - 画像形成装置、計算機、画像形成システム、トナー濃度調整パラメータ変更方法、トナー濃度調整パラメータ送信方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】トナー補給装置及び現像器の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化に対応して、常に最適なトナー濃度制御を行うことができるようにする。
【解決手段】トナー濃度制御が開始され、トナー濃度を検出すると、不足量が分かるので、補給すべきトナー量、すなわちトナー補給量を算出し、トナー補給が行われる。この算出とトナー補給を現像器の現像動作停止まで一定時間毎に繰り返す。トナー補給の必要がなくなり、現像器の現像動作が停止すると、トナー濃度制御も停止する。また、現像動作停止と同時に現像剤撹拌も停止するため、トナー濃度検知も停止する。その後、トナー濃度センサの計測データを計算機に送信する（ステップＳ１０１〜１０７）。一方、計算機側では、送信された計測データに基づいて調整パラメータを演算し、画像形成装置側に送信する。画像形成装置側ではこのパラメータに基づいてトナー濃度制御を実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、２成分系の現像剤を使用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びデジタル複合機等の画像形成装置、この画像形成装置に接続され、当該が画像形成装置のトナー補給を制御する計算機、前記画像形成装置と前記計算機とからなる画像形成システム、前記画像形成装置で実行されるトナー濃度調整パラメータ変更方法、前記計算機で実行されるトナー濃度調整パラメータ送信方法、及び前記方法をコンピュータで実行するためのコンピュータプログラムに関する。

近年の複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置においては、高画質が求められると同時に、高耐久性、高安定も望まれている。このことは、環境変動による画質の変化が少なく、常に安定した画像を経時において出力することができる、ということを意味している。

従来から非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤（以下、単に「現像剤」と称す）を現像剤担持体としての現像スリーブ上に保持し、該現像スリーブに内包される磁極によって磁気ブラシを形成させ、現像スリーブに潜像担持体としての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現像を行う２成分現像方式が知られている。この２成分現像方式は、カラー化が容易なことから現在広く採用されている。この２成分現像方式においては、一般的に現像剤はトナーボトルから現像器に供給され、現像器内の現像スリーブの回転に伴い、現像領域に搬送される。現像剤が現像領域に搬送されるに従い、現像極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トナーを伴って集合し、磁気ブラシを形成する。

２成分現像方式は、１成分現像方式と異なり、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、画像の安定性を向上させる上で非常に重要とされている。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、細部解像力の低下が生じる。また、トナー濃度が低い場合には、ベタ画像部の濃度の低下、あるいはキャリア付着が発生するという不具合が生じる。そのため、現像剤へのトナー補給量を制御して現像剤の中のトナー濃度を適正な範囲に調整する必要がある。

トナー濃度制御は、トナー濃度検出手段としての透磁率センサの出力値Ｖｔをトナー濃度の基準値Ｖｒｅｆと比較し、その結果に基づきトナー補給量を設定することにより行われる。すなわち、トナー濃度を検知する方式としては、このように透磁率センサを用いたものが一般的である。この方式は、現像剤のトナー濃度が変化することによる現像剤の透磁率変化を検知して基準濃度の出力と比較し、トナー濃度の現在値を検知するものである。
トナー濃度制御を行うためのコントローラには、制御性能を調整するための調整パラメータがある。例えば、コントローラが古典的に用いられているＰＩＤコントローラであれば、Ｐ（比例）ゲイン、Ｉ（積分）ゲイン及びＤ（微分）ゲインがそれに当たる。

ところで、トナー補給装置及び現像器は、製造過程における個体差によって製造時に個々の補給性能が異なり、あるいは経時劣化や環境変化によって制御性能が変化することがある。つまり、所望のトナー濃度制御性能を得るためには、本来個々の製品毎に、ある時点で最適な調整パラメータを求め、設定し直す必要がある。

ここで、その調整パラメータをどう設定し直すかということが問題となる。この問題に対応する発明として特許文献１及び２に記載された発明が公知である。

特許文献１記載の発明は、熱源を備えた定着部材と、前記熱源からの熱入力を検出する熱入力検知手段と、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の温度検知結果に基づいて前記定着部材の温度を目標制御温度に維持させるコントローラと、前記熱入力検知手段が検出した熱入力と、前記温度検知手段が検出した前記定着部材の温度に基づいてパラメータを求めるシステム同定器とを備え、 前記システム同定器により求められたパラメータに基づいて前記コントローラのパラメータを最適化することを特徴とするものである。

また、特許文献２記載の発明は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を収納する現像装置と、該現像装置内のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、トナーを前記現像装置へ補給するためのトナー補給手段と、前記トナー濃度検出手段出力を、記憶手段に記憶しているトナー濃度基準値と比較することによって、前記トナー補給手段を制御するトナー補給制御と、普通速、第１低線速及び第２低線速を含む複数のプロセス線速の変更を伴う画像出力モードとを有する画像形成装置において、前記各プロセス線速において、前記トナー濃度検出手段出力を検知する機能を有し、前記プロセス線速が普通速モード時のトナー濃度検出手段出力をＶｔ０、プロセス線速が第１低線速及び第２低線速の低線速モードでのトナー濃度検出手段出力をＶｔ１及びＶｔ２とするとき、低線速モードでのトナー濃度検出手段出力差である線速シフト量ΔＶｔ１、ΔＶｔ２をトナー補給制御パラメータに反映するというものである。
特開２００７−３１０３３７号公報 特開２００７−０７１９８５号公報

しかし、特許文献１に記載の発明では、システム同定器を用いて、定着温度制御コントローラの調整パラメータを求めることによって使用環境に応じた最適な調整パラメータを用いて制御を行おうとしているが、これは、定着装置の定着温度制御に対してであって、トナー補給装置に対してではない。また、システム同定によるコントローラ調整パラメータの算出を画像形成装置内で行っており、搭載されているＣＰＵの性能やＲＯＭ／ＲＡＭ容量によっては、計算できないあるいは多大な計算負荷をかけることにもなりかねない。また、システム同定によるコントローラ調整パラメータの算出を画像形成装置内で行っていることから、その調整パラメータで正しく動作するかどうかの検証ができない。

特許文献２に記載の発明では、プロセス線速に応じて、トナー補給制御パラメータとしてのトナー濃度を補正するようにしているが、トナー補給装置及び現像器の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化に対応したものではなく、トナー濃度制御コントローラの調整パラメータをチューニングするわけではない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、製品搭載のＣＰＵやＲＯＭ／ＲＡＭ容量に負荷をかけることなく、トナー補給装置及び現像器の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化に対応して、常に最適なトナー濃度制御を行うことができるようにすることにある。

前記課題を解決するため、第１の手段は、像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段とを有する画像形成装置において、前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる制御手段と、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信するデータ送信手段と、前記制御手段の性能に関係する調整パラメータを前記外部装置から受信するデータ受信手段と、受信した前記調整パラメータに基づいて前記制御手段の調整パラメータを変更する変更手段と、を備えていることを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段において、前記制御手段がＰＩＤコントローラ、ＰＩコントローラ、Ｉ−ＰＤコントローラ、Ｉ−Ｐコントローラ及びＰＩ−Ｄコントローラの１つであり、前記調整パラメータが当該１つのコントローラで使用される前記Ｐ，Ｉ，Ｄの各ゲインであることを特徴とする。

ここで、調整パラメータが当該１つのコントローラの各ゲインであるとは、ＰＩＤコントローラでは、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインであり、ＰＩコントローラではＰゲイン及びＩゲインであり、Ｉ−ＰＤコントローラでは、Ｉゲイン、Ｐゲイン及びＤゲインであり、Ｉ−Ｐコントローラでは、Ｉゲイン及びＰゲインであり、ＰＩ−Ｄコントローラでは、Ｐゲイン、Ｉゲイン及びＤゲインであることを意味する。なお、Ｐは比例を、Ｉは積分を、Ｄは微分をそれぞれ示す。また、各コントローラ及び各ゲイン自体は公知である。

第３の手段は、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信するデータ受信手段と、受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持するデータ保持手段と、前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する調整パラメータ算出手段と、前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信するデータ送信手段と、を備えた計算機を特徴とする。

第４の手段は、第３の手段において、 前記調整パラメータ算出手段が、計測された前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値のデータの履歴に基づいてシステム同定を行い、得られた数学モデルから前記制御手段の調整パラメータを求めることを特徴とする。

第５の手段は、第３又は第４の手段において、前記データ送信手段が、印刷時間の合計時間が所定時間を経過した後、又は、前回の調整パラメータと今回の調整パラメータを比較し、その比較結果から送信と判断されたとき、前記調整パラメータを送信することを特徴とする。

第６の手段は、第１又は第２の手段に係る画像形成装置と、第３ないし第５のいずれかの手段に係る計算機が、通信手段により接続され、前記計算機が前記外部装置として機能する画像形成システムを特徴とする。

第７の手段は、像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段とを有する画像形成装置のトナー濃度調整パラメータ変更方法において、前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる工程を備え、当該工程がさらに、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信する工程と、前記追従に必要な調整パラメータを前記外部装置から受信する工程と、受信した前記調整パラメータに基づいて前記調整パラメータを変更する工程と、を含むことを特徴とする。

第８の手段は、トナー濃度調整パラメータを計算機から画像形成装置に送信するトナー濃度調整パラメータ送信方法において、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信する工程と、受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持する工程と、前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する工程と、前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信する工程と、を備えていることを特徴とする。

第９の手段は、像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、を有する画像形成装置のトナー濃度調整パラメータ変更方法をコンピュータによって実行するためのコンピュータプログラムにおいて、前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる手順を備え、当該手順は、さらに、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信する手順と、前記追従に必要な調整パラメータを前記外部装置から受信する手順と、受信した前記調整パラメータに基づいて前記調整パラメータを変更する手順と、を含むことを特徴とする。

第１０の手段は、トナー濃度調整パラメータを計算機から画像形成装置に送信する送信方法をコンピュータによって実行するコンピュータプログラムにおいて、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信する手順と、受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持する手順と、前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する手順と、前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信する手順と、を備えていることを特徴とする。

なお、後述の実施形態において、像担持体は感光体ドラム２に、現像器１０３に、トナー補給量算出手段はＣＰＵ４０１に、トナー濃度検出手段はトナー濃度検出センサ１０７に、制御手段はＣＰＵ４０１に、外部装置は計算機３０２に、外部装置に送信するデータ送信手段及び外部装置から受信するデータ受信手段は入出力Ｉ／Ｏ４１０に、調整パラメータを変更する変更手段はＣＰＵ４０１に、画像形成装置から受信するデータ受信手段は入力装置２０４に、データ保持手段は記憶装置２０３に、調整パラメータ算出手段は演算手段２０２に、データ送信手段は出力装置２０５に、トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値は計測データ３０４に、調整パラメータは符号３０５に、通信手段はネットワーク３０６に、画像形成装置はカラープリンタＰＲ若しくは符号３０１に、それぞれ対応する。

本発明によれば、画像形成装置側でトナー濃度を目標値に追従させるための演算を行わないので、製品搭載のＣＰＵやＲＯＭ／ＲＡＭ容量に負荷をかけることなく、トナー補給装置及び現像器の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化に対応して、常に最適なトナー濃度制御を行うことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタの概略構成を示す図である。このプリンタは所謂間接転写方式のタンデム型の画像形成装置である。

図１において、プリンタＰＲは、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備える。Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの色順は、図１に限るものでなく、他の並び順であってもよい。各画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、それぞれ、ほぼ共通の構成をしている。なお、図１に示した間接転写方式のタンデム型画像形成装置自体は公知なので、詳細な説明は省略し、概略及び本発明に関係する各部について説明する。

図１において、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの下方には、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの各感光体ドラム２の表面にＬＥＤ光を走査しながら照射する光書込ユニット３が、上方には各画像形成ユニットのトナー像を重ね合わせて転写するように搬送する中間転写ベルト４がそれぞれ設けられている。中間転写ベルト４は画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの各感光体ドラム２と接触し、感光体ドラム２に対して中堅転写ベルト４を挟んで配置された１次転写ローラを含む１次転写ユニット５によって感光体ドラム２側の画像を中間転写ベルト４側に転写させる（図２参照）。中間転写ベルト４はベルト駆動装置によって図示反時計方向に移動する。中間転写ベルト４の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置６が接触するように配置されている。このクリーニング装置６により中間転写ベルト４上に付着したトナー等の異物が除去される。

１次転写ユニット５の右側には、転写紙にトナー像を転写する２次転写ユニット７が配置され、その上方にはベルト定着方式の定着ユニット８が設けられている。プリンタＰＲの下部には、転写媒体である記録媒体９が載置された給紙カセット１０ａ、１０ｂが配置され、また、プリンタＰＲの側面から手差しで給紙を行う手差しトレイ１０ｃが備えられている。なお、符号１０ｄは給紙カセット１０ａ、１０ｂから、あるいは手差しトレイ１０ｃから供給された転写紙を中間転写ベルト４上の画像とタイミングを取って送り出すレジストローラである。また、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの上方には、トナー補給容器としてトナーボトル１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋが配置され、図示しない廃トナーボトル、電源ユニットなども設けられている。さらに、トナーボトル１１Ｙ、１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｋの上側の筐体に排紙トレイが形成され、排紙部１０ｅから排紙された記録媒体（記録紙）９が積載される。

図２は、本実施形態におけるトナー補給装置及び現像器の概略構成を示す図である。

図２において、トナーボトル１１の一端には、フレキシブルなチューブ１０１が接続され、当該チューブ１０１の他端はトナー補給機構１０２に接続されている。トナー補給機構１０２の出口はトナー補給装置１０５の補給口１０５ａに接続され、トナー補給装置１０５にトナーを補給する。トナー補給装置１０５は一対の搬送スクリュー１０４ａ，１０４ｂを備え、現像スリーブ１０６にトナーを補給する。ここでは、トナー補給装置１０５と現像スリーブ１０６によって現像器１０３が構成されている。

トナーボトル１１は現像スリーブ１０６に補給するためのトナーを収容する収容容器であり、図１示すようにＭＣＹＫ各色毎に設けられ、各色のトナーがそれぞれ収容される。トナー補給機構１０２はトナーボトル１１からフレキシブルチューブ１０１を介して供給されるトナーを現像器１０５に補給する機能を備え、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、あるいはポンプによりエアーの力でトナーを搬送する機構等が使用される。トナーボトル１１とトナー補給機構１０２をここではトナー補給装置と称している。

現像器１０３は、現像スリーブ１０６の外周に現像剤を穂立ちさせて、トナーを感光体ドラム２の潜像に移行させ、トナー現像を行うことにより潜像を顕像化するものである。

搬送スクリュー１０４ａ，１０４ｂは、平行に設けられたトナー搬送槽にそれぞれ設置され、第１の搬送スクリュー１０４ａのトナー補給側から反対端へトナーを搬送し、第２の搬送スクリュー１０４ｂは前記反対端側からトナーを受け入れて前記トナー補給端側にトナーを搬送する。この搬送の過程で現像剤を撹拌しながら補給されたトナーを現像スリーブ１０６まで搬送する。現像スリーブ１０６は現像剤担持体であって、潜像担持体としての感光体ドラム２と対向する位置で現像バイアスを印加することによりトナーを感光体ドラム２の潜像に移行させ、現像する。トナー補給装置１０５の所定位置には、トナー濃度検出センサ１０７が設けられ、トナー補給装置１０５中のトナー濃度を検出する。トナー濃度検出センサ１０７としては現像剤の透磁率を検出する透磁率センサが一般的に使用される。

なお、図２中の網点で示した矢印は、トナーの移動過程を示している。

図３は本実施形態に係る外部装置としての計算機３０２（図５参照）の概略構成を示すブロック図である。同図において、計算機３０２は、制御装置２０１、演算装置２０２、記憶装置２０３、入力装置２０４及び出力装置２０５から構成されている。制御装置２０１は計算機３０２の全体を制御し、演算装置２０２は、四則演算、論理演算などを行う機能を備え、制御装置２０１と演算装置２０２とによって中央演算装置、所謂ＣＰＵが構成されている。記憶装置２０３はデータやプログラムなどを記憶し、ＲＯＭ及びＲＡＭを含む。ＣＰＵはＲＯＭに格納されているプログラムを適宜読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらプログラムに沿った制御を実行する。入力装置２０４は制御装置２０１にプログラムやデータを入力する機能を備え、ネットワークを介しての入力も含む。出力装置２０５は制御装置２０１からの結果を外部出力する装置。ネットワークを介しての出力も含む。

なお、計算機３０２におけるデータ受信は入力装置２０４が実行し、データ保持は記憶装置２０３によって行われる。また、調整パラメータは演算装置２０２によって算出され、算出された調整パラメータは出力装置２０５からデータ送信される。

図４は、本実施形態に係るプリンタＰＲの制御回路の構成を示すブロック図である。本実施形態に係るプリンタＰＲの制御回路は、ＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＮＶＲＡＭ４０４、操作部４０５、電送制御部４０６、画像メモリ４０７、及び画像処理部４０８を備え、これらはバス４０９によってＣＰＵ４０１に接続され、ＣＰＵ４０１によって制御される。また、バス４０９には、定着ユニット８、給紙ユニット１０、排紙部１０ｅ、作像部１００及び入出力Ｉ／Ｏ４１０も接続され、同じくＣＰＵ４０１によって制御される。なお、入出力Ｉ／Ｏ４１０からはスタンドアローンのパソコン又はネットワークを介して接続されたパソコンからのプリントデータが入力され、あるいはスキャナから当該スキャナで読み取った画像情報が入力される。また、入出力Ｉ／Ｏ４１０は後述の計算機３０２とのインターフェイスとしても機能する。

作像部１００は光書込ユニット３及びエンジン制御部４５０を備え、エンジン制御部４５０は当該エンジン制御部４５０内の図示しないＣＰＵによって作像に関する後述の各ユニット、言い換えれば作像に係るプリントエンジンの制御を司る。したがって、前記ＣＰＵ４０１はメインＣＰＵとして機能する。また、作像部１００は光書込ユニット３、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ、光書込ユニット３、及び中間転写ベルト４から構成されている。

ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３を有し、ＲＡＭ４０３をワークエリアとして使用しながらＲＯＭ４０２に格納されたプログラムを実行することにより画像形成装置全体及び各部の制御を行う。ＮＶＲＡＭ４０４は、ＮＶＲＡＭ４０４は内部を複数エリアに分割して同一データを保存する方法で、ソフトウエア上の設定を行う。

操作部４０５はオペレータが本実施形態に係るカラープリンタＰＲの操作入力を行うためのものである。電装制御部４０６では、電装品のメカコントロール制御全般のＩ／Ｆを行う。さらに、画像メモリ４０７には画像処理のための画像情報及び画像処理後の画像情報が記憶され、画像処理部４０８によって処理すべき画像データ及び処理された画像データが格納される。

エンジン制御部１１１は、現像ユニット１１２、１次転写ユニット５、２次転写ユニット７、感光体ドラム２、帯電ユニット（不図示）、クリーニングユニット（不図示）、除電ユニット（不図示）等の各部及び作像部１００における転写紙搬送を制御し、入出力Ｉ／Ｏ４１０から入力され、画像処理部４０８で処理された画像データを転写紙上に顕像として転写し、出力する。電子写真方式の画像形成手順は公知であり、図１に示したような間接転写方式のタンデム型画像形成装置も公知なので、ここでは、各部及び各部の動作の詳細は省略する。なお、現像ユニット１１２は、前記トナー補給装置１０５及び現像器１０３、トナーボトル１１など、現像に関する全ての機構を含む。

本実施形態では、前記ＣＰＵ４０１によって画像形成装置で実行する制御全般を実行する。したがってトナー補給量算出手段、制御手段、及び変更手段にはＣＰＵ４０１が対応する。また、データ送信手段及びデータ受信手段は入出力Ｉ／Ｏ４１０及びＣＰＵ４０１が対応する。

図５は、本実施形態に係るシステム全体の概略構成を示す図である。図５（ａ）は画像形成装置３０１と計算機３０２が１対１でネットワーク接続されている例を示し、図５（ｂ）は複数の画像形成装置３０１が１台の計算機３０２とネットワーク接続されている例を示す図である。なお、画像形成装置３０１は図１に示したカラープリンタＰＲに限定されず、画像形成機能を備えた複写機、ファクシミリ、デジタル複合機なども含まれる。

図５（ａ）及び（ｂ）において、トナー補給量、トナー濃度、トナー濃度目標値をまとめたデータが計測データ３０４としてネットワーク３０６を介して画像形成装置３０１から計算機３０２へ送信される。計測データは画像形成装置３０１、１台毎にそれぞれ送信される。一方、計算機３０２からは、トナー濃度制御コントローラの調整パラメータ３０５が各画像形成装置３０１に送信される。送信されるデータは。ＰＩＤコントローラであれば、Ｐ（比例）ゲイン、Ｉ（積分）ゲイン、Ｄ（微分）ゲインである。

図６は本実施形態に係るトナー濃度制御の制御手順を示すフローチャートである。
この制御手順では、現像器の現像動作が開始されると（ステップＳ１０１）、トナー濃度制御が開始され（ステップＳ１０２）、トナー濃度検出が行われる（ステップＳ１０３）。現像器１０３が現像動作開始すると、画像形成が開始され、トナーが消費されるため、トナー濃度制御が必要になる。また、現像器１０３の現像動作開始と同時に搬送スクリュー１０４ａ，１０４ｂによる現像剤の撹拌も開始されるため、トナー濃度センサ１０７によるトナー濃度検知も開始される。すなわち、ステップＳ１０１における現像動作開始とともに撹拌動作が開始され、トナー濃度検知も開始される。ここで、トナー濃度検知は、現像剤を撹拌している間、一定時間毎（例えば、３００ｍｓｅｃ毎）に行われる。なお、この一定時間は可変時間とすることもできる。時間の可変量は機内温度、湿度などの環境条件に応じて適宜設定される。また、検知したトナー濃度は、記憶装置２０３の揮発メモリ又は不揮発メモリに保存する。

トナー濃度を検出すると、不足量が分かるので、補給すべきトナー量、すなわちトナー補給量を算出する（ステップＳ１０４）。現像器１０３の中のトナー濃度を目標値に保つために必要なトナー補給量を算出する技術は、公知の技術である。例えば、離散時間ＰＩＤ制御の場合、
ＴＭ（ｎ）＝ＴＭ（ｎ−１）＋Ｋｐ・ΔＶｔ（ｎ）＋Ｋｉ・ΔＶｔ（ｎ）＋Ｋｄ・（ΔＶｔ（ｎ）−ΔＶｔ（ｎ−１））
ただし、ＴＭ（ｎ）：今回のトナー補給量
ΔＶｔ（ｎ）：今回のトナー濃度目標値とトナー濃度との差分値（偏差）
Ｋｐ：Ｐ（比例）ゲイン
Ｋｉ：Ｉ（積分）ゲイン
Ｋｄ：Ｄ（微分）ゲイン
で示すコントローラにより求めることができる。

このようにしてトナー補給量が算出されると、トナー補給が行われる（ステップＳ１０５）。トナー補給を行う度に、ステップＳ１０３に戻ってトナー濃度を検出し、再度トナー補給量を算出した後（ステップＳ１０４）、さらにトナー補給を行う（ステップＳ１０５）。このサイクルを現像器の現像動作停止まで一定時間毎（例えば、３００ｍｓｅｃ毎）に繰り返す。なお、この一定時間は前述のような可変時間とすることもできる。

トナー補給の必要がなくなり（ステップＳ１０５−Ｎ）、現像器の現像動作が停止すると、トナー濃度制御も停止する。また、現像器現像動作停止と同時に現像剤撹拌も停止するため、トナー濃度検知も停止する（ステップＳ１０６）。次いで、トナー濃度センサの計測データを外部装置に送信する（ステップＳ１０７）。本実施形態では、計測データ送信タイミングとして、トナー濃度制御終了後とし、このタイミングで外部装置、例えば計算機３０２にトナー濃度制御中の計測データを一括して送信する。

図７は、本実施形態における画像形成装置の調整パラメータ受信時の制御手順を示すフローチャートである。
図７において、外部装置から調整パラメータを受信すると（ステップＳ２０１）、受信した調整パラメータをトナー濃度制御コントローラの調整パラメータとして設定する（ステップＳ２０２）。

図８は、本実施形態における計算機の計測データ受信時の制御手順を示すフローチャートである。
図８において、画像形成装置３０１から計測データを受信すると（ステップＳ３０１）、トナー濃度センサ１０７によって計測された計測データを記憶装置２０３の不揮発メモリに保存する。計測データの過去の履歴も保持しておく（ステップＳ３０２）。次いで、ある時点での最適な調整パラメータを画像形成装置に送信するかどうかを判定する（ステップＳ３０３）。ここで、送信すると判定するのは、印刷時間の合計が所定時間を経過したとき、あるいは前回送信時の調整パラメータと比較し、調整幅が所定の値を越えたときである。ステップＳ３０３の判定で、印刷時間の合計が所定時間を経過したときには、例えば、前回送信してからの合計印刷時間が１０時間を経過したとき、調整パラメータを送信する（ステップＳ３０３−ＹＥＳ）。また、前回の送信時の調整パラメータと比較し、更新する必要があると判断したとき、例えば、ＰＩＤコントローラの場合、前回送信時の調整パラメータ（Ｐゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲイン）と今回算出した調整パラメータの差分が一定以上だったとき、調整パラメータを送信する。他には、今回算出した調整パラメータが、前回送信時の調整パラメータよりも適切かどうかを、シミュレーションなどの検証を行った上で、送信するかどうかを判定することもできる。これらの場合は、調整パラメータを送信するかどうかの判定時に、送信する調整パラメータを算出しておく必要がある。いずれにしても、前記ステップＳ３０３では前記諸条件により調整パラメータを送信すると判定されたときに、ステップＳ３０４に移行する。

そこで、ステップＳ３０３で調整パラメータを画像形成装置３０１に送信する場合には、ステップＳ３０４で調整パラメータを算出し、ステップＳ３０５で算出した調整パラメータを送信する。また、ステップＳ３０３で、調整パラメータを送信する条件になっていない場合には、送信を行わず、処理を終える。

ステップＳ３０５における調整パラメータの算出は、以下のようにして行われる。
本実施形態では、計測データの履歴に基づいてトナー補給モデルのシステム同定を行い、得られたトナー補給モデルの数学モデルからＰＩＤコントローラの調整パラメータを求める。例えば、システム同定によって得られるトナー補給モデルの離散時間数学モデルを下記線形モデルとし、そのモデルに対して、最適な調整パラメータを算出する。システム同定及び最適な調整パラメータの算出は、公知の技術である。
Ｖｔ（ｎ＋１） ＝ Ａｎ・Ｖｔ（ｎ） ＋ Ｂｎ・ＭＴ（ｎ）
ただし、ＴＭ（ｎ）：今回のトナー補給量
Ｖｔ（ｎ）：今回のトナー濃度
Ｋｐ：Ｐ（比例）ゲイン
Ｋｉ：Ｉ（積分）ゲイン
Ｋｄ：Ｄ（微分）ゲイン
Ａｎ、Ｂｎ：係数
ここで、一般的に、
Ｖｔ（ｎ＋１）＝［ａｎ ａｎ−１ ・・・ ａ１］・［Ｖｔ（ｎ） Ｖｔ（ｎ−１） ・・・ Ｖｔ（１）］＾Ｔ＋ ［ｂｎ ｂｎ−１ ・・・ ｂ１］・［ＭＴ（ｎ） ＭＴ（ｎ−１） ・・・ ＭＴ（１）］＾Ｔ
ただし、ａｎ、・・・、ａ１：係数
ｂｎ、・・・、ｂ１：係数
［・・・］＾Ｔ：転置行列
のようにｎ次の離散時間数学モデルとすることもできる。

なお、本実施形態では、ＰＩＤコントローラについて説明しているが、その他に、ＰＩコントローラ、Ｉ−ＰＤコントローラ、Ｉ−Ｐコントローラ、ＰＩ−Ｄコントローラを使用することも可能である。各コントローラについての制御手法は公知であり、各Ｐゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインを使用した制御式も公知なので説明は省略する。

以上のように、本実施形態によれば、
１）画像形成装置３０１は、計測データを計算機３０２に送信し、その履歴をもとに算出されたトナー濃度制御コントローラの最適な調整パラメータを計算機３０２から受信して使用するので、製品搭載のＣＰＵやＲＯＭ／ＲＡＭ容量に負荷をかけることなく、常に最適なトナー濃度制御を行うことができる。
２）古典制御論の枠組みで体系化されている比例動作、積分動作、微分動作を組み合わせたトナー濃度制御コントローラとすることにより、古典制御論に基づいてトナー濃度制御性能を調整することができる。
３）計測データを計算機３０２に送信するタイミングをトナー濃度制御終了後としたので、トナー濃度制御中に送信することで生じる負荷を避けることができる。
４）計算機３０２は、画像形成装置３０１から計測データを受信し、その履歴をもとにトナー濃度制御コントローラの最適な調整パラメータを算出し、送信判定方法によって送信する必要があると判断した場合に、画像形成装置３０１に調整パラメータを送信するので、トナー補給装置１０５及び現像器１０３の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化を考慮して、最適な調整パラメータを送信することができる。
５）現代制御論の枠組みで体系化されているシステム同定理論を用いて調整パラメータを算出するので、現代制御論に基づいて最適な調整パラメータを算出することができる。
６）調整パラメータを画像形成装置３０１に送信するタイミングを印刷時間の合計が所定時間を経過した後としたので、トナー補給装置１０５及び現像器１０３の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化を考慮して調整パラメータを送信することができる。
７）調整パラメータを画像形成装置３０１に送信するタイミングが前回の調整パラメータと比較し、更新する必要があると判断した場合のみであるので、トナー補給装置１０５及び現像器１０３の製造過程における個体差、経時劣化や環境変化を考慮して必要なときに調整パラメータを送信することができる。
８）画像形成装置３０１と計算機３０２をネットワーク３０６に接続し、計算機３０２側で制御に必要な演算を行うので、画像形成装置３０１に搭載されたＣＰＵやＲＯＭ／ＲＡＭ容量に負荷をかけることなく、常に最適なトナー濃度制御を行うことができる。
等の効果を奏する。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが対象となることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る画像形成装置としてのカラープリンタの概略構成を示す図である。 本実施形態におけるトナー補給装置及び現像器の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る計算機の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るカラープリンタの制御回路の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るシステム全体の概略構成を示す図である。 本実施形態に係るトナー濃度制御の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における画像形成装置の調整パラメータ受信時の制御手順を示すフローチャートである。 本実施形態における計算機の計測データ受信時の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ 画像形成ユニット
２ 感光体ドラム
３ 光書込ユニット
４ 中間転写ベルト
５ １次転写ユニット
７ ２次転写ユニット
８ 定着ユニット
１０３ 現像器
１０５ トナー補給装置
１０７ トナー濃度検出センサ
２０２ 演算手段
２０３ 記憶装置
２０４ 入力装置
２０５ 出力装置
３０２ 計算機
３０６ ネットワーク
４０１ ＣＰＵ
４１０ 入出力Ｉ／Ｏ

Claims (10)

1. 像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、
   前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、
   前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   を有する画像形成装置において、
   前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる制御手段と、
   トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信するデータ送信手段と、
   前記制御手段の性能に関係する調整パラメータを前記外部装置から受信するデータ受信手段と、
   受信した前記調整パラメータに基づいて前記制御手段の調整パラメータを変更する変更手段と、
   を備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段はＰＩＤコントローラ、ＰＩコントローラ、Ｉ−ＰＤコントローラ、Ｉ−Ｐコントローラ及びＰＩ−Ｄコントローラの１つであり、
   前記調整パラメータは、当該１つのコントローラで使用される前記Ｐ，Ｉ，Ｄの各ゲインであること
   を特徴とする画像形成装置。
3. トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信するデータ受信手段と、
   受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持するデータ保持手段と、
   前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する調整パラメータ算出手段と、
   前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信するデータ送信手段と、
   を備えていることを特徴とする計算機。
4. 請求項３に記載の計算機において、
   前記調整パラメータ算出手段は、計測された前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値のデータの履歴に基づいてシステム同定を行い、得られた数学モデルから前記制御手段の調整パラメータを求めること
   を特徴とする計算機。
5. 請求項３又は４に記載の計算機において、
   前記データ送信手段は、印刷時間の合計時間が所定時間を経過したとき、又は、前回の調整パラメータと今回の調整パラメータを比較し、その比較結果から送信と判断されたとき、前記調整パラメータを送信すること
   を特徴とする計算機。
6. 請求項１又は２に記載の画像形成装置と、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の計算機が、通信手段により接続され、前記計算機が前記外部装置として機能することを特徴とする画像形成システム。
7. 像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、
   前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、
   前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   を有する画像形成装置のトナー濃度調整パラメータ変更方法において、
   前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる工程を備え、
   当該工程が、さらに、
   トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信する工程と、
   前記追従に必要な調整パラメータを前記外部装置から受信する工程と、
   受信した前記調整パラメータに基づいて前記調整パラメータを変更する工程と、
   を含むことを特徴とする画像形成装置のトナー濃度調整パラメータ変更方法。
8. トナー濃度調整パラメータを計算機から画像形成装置に送信するトナー濃度調整パラメータ送信方法において、
   トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信する工程と、
   受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持する工程と、
   前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する工程と、
   前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信する工程と、
   を備えていることを特徴とする計算機のトナー濃度調整パラメータ送信方法。
9. 像担持体の潜像に対してトナー現像する現像器と、
   前記現像器内に補給するトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段と、
   前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
   を有する画像形成装置のトナー濃度調整パラメータ変更方法をコンピュータによって実行するためのコンピュータプログラムにおいて、
   前記検出された現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させる手順を備え、
   当該手順は、さらに、
   トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を外部装置に送信する手順と、
   前記追従に必要な調整パラメータを前記外部装置から受信する手順と、
   受信した前記調整パラメータに基づいて前記調整パラメータを変更する手順と、
   を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
10. トナー濃度調整パラメータを計算機から画像形成装置に送信する送信方法をコンピュータによって実行するコンピュータプログラムにおいて、
    トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値を画像形成装置から受信する手順と、
    受信した前記トナー補給量、トナー濃度及びトナー濃度目標値の履歴を保持する手順と、
    前記画像形成装置の現像器内のトナー濃度に基づいて前記現像器内にトナーを補給し、当該現像器内のトナー濃度を前記トナー濃度目標値に追従させるための最適な調整パラメータを算出する手順と、
    前記調整パラメータを前記画像形成装置に送信する手順と、
    を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。

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