JP6032023B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
第1のトナー補給制御は、画像形成装置の潜像担持体上に露光装置(潜像形成手段)が潜像形成する際に用いるピクセル数等の画像書き込み情報(画像情報)から、その潜像を現像することで消費すると予想されるトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量に見合った量のトナーを補給する方法である。
図1は、実施形態に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。この図に示すフルカラープリンタ1の装置本体2内の略中央部には、4つのドラム状の潜像担持体としての感光体3Y,3M,3C,3Bkが、水平状態で図中左右方向に等間隔で離間して並列に配設されている。なお、添え字Y,M,C,Bkは各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示し、この添え字は必要に応じて割愛する。イエロー画像用の感光体3Yに着目すると、この感光体3Yは例えば直径30〜100mm程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機半導体層を設けた構造よりなり、図中時計回り方向(図に示す矢印方向)に回転駆動される。感光体3Yの下方側周囲には静電写真プロセスに従い帯電ローラ4Y、現像ローラ5Yを有する現像装置6Y、クリーニング器7Y等の作像手段が順に配設されている。マゼンタ、シアン、ブラック画像用の感光体3M,3C,3Bk側についても同様である。即ち、用いるトナーの色が異なるだけである。なお、感光体としてはベルト状のものを用いることも可能である。
先ず、パーソナルコンピュータ、スキャナー、ファクシミリ等から、出力画像に対応する画像信号がコントローラ50に伝送される。コントローラ50は、この画像信号を制御動作により決定された適正な出力画像信号に変換し、露光装置8に伝送する。露光装置8では半導体レーザから出射されたイエロー用の画像データ対応のレーザ光が帯電ローラ4Yにより一様帯電済みの感光体3Yの表面に照射されることにより静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置6Yによる現像処理を受けてイエロートナーで現像され、可視像となり、感光体3Yと同期して移動する中間転写ベルト12上に転写ローラ13Yによる転写作用を受けて転写される。このような潜像形成、現像、転写動作は感光体3M,3C,3Bk側でもタイミングをとって順次同様に行われる。この結果、中間転写ベルト12上には、イエローY、マゼンタM、シアンC及びブラックBkの各色トナー画像が順次重なり合ったフルカラートナー画像として担持され、搬送される。
図2に示す制御系において、トナー補給制御装置100には、現像装置6に取り付けられたトナー濃度検知手段(不図示)からトナー濃度情報が入力される。また、制御装置100には、露光装置8から潜像形成に用いる画像情報が入力される。本実施形態の制御装置100は、例えばプリント基板を実体とし、トナー濃度情報を用いたPID制御と画像情報を用いた定量制御とを併用したトナー補給制御を実行する。具体的には、PID制御では制御装置100は、トナー濃度検知手段からのトナー濃度情報と目標トナー濃度との差分値に基づいて、現在のトナー濃度を目標トナー濃度へ回復させるために必要なトナー補給量を算出する。また、定量制御では制御装置100は、露光装置8からの画像情報に基づいて、その画像情報に基づく画像形成動作により消費されるトナー量を予測し、そのトナー消費によるトナー濃度低下を抑制するのに必要なトナー補給量を算出する。制御装置100は、トナー補給量のトナーが現像装置6へ補給されるようにトナー補給装置70を制御する。
従来から、トナー濃度をトナー濃度目標値に近づけるためにPID制御を用いていた。PID制御を用いると、図示のように、トナー濃度とトナー濃度目標値の差が大きい区間(a)においてはトナー濃度の傾きが大きくなり、差が小さい区間(b)においては傾きが小さくなる。区間(a)では単位時間当たりのトナー濃度変化量が大きくなるため、印刷頁間又は頁内に大きな画像濃度変化が生じてしまう。
図示のように、従来技術においてPID制御においてゲインを低く設定すると、トナー濃度の傾きを小さくし、トナー濃度がトナー濃度目標値に近づく速度を遅らせることが出来る。しかし、トナー濃度とトナー濃度目標値との差が小さくなった区間(c)では、トナー補給量に誤差が生じた場合、トナー濃度をトナー濃度目標値に再度近づけられず、トナー濃度が薄くなったり濃くなったり振動してしまうことがある。
特許文献1では、図3で示した課題を解決するためにトナー濃度目標値を段階的に変更する方法が記載されている。しかし、環境等によって一時的に単位時間当たりのトナー補給量が変化すると、トナー濃度とトナー濃度目標値との差が大きくなる区間が生じてしまうことがある。このような場合、PID制御により単位時間当たりのトナー濃度変化が大きくなるため、やはり印刷頁間又は頁内に大きな画像濃度変化が生じてしまう。
図示のように、トナー補給制御装置100は、トナー濃度目標値から所定の値だけ異なる濃度を補給制御閾値とする。具体的には、トナー補給制御装置100は、トナー濃度目標値から所定の濃度だけ濃い値を第1の補給制御閾値(1)に、トナー濃度目標値から所定の濃度だけ薄い値を第2の補給制御閾値(2)に設定する。このとき、トナー濃度とトナー濃度目標値との差が、補給制御閾値とトナー濃度目標値との差よりも大きい場合(すなわち、図6の定量制御区間)には、トナー補給制御装置100は、露光装置8から入力される出力画像のピクセル数から所定の時間間隔でトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量に所定の補給量を加算した分だけトナー補給装置70によりトナー補給を行う(以下、「定量制御法」という)。
図示のように、補給制御閾値を設けずに定量制御のみを行うと、トナー濃度はトナー濃度目標値と一致することなく振動し続けてしまうことがある。このため、トナー濃度とトナー濃度目標値との差が、補給制御閾値とトナー濃度目標値との差よりも小さい場合(すなわち、図6のPID制御区間)には、所定の時間間隔でトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量にPID制御で算出した補給量を加算した分だけ補給を行う(PID制御法)。これにより、図6に示したように、トナー濃度をトナー濃度目標値に追従させることができる。
図中の区間Rは、定量制御の際に環境などにより一時的に単位時間当たりのトナー補給量が変化した部分を示す。この場合、図示のように区間Rではトナー濃度の傾きが一時的に変化するが、区間Rを出てトナー補給量が元に戻ったときには再び略一定勾配のトナー濃度変化になる。よって、一時的に単位時間当たりのトナー補給量が変化した場合でも、印刷頁間又は頁内の大きな画像濃度変化が発生することはない。
図6の場合とは対照的に、トナー濃度がトナー濃度目標値よりも濃く、定量制御区間にある場合、トナー補給制御装置100は、図9に示すように露光装置8から入力される出力画像のピクセル数から所定の時間間隔でトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量に所定のトナー量を減算した分だけトナー補給装置70によりトナー補給を行う(定量制御法)。この場合、算出したトナー消費量にマイナスの補給量を加算した分だけトナー補給を行うことになる。
前記第1実施形態では、トナー濃度検知手段によるトナー濃度の検知結果にノイズが入るとトナー濃度が補給制御閾値を行き来することになり、トナー補給制御装置100により定量制御法とPID制御法の切り替えが頻繁に行われる。このとき、PID制御法では使用するパラメータによっては過去のトナー濃度とトナー濃度目標値の差の累積値を用いる積分処理において累積値が溜まらなくなるため、トナー濃度がトナー濃度目標値に近づきにくくなる。
図10において、トナー補給制御装置100は、トナー濃度目標値から所定の濃度だけ濃い又は薄い4つの値を第1〜第4の補給制御閾値(1)〜(4)とする。ここで、第3の補給制御閾値(3) > 第1の補給制御閾値(1) > トナー濃度目標値 > 第2の補給制御閾値(2) > 第4の補給制御閾値(4) の関係がある。
・トナー濃度とトナー濃度目標値との差が、第2の又は第1の補給制御閾値(2)又は(1)とトナー濃度目標値との差よりも大きい場合には、露光装置8から入力される出力画像のピクセル数から所定の時間間隔でトナー消費量を算出する(定量制御法)。
・トナー濃度とトナー濃度目標値との差が、第2の又は第1の補給制御閾値(2)又は(1)とトナー濃度目標値との差以下の場合には、PID制御によりトナー濃度をトナー濃度目標値に近づけるために所要のトナー補給量を算出する(PID制御法)。
・ただし、トナー濃度が、第1の補給制御閾値(1)よりも低い濃度側から第1の補給制御閾値(1)を超えた場合に、PID制御法から定量制御法に切り替えず、トナー濃度が、第3の補給制御閾値(3)よりも低い濃度側から第3の補給制御閾値(3)をさらに超えた場合に、PID制御法から定量制御法に切り替えてトナー補給量を算出する。
・また、トナー濃度が、第2の補給制御閾値(2)よりも高い濃度側から第2の補給制御閾値(2)を超えた場合に、PID制御法から定量制御法に切り替えず、トナー濃度が、第4の補給制御閾値(4)よりも高い濃度側から第4の補給制御閾値(4)をさらに超えた場合に、PID制御法から定量制御法に切り替えてトナー補給量を算出する。
その後、トナー補給制御装置100は、算出したトナー補給量だけトナー補給装置70によりトナー補給を行う。
図示のように、トナー補給量に変化がない場合(図中左側の点線)、トナー濃度グラフの傾きは定量制御によって一定となる。一方、単位時間当たりのトナー補給量が変化した場合(図中右側の点線)、トナー補給量が変化する区間R内におけるトナー濃度グラフの傾きは区間R外と異なり、区間Rから出るときに再び区間R外での傾きに一致する。また、トナー濃度がトナー濃度目標値に到達する時間は、トナー補給量に変化がない場合と比べて遅くなる。
前記第3実施形態と同様に、定量制御時に環境等のために単位時間当たりのトナー補給量が変化した場合(図中右側の点線)、トナー濃度がトナー濃度目標値に到達する時間は補給量変化がない場合(図中左側の点線)と比べて異なってしまう。この課題について、第4実施形態では、トナー補給制御装置100は、所定の時間間隔でトナー濃度グラフの傾き(X)を算出し、その傾き(X)と補給量変化がない場合の理想的な傾き(Y)との比をトナー補給量に乗算する。この場合、傾き(Y)と傾き(X)の比をとり、比は1より大きい値となる。図中の縦の破線は、当該所定の時間間隔で行う補給量補正タイミングを示している。この例では、区間R内でトナー補給量を1回増大補正して、トナー濃度グラフの傾きを区間R外での傾きに略一致させている。
図示のように、前記第4実施形態ではトナー濃度の傾きが急になる箇所が生じ得る。そこで、第5実施形態では、トナー補給制御装置100は、前記第4実施形態と同様に理想的な傾き(Y)とトナー濃度グラフの傾き(X)の比を求め、これを補給量に乗算するが、求める傾きの比に上限及び下限を設定する。これにより、図示のように、トナー濃度は前記第4実施形態と同様にトナー補給制御を行った場合よりも緩やかに変化する。
本発明では、トナー濃度目標値が変更された場合などに、それまで行っていたトナー補給制御方法が切り替わることがある。図中の縦の破線が示すタイミングでトナー濃度目標値が変更されている。例えば、初めのPID制御区間において積分処理に用いるトナー濃度とトナー濃度目標値の差の累積値(以下、「I項」という)が残っている状態で、トナー濃度グラフは縦の破線を越えて変更されたトナー濃度目標値での定量制御区間に入り、その後再度PID制御区間に入る。このとき、I項を含めてトナー補給制御を行うため、トナー濃度グラフの傾きが急になったり、トナー濃度がトナー濃度目標値よりも高い値になったりすることがある。
図14のような問題を解決するために、トナー濃度目標値が変更されたとき、トナー補給制御装置100は、変更前のPID制御区間において積分処理に用いたトナー濃度とトナー濃度目標値の差の累積値(I項)をクリアする。
3 感光体(潜像担持体)
8 露光装置(潜像形成手段)
6 現像装置
70 トナー補給装置
100 トナー補給制御装置
Claims (6)
- 潜像担持体と、画像情報に基づいて前記潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを用いて前記潜像担持体上の潜像を現像する現像装置と、前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記潜像形成手段からの画像情報及び前記トナー濃度検知手段からのトナー濃度情報が入力されるトナー補給制御装置と、前記トナー補給制御装置で算出されるトナー補給量を補給するトナー補給装置と、を有する画像形成装置において、
前記トナー補給制御装置は、トナー濃度目標値から所定の濃度だけ濃い値を第1の補給制御閾値、前記トナー濃度目標値から所定の濃度だけ薄い値を第2の補給制御閾値として設定し、
前記トナー濃度と前記トナー濃度目標値との差が、前記第2の又は第1の補給制御閾値と前記トナー濃度目標値との差よりも大きい場合、前記トナー補給制御装置は、出力画像のピクセル数を基にトナー消費量を算出し、算出した前記トナー消費量に所定量を加算又は減算して前記トナー補給量を算出し(定量制御法)、
前記トナー濃度と前記トナー濃度目標値との差が、前記第2の又は第1の補給制御閾値と前記トナー濃度目標値との差以下の場合、前記トナー補給制御装置は、PID制御により前記トナー濃度を前記トナー濃度目標値に近づけるために所要の前記トナー補給量を算出する(PID制御法)画像形成装置。 - 潜像担持体と、画像情報に基づいて前記潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナーを用いて前記潜像担持体上の潜像を現像する現像装置と、前記現像装置内のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記潜像形成手段からの画像情報及び前記トナー濃度検知手段からのトナー濃度情報が入力されるトナー補給制御装置と、前記トナー補給制御装置で算出されるトナー補給量を補給するトナー補給装置と、を有する画像形成装置において、
前記トナー補給制御装置は、トナー濃度目標値から所定の濃度だけ濃い値を第1の補給制御閾値、前記トナー濃度目標値から所定の濃度だけ薄い値を第2の補給制御閾値、前記第1の補給制御閾値から所定の濃度だけ濃い値を第3の補給制御閾値、前記第2の補給制御閾値から所定の濃度だけ薄い値を第4の補給制御閾値として設定し、
前記トナー濃度と前記トナー濃度目標値との差が、前記第2の又は第1の補給制御閾値と前記トナー濃度目標値との差よりも大きい場合、前記トナー補給制御装置は、出力画像のピクセル数を基にトナー消費量を算出し、算出した前記トナー消費量に所定量を加算又は減算して前記トナー補給量を算出し(定量制御法)、
前記トナー濃度と前記トナー濃度目標値との差が、前記第2の又は第1の補給制御閾値と前記トナー濃度目標値との差以下の場合、前記トナー補給制御装置は、PID制御により前記トナー濃度を前記トナー濃度目標値に近づけるために所要の前記トナー補給量を算出し(PID制御法)、
前記トナー濃度が、前記第1の補給制御閾値よりも低い濃度側から前記第1の補給制御閾値を超えた場合に、前記トナー補給制御装置は前記PID制御法から前記定量制御法に切り替えず、前記トナー濃度が、前記第3の補給制御閾値よりも低い濃度側から前記第3の補給制御閾値をさらに超えた場合に、前記トナー補給制御装置は前記PID制御法から前記定量制御法に切り替えて前記トナー補給量を算出し、
前記トナー濃度が、前記第2の補給制御閾値よりも高い濃度側から前記第2の補給制御閾値を超えた場合に、前記トナー補給制御装置は前記PID制御法から前記定量制御法に切り替えず、前記トナー濃度が、前記第4の補給制御閾値よりも高い濃度側から前記第4の補給制御閾値をさらに超えた場合に、前記トナー補給制御装置は前記PID制御法から前記定量制御法に切り替えて前記トナー補給量を算出する画像形成装置。 - 前記トナー補給制御装置は、所定の時間間隔で前記トナー濃度の変化量から前記トナー補給量の多寡を判断し、前記トナー補給量が基準値より多い場合には算出した前記トナー補給量に1未満の値を乗算し、前記トナー補給量が基準値以下の場合には算出した前記トナー補給量に1以上の値を乗算する、請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記トナー補給制御装置は、所定の時間間隔で時間に対する前記トナー濃度の傾きを算出し、その傾きと単位時間当たりの前記トナー補給量が変化しない場合の前記トナー濃度の理想的な傾きとの比を前記トナー補給量に乗算する、請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記トナー補給制御装置は前記比に上限及び下限を設ける、請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記トナー濃度目標値が変更されたとき、前記トナー補給制御装置は、変更前のPID制御区間において積分処理に用いた前記トナー濃度と前記トナー濃度目標値の差の累積値をクリアする、請求項1又は2に記載の画像形成装置。
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