JP4950601B2 - トナー補給制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、ファクシミリ、プリンター等におけるトナー補給制御装置、およびそのトナー補給制御装置を搭載した画像形成装置に関する。

従来、２成分系現像剤を用いる画像形成装置においては、所望の画像濃度を得るために、現像器内の現像剤のトナー濃度を一定に維持するべく、トナーの消費量に応じて現像器内にトナーを補給する必要がある。そこで画像情報を用いてトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量に見合うトナー補給量を算出・補給する手法がある。さらにこのとき、トナー補給量の制限により、算出したトナー補給量全てを一度に加えることができないため、トナー補給量の制限値と算出補給量の差分（トナー未補給量）を分割し、次回以降の複数回の補給に上乗せして補給する手法がある。これらの従来例として、例えば、特許文献１に記載の「トナー補給制御方法及びその方法を用いた画像形成装置」や、特許文献２に記載の「複写機の自動画像濃度制御方法」や、特許文献３に記載の「画像濃度安定化装置」や、特許文献４に記載の「画像形成装置」がある。
特開平５−２３３４号公報 特公平５−１１３１０号公報 特開昭６３−４０１７９号公報 特許第２９９１７８７号公報

しかしながら、これらの手法は、補給量と消費量の収支を考慮しているため最終的なトナー濃度は維持されるが、トナー濃度の時間的な変化、つまり動的な変化は考慮していないため印刷動作中の動的なトナー濃度にムラが生じてしまうという問題点があった。そこで本発明は、トナー濃度の動的な変化を安定させるために、印刷動作中に複数回、トナー濃度とその目標値との追従誤差をフィードバックして補給量を算出し、補給する手法を提案することにより、トナー濃度ムラを解消することを目的とした。さらに、従来技術では、補給量の制限がある場合に、追従誤差のフィードバックにより算出した補給量にトナー未補給量を上乗せすると、フィードバック制御としてつじつまが合わずに制御が破綻してしまうという問題点があった。そこで本発明は、トナー未補給量と追従誤差をフィードバックして補給量を算出し補給する手法を提案することにより、トナー濃度を動的に安定させることを目的とした。

上記課題を解決するために、請求項１の発明のトナー補給制御装置は、演算トナー補給量を算出する制御装置と、前記演算トナー補給量と予め設定されたトナー補給量上下限値に応じてアクチュエータに指令するための指令トナー補給量を算出する手段と、前記演算トナー補給量から前記指令トナー補給量を減算した差分量としてトナー未補給量を算出する手段と、前記トナー未補給量と現在の画素情報を用いてセンサ追従誤差補正量を算出する手段と、を備え、前記制御装置は、トナー濃度センサ出力とトナー濃度センサ出力目標値とにより算出されるセンサ追従誤差と、前記センサ追従誤差補正量とを用いて前記演算トナー補給量を算出することを特徴とする。

請求項２の発明のトナー補給制御装置は、請求項１の発明のトナー補給制御装置において、前記指令トナー補給量の算出を用紙１枚印刷する期間内で複数回行うことを特徴とした。

請求項３の発明のトナー補給制御装置は、請求項２の発明のトナー補給制御装置において、前記指令トナー補給量を用紙１枚印刷する期間内で複数回アクチュエータに指令することを特徴とした。

請求項４の発明のトナー補給制御装置は、請求項１の発明のトナー補給制御装置において、前記センサ追従誤差補正量は前記画素情報に応じて更新された補正係数と前記トナー未補給量とを乗算して算出することを特徴とした。

請求項５の発明のトナー補給制御装置は、請求項４の発明のトナー補給制御装置において、前記補正係数は前記画素情報と過去の画素情報との差分値を用いて更新することを特徴とした。

請求項６の発明のトナー補給制御装置は、請求項５の発明のトナー補給制御装置において、前記補正係数は前記差分値が予め設定された閾値を越えた場合に更新することを特徴とした。

請求項７の発明のトナー補給制御装置は、請求項５の発明のトナー補給制御装置において、前記補正係数の更新量の正負の符号は前記差分値の符号と反対であることを特徴とした。

請求項８の発明のトナー補給制御装置は、請求項４乃至７のいずれかの発明のトナー補給制御装置において、前記画素情報は印刷媒体の面積に対するトナー付着領域の総面積の割合として算出することを特徴とした。

請求項９の発明のトナー補給制御装置は、請求項１の発明のトナー補給制御装置において、前記演算トナー補給量は前記センサ追従誤差と前記センサ追従誤差補正量とを積分した値を用いて算出することを特徴とした。

請求項１０の発明の画像形成装置は、請求項１乃至９のいずれかのトナー補給制御装置を搭載したことを特徴とする。

以上述べたように本発明のトナー補給制御装置によれば、センサ追従誤差に加えてトナー未補給量を補正した補正値を用いてトナー補給量を算出し補給することで、トナー補給量の制限の有無に関わらず、トナー濃度のムラを無くすことができる。

本発明のトナー補給制御装置によれば、センサ追従誤差に加えてトナー未補給量を補正した補正値を用いて印刷動作中に複数回トナー補給量を算出し補給することで、印刷動作中の動的なトナー濃度のムラを無くすことができる。

本発明のトナー補給制御装置によれば、画像情報の差分値が予め設定された閾値を超えたらトナー未補給量の補正係数を更新することで、画像情報の変化による過敏な補正係数の更新を防ぐことができる。

本発明のトナー補給制御装置によれば、過去に印刷した画像よりも現在印刷する画像が高画像の場合は補正係数が小さくなるように更新することで、高画像消費による急激なトナー補給を防ぐことができる。

本発明のトナー補給制御装置によれば、過去に印刷した画像よりも現在印刷する画像が低画像の場合は補正係数が大きくなるように更新することで、より速くトナー濃度センサ出力を目標値に収束させることができる。

本発明の画像形成装置によれば、トナー濃度ムラが解消されて、トナー濃度が動的に安定した画像が形成されるようになる。

以下、本発明を画像形成装置の一例であるデジタル複写機に適用した実施形態について図面に基づいて説明する。このデジタル複写機は原稿読取手段である読取装置（スキャナー）と、読み取られた原稿情報を紙に複写するための一連のプロセスを実行する複写装置（プリンター）とから構成される。読取装置としては、例えば、コンタクトガラスの下方に配置された原稿照明用のランプを有する移動光学系でコンタクトガラス上の原稿を副走査し、原稿の下表面で原稿画像の濃度に応じて反射され光をミラー及びレンズを介して一次元イメージセンサーに入射し、この一次元イメージセンサーによって、原稿画像上の主走査方向の一ラインを検出しながら、移動光学系の副走査によって原稿の二次元画像を読み取るように構成することができる。

図１は、上述したデジタル複写機の実施形態の機構部を示す概略構成図である。図１において、感光体ドラム１の周囲には帯電チャージャ２、書き込みユニット３、現像器５、転写ローラ６、図示されていないクリーニングユニット、除電装置などが備えられている。感光体ドラム１の表面は、まず帯電チャージャ２によって生じるコロナ電流によって一様に高電位に帯電される。この表面に書き込みユニット３からのレーザー光が照射され、その光の強度に応じて帯電電位が変化し、レーザー光の照射の有無に応じた電位分布が形成される。

書き込みユニット３には、レーザー光の光源として半導体レーザー（以下、書込ＬＤという）を備え、それが発するレーザー光を、回転多面境、レンズ、ミラー等の光学系を通して感光体ドラム１の表面に照射し、この回転多面鏡は電気モータによって高速で定速回転駆動されることによって感光体上での主走査を行うものを用いることが出来る。そして、制御装置で記録すべき画素単位の位置信号（記録有り／記録無し）を各々の画素位置が回転多面鏡の回転位置と同期するように書込ＬＤに印加し、画像の各走査位置で、その画素の濃度（記録有り／記録無し）に応じてレーザー光がオン／オフ制御する。

これにより、感光体ドラム１上に形成される電位分布は、原稿画像の濃淡に対応し静電潜像を構成する。この静電潜像は、書き込みユニット３よりも下流に配置された現像器５で供給されるトナーによって可視像化される。この現像器５は、感光体上にトナーを供給する現像ローラ４と、トナーとキャリアが混ざった現像剤を攪拌・搬送するための搬送スクリュ７、トナー濃度センサ（以下、Ｔセンサと呼ぶ）８等から構成されている。攪拌スクリュ７はＣＰＵ１１の指令により作動する現像攪拌モータ１０によって駆動される。

また、Ｔセンサ８から検出されたトナー濃度出力を用いてＣＰＵ１１により算出された信号によりトナー補給量が決定され、そのトナー補給量に応じてトナーボトル駆動モータ９が駆動され、それに連動して図示していないトナーボトルが動作し、現像器５にトナーを補給する。このときＣＰＵ１１は必要に応じてメモリ１２からデータの読み書きを行う。一方、図示しないカセットから繰り出された転写紙は、図示しないレジストローラを介して感光体ドラム１の表面に送り込まれ、転写ローラ６でトナー像が転写された後に感光体ドラム１表面から分離される。トナー像の転写がされた転写紙は、図示しない定着装置を通過するときにトナー像が定着され、図示しない排紙トレイに排紙される。

次に、上述したデジタル複写機に対する本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図２は本発明のトナー補給制御装置の概要構成を示すブロック図である。図２において、本発明は、演算トナー補給量算出装置１０１と、指令トナー補給量算出装置１０２と、補給時間算出装置１０３と、トナー未補給量算出装置１０４と、増幅器１０５と、補正係数算出装置１０６とを備えている。

演算トナー補給量算出装置１０１は、トナー濃度センサ出力目標値とトナー濃度センサ出力の差分（以下、センサ追従誤差という）とセンサ追従誤差補正量を用いて演算トナー補給量を算出する。指令トナー補給量算出装置１０２は、この算出された演算トナー補給量と予め設定されたトナー補給量上下限値を用いて指令トナー補給量を算出する。トナーボトルの駆動はＯＮかＯＦＦであるので、指令トナー補給量だけ補給するためのトナーボトル駆動時間（モータＯＮ時間）を補給時間算出装置１０３で算出する。一方、トナー未補給量算出装置１０４は指令トナー補給量と演算トナー補給量を用いてトナー未補給量を算出する。またセンサ追従誤差補正量はトナー未補給量を増幅器１０５に通すことで得られる。この増幅器１０５のゲインＡ（以下、補正係数という）は画素情報を用いて補正係数算出装置によって算出される。

図３は実施形態の手順の一例を表すフローチャートである。図３において、現像攪拌モータ１０の始動をスタートとして（Ｓ１）、以降、前記現像モータが止まるまでの間、一定の時間間隔ｄｔで図２の構成にしたがってトナーボトル駆動時間を算出し（Ｓ２）、トナーボトル駆動モータ９を駆動する（Ｓ３）。なお、本実施形態は単なる例示にすぎず本発明を限定するものではない。したがって本発明は当然にその要旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変形が可能である。例えば、前記指令トナー補給量の算出の開始を、感光帯上のレーザーの書き込みタイミングを表すＦＧＡＴＥ信号に同期させてもよい。

図４は、演算トナー補給量と指令トナー補給量の関係を示すグラフであり、これは図２における指令トナー補給量算出装置１０２、トナー未補給量算出装置１０４の実施形態の一例を説明したものである。算出された演算トナー補給量が上下限値の範囲に入っているときは演算トナー補給量を指令トナー補給量に設定し、算出された演算トナー補給量が上下限の範囲外であるときはトナー補給量上下限値を指令トナー補給量に設定する。そして指令トナー補給量と演算トナー補給量の差分を算出してトナー未補給量とする。

ここで、図５は指令トナー補給量算出装置１０２、トナー未補給量算出装置１０４の動作を示すフローチャートである。まず、演算トナー補給量がトナー補給量上限値より小さいか否かを判断し（Ｓ１１）、トナー補給量上限値より小さい場合には演算トナー補給量がトナー補給量下限値より大きいか否かを判断し（Ｓ１２）、トナー補給量下限値より大きい場合には指令トナー補給量に演算トナー補給量を設定し（Ｓ１３）、さらにトナー未補給量を０とする（Ｓ１４）。

トナー補給量上限値よりも大きい場合には、指令トナー補給量にトナー補給量上限値を設定し（Ｓ１５）、指令トナー補給量とトナー補給量上限値との差をトナー未補給量とする（Ｓ１６）。またトナー補給量下限値よりも小さい場合には、指令トナー補給量にトナー補給量下限値を設定し（Ｓ１７）、指令トナー補給量とトナー補給量下限値との差をトナー未補給量とする（Ｓ１８）。最後に算出したトナー未補給量をメモリ１２に保存する（Ｓ１９）。

図６は、実施形態の手順の一例を示すフローチャートである。これは図２における増幅器１０５および補正係数算出装置１０６の実施形態の一例を説明したものである。図６では、まず現在の画素情報を取得し（Ｓ１０１）、メモリ１２に保存された過去の画素情報（Ｓ１０２）との差分値を画素差分値とした後（Ｓ１０３）、メモリ１２内の画素情報を現在の画素情報で更新する（Ｓ１０２）。ここで画素情報は書込ＬＤのレーザー光の照射により求まった感光帯上のトナー付着領域の総面積から取得する。

次に、補正係数の算出手順を説明する。まず画素差分値がメモリ１２に保存された閾値よりも大きいか否かを判定し（Ｓ１０４）、画素差分値が閾値より大きい場合は画素情報を用いて新たに補正係数Ａをメモリ１２に記憶されたルックアップテーブルに基づいて算出する（Ｓ１０５）。ここで、補正係数を算出するルックアップテーブルの値は高画素になるにつれて小さくなるように設定しておく。そして、画素差分値が閾値より小さい場合はメモリ１２に保存されていた値を補正係数Ａとする（Ｓ１０６）。その後メモリ１２に保存されている補正係数を現在の補正係数で更新する（Ｓ１０７）。

そして、メモリ１２に保存されたトナー未補給量（Ｓ１９）に補正係数Ａを掛け合わせセンサ追従誤差補正量を算出し（Ｓ１０８）、センサ追従誤差補正量をメモリ１２に保存する（Ｓ１０９）。なお、本実施形態は単なる例示にすぎず本発明を限定するものではない。したがって本発明は当然にその要旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変形が可能である。例えば、画素情報として感光帯上のトナー付着量をフォトセンサで計測してもよい。

図７は実施形態の手順の一例を示すフローチャートである。これは図２における演算トナー補給量算出装置１０１の実施形態の一例を説明したものである。Ｔセンサ８によりトナー濃度センサ出力を検出し（Ｓ２０１）、メモリ１２に設定されているトナー濃度センサ目標値を用いてセンサ追従誤差を算出する（Ｓ２０３）。そしてセンサ追従誤差補正量をメモリ１２から取得し（Ｓ２０４）、センサ追従誤差とセンサ追従誤差補正量を積分する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。

そして、それら積分値を重み付き平均したものを演算トナー補給量とする（Ｓ２０７）。なお、本実施形態は単なる例示にすぎず本発明を限定するものではない。したがって本発明は当然にその要旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変形が可能である。例えば、重み付き平均に用いる値としてセンサ追従誤差の微分値やセンサ追従誤差を追加してもよい。またセンサ追従誤差の積分値・微分値の代わりにトナー濃度センサ出力の積分値・微分値を用いてもよい。

本発明の画像形成装置の実施形態は、図２のブロック図に示されるトナー補給制御装置を備えた画像形成装置となる。

本発明の実施形態であるデジタル複写機の機構部を示す概略構成図である。 本発明のトナー補給制御装置の概要構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の手順の一例を表すフローチャートである。 演算トナー補給量と指令トナー補給量の関係を示すグラフである。 指令トナー補給量算出装置とトナー未補給量算出装置の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の手順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電チャージャ
３ 書き込みユニット
４ 現像ローラ
５ 現像器
６ 転写ローラ
７ 搬送スクリュ
８ トナー濃度センサ（Ｔセンサ）
９ トナーボトル駆動モータ
１０ 現像攪拌モータ
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１０１ 演算トナー補給量算出装置
１０２ 指令トナー補給量算出装置
１０３ 補給時間算出装置
１０４ トナー未補給量算出装置
１０５ 増幅器
１０６ 補正係数算出装置

Claims (10)

1. 演算トナー補給量を算出する制御装置と、
   前記演算トナー補給量と予め設定されたトナー補給量上下限値に応じてアクチュエータに指令するための指令トナー補給量を算出する手段と、
   前記演算トナー補給量から前記指令トナー補給量を減算した差分量としてトナー未補給量を算出する手段と、
   前記トナー未補給量と現在の画素情報を用いてセンサ追従誤差補正量を算出する手段と、を備え、
   前記制御装置は、トナー濃度センサ出力とトナー濃度センサ出力目標値とにより算出されるセンサ追従誤差と、前記センサ追従誤差補正量とを用いて前記演算トナー補給量を算出することを特徴とするトナー補給制御装置。
2. 請求項１に記載のトナー補給制御装置において、
   前記指令トナー補給量の算出を用紙１枚印刷する期間内で複数回行うことを特徴とするトナー補給制御装置。
3. 請求項２に記載のトナー補給制御装置において、
   前記指令トナー補給量を用紙１枚印刷する期間内で複数回アクチュエータに指令することを特徴とするトナー補給制御装置。
4. 請求項１に記載のトナー補給制御装置において、
   前記センサ追従誤差補正量は前記画素情報に応じて更新された補正係数と前記トナー未補給量とを乗算して算出することを特徴とするトナー補給制御装置。
5. 請求項４に記載のトナー補給制御装置において、
   前記補正係数は前記画素情報と過去の画素情報との差分値を用いて更新することを特徴とするトナー補給制御装置。
6. 請求項５に記載のトナー補給制御装置において、
   前記補正係数は前記差分値が予め設定された閾値を越えた場合に更新することを特徴とするトナー補給制御装置。
7. 請求項５に記載のトナー補給制御装置において、
   前記補正係数の更新量の正負の符号は前記差分値の符号と反対であることを特徴とするトナー補給制御装置。
8. 請求項４乃至７のいずれかに記載のトナー補給制御装置において、
   前記画素情報は印刷媒体の面積に対するトナー付着領域の総面積の割合として算出することを特徴とするトナー補給制御装置。
9. 請求項１に記載のトナー補給制御装置において、
   前記演算トナー補給量は前記センサ追従誤差と前記センサ追従誤差補正量とを積分した値を用いて算出することを特徴とするトナー補給制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のトナー補給制御装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。