JP6214380B2 - 画像形成装置、及び、画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、現像器にトナーを補給するトナー補給制御に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、現像器に収容されたトナーを消費して、画像形成装置に入力された画像データに基づきトナー像を形成する。

また、画像形成装置は、現像器に収容されている現像剤に対するトナーの割合［ｗｔ％］（以降、トナー濃度と称す。）に応じて、現像された画像（トナー像）の濃度が変化することが知られている。そのため、画像形成装置は、現像器に収容されている現像剤のトナー濃度が目標濃度（目標比率［ｗｔ％］）となるように、収容容器から現像器にトナーを補給する必要がある。

従来、トナー像を形成することによって現像器から消費されるトナーの量（消費量）と、現像器に収容されている現像剤のトナー濃度と目標濃度の差分とに基づいて、トナー補給量を決定する画像形成装置が知られている。例えば、画像データに基づいて予測されたトナーの消費量、収容部に収容されている現像剤のトナー濃度と目標トナー濃度の差分、及び、この差分の累積値に基づいて、トナー補給量を決定する画像形成装置がある（特許文献１）。

ここで、トナーの消費量は計算による理論的なものなので、実際に現像器から消費されるトナーの実消費量と前述の予測された消費量とには若干の誤差がある。さらに、収容容器から現像器に補給されるトナーの量にも誤差がある。これにより、前述の決定されたトナー補給量に基づいて現像器にトナーが補給されても、現像器内の現像剤のトナー濃度が目標トナー濃度とならない可能性がある。そのため、特許文献１においては、現像器に収容されている現像器のトナー濃度と目標トナー濃度との差分にも基づいて現像器に収容されている現像剤のトナー濃度を目標トナー濃度とするための補正量を決定し、消費量と補正量とを合算することによってトナー補給量を決定している。

特開２０１３−１６０９６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の画像形成装置は、現像器内のトナーの量が目標量よりも多い状態で、複数の低トナー消費量のトナー像を形成した後に複数の高トナー消費量のトナー像を形成する場合、高トナー消費量のトナー像を形成し始めた後に速やかに現像器にトナーが補給されないという問題があった。

現像器内のトナーの量が目標量よりも多い状態で、複数の低トナー消費量のトナー像を形成している間に算出された前述の補正量はトナーの補給量を抑制するような値となる。具体的には、補正量に含まれるトナー濃度と目標トナー濃度との差分の累積値がトナーの補給量を抑制するような値となる。

そのため、複数の低トナー消費量のトナー像を形成した後に、高トナー消費量のトナー像を形成する場合、高トナー消費量のトナー像に応じて予測されるトナー消費量よりもトナーの補給量を抑制させるような補正量が大きくなってしまう可能性がある。これにより、高トナー消費量のトナー像が形成され始めて、現像器内のトナーが減少しているにも拘わらず、現像器にトナーが補給されなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、現像器へのトナーの補給を高精度に制御できる画像形成装置、及び、画像形成装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の画像形成装置は、トナーを含む現像剤を収容する現像器を備え、前記現像器に収容された前記トナーを用いて、画像データに基づき画像を形成する画像形成手段と、前記現像器にトナーを補給する補給手段と、前記画像形成手段が前記画像を形成することによって前記現像器から消費される前記トナーの消費量を前記画像データに基づいて演算する消費量演算手段と、前記現像器に収容された現像剤のトナー濃度を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された前記トナー濃度と、前記現像器に収容される現像剤のトナー濃度の目標値との差を演算する差分演算手段と、前記差分演算手段により演算された前記差の累積値を演算する累積値演算手段と、前記差の累積値の少なくとも上限値と下限値とのいずれか一方を設定する設定手段と、前記消費量演算手段により演算された前記消費量、前記差分演算手段により演算された前記差、前記累積値演算手段により演算された前記差の累積値、及び、前記設定手段により設定された少なくとも前記上限値と前記下限値とのいずれか一方に基づいて、前記補給手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、他の請求項に記載の画像形成装置の制御方法は、トナーを含む現像剤を収容する現像器を備え、前記現像器に収容された前記トナーを用いて、画像データに基づき画像を形成する画像形成手段と、前記現像器にトナーを補給する補給手段と、前記現像器に収容された現像剤のトナー濃度を検知する検知手段とを有する画像形成装置の制御方法であって、前記画像形成手段が前記画像を形成することによって前記現像器から消費される前記トナーの消費量を決定する工程と、前記検知手段により検知された前記トナー濃度と、前記現像器に収容される現像剤のトナー濃度の目標値との差を演算する工程と、前記差の累積値を演算する工程と、前記差の累積値の少なくとも上限値と前記差の累積値の下限値のいずれか一方を決定する工程と、前記消費量、前記差、前記差の累積値、及び、少なくとも前記上限値と前記下限値とのいずれか一方に基づいて、前記補給手段を制御する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、現像器へのトナーの補給を高精度に制御できる。

画像形成装置の概略構成図 画像形成装置に具備された現像器の要部概略図 実施例１のトナー補給に係る電気的な構成を示すブロック図 実施例１のトナー補給制御を表すフローチャート図 ビデオカウント値とトナー消費量の換算テーブルの説明図 実施例１における積分制限値の説明図 実施例１と比較例とのトナー濃度の推移を表した遷移図 実施例２のトナー補給に係る電気的な構成を示すブロック図 実施例２のトナー補給制御を表すフローチャート図 実施例２における積分ゲインの説明図 実施例２と比較例とのトナー濃度の推移を表した遷移図

（実施例１）
（画像形成装置について）
図１は、画像形成装置の概略構成図である。図１において、原稿３１の画像はリーダによって読み取られる。リーダは原稿３１に光を照射し、原稿３１から反射された光をレンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に投影することによって原稿３１の読み取りを行う。この撮像素子３３は原稿３１の画像の濃度に対応したアナログ画像信号を発生する。撮像素子３３から出力されるアナログ画像信号は画像信号処理回路３４に送られ、ここで画素毎の濃度に対応した出力レベルを有するデジタル画像信号に変換され、パルス幅変調回路３５に送られる。

このパルス幅変調回路３５は入力されるデジタル画像信号に基づき、各画素の濃度に応じた時間幅（時間長）のパルス信号を出力する。パルス幅変調回路３５から出力されたパルス信号は半導体レーザ３６に供給される。半導体レーザ３６はパルス信号の時間幅に基づいてレーザ光を出射する。

半導体レーザ３６から出射されたレーザ光３６ａは回転多面鏡３７によって偏向され、ｆ／θレンズ等のレンズ３８やミラー３９によって感光ドラム４０上に照射される。なお、感光ドラム４０は図中矢印方向へ回転駆動される。回転多面鏡３７により偏向されたレーザ光３６ａは、回転多面鏡３７の回転によって、感光ドラム４０の回転軸と平行な方向（主走査方向）に走査される。

感光ドラム４０は、除電器４１で除電された後、帯電器４２により均一に帯電される。露光装置は、半導体レーザ３６、回転多面鏡３７、レンズ３８、ミラー３９を有する。この露光装置が、デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光３６ａによって感光ドラム４０を露光し、感光ドラム４０上にデジタル画像信号に対応した静電潜像を形成する。現像器４４は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤４３を収容する収容部である。現像器４４は、感光ドラム４０上に形成された静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する。記録材担持ベルト４７は、２個のローラ４５、及び４６に架け回されており、記録材４８を担持して図中矢印方向へ搬送する。転写帯電器４９は、感光ドラム４０上に形成されたトナー像を、記録材担持ベルト４７に担持された記録材４８に転写する。

このトナー像が転写された記録材４８は記録材担持ベルト４７から分離されて図示しない定着器へ向けて搬送される。定着器は、ヒータを有する加熱ローラと加熱ローラを押圧する加圧ローラとを備え、トナー像が形成された記録材４８に熱と圧力を加えることによって、記録材４８上のトナー像を記録材４８に定着する。ドラムクリーナ５０は、感光ドラム４０上のトナー像が記録材４８に転写された後、この感光ドラム４０上に残った残留トナーを除去する。

なお、以上の説明において、感光ドラム４０、除電器４１、帯電器４２、現像器４４、転写帯電器４９、及びドラムクリーナ５０を備えた画像形成ステーションが１つの画像形成装置について説明したが、複数の画像形成ステーションを有する画像形成装置であってもよい。例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する４つの画像形成ステーションが、記録材担持ベルト４７の搬送方向に沿って並んで配置されたフルカラーの画像形成装置であってもよい。この構成とする場合、原稿の画像をシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックに色分解し、各画像形成ステーションに対応した色成分毎のトナー像が感光ドラム上に形成される。そして、各画像形成ステーション上の色成分毎のトナー像が、記録材担持ベルト４７に担持された記録材４８に順次転写され、フルカラーのトナー像が形成される。

図２は、現像器４４の要部概略図である。現像器４４は感光ドラム４０に対向して配置されている。現像器４４の内部は、隔壁５１によって現像室５２と撹拌室５３とに区画されている。現像室５２には矢印方向に回転する非磁性の現像スリーブ５４が配置されており、この現像スリーブ５４内にマグネット５５が固定されている。

現像スリーブ５４に担持された現像剤４３は規制ブレード５６によって、その層厚が規制される。現像スリーブ５４に担持された現像剤４３は、現像スリーブ５４の矢印方向への回転に伴い、感光ドラム４０と対向する現像領域を通過することによって、感光ドラム４０に供給される。これによって、感光ドラム４０上の静電潜像が現像される。なお、現像スリーブ５４には電源５７から直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加されている。

撹拌スクリュー５８は現像室５２中の現像剤４３を撹拌すると共にこの現像剤４３を搬送する。また、撹拌スクリュー５９は、ホッパー６０（図１）のトナー排出口６１から搬送スクリュー６２の回転によって供給されたトナーと、撹拌室５３に収容されている現像剤４３とを撹拌し、現像剤４３中のトナーの割合（以降、トナー濃度と称す。）を均一にする。隔壁５１には現像室５２と撹拌室５３とを相互に連通させる不図示の現像剤通路が形成されている。これにより、撹拌スクリュー５８、及び５９が回転することによって、現像室５２と撹拌室５３とに収容されている現像剤４３が現像器４４内を循環する。

現像室５２の底壁には、現像器４４に収容されている現像剤４３のトナー濃度を検知するインダクタンスセンサ２０が配置されている。具体的に述べると、インダクタンスセンサ２０は、現像室５２に収容されている現像剤４３の透磁率を検出し、現像剤４３中のトナーの割合に応じた信号を出力する。コントローラ１１００（図３）がインダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて現像剤４３におけるトナーの割合（単位は［ｗｔ％］）を検知する。

現像室５２に収容されている現像剤４３は、トナーと磁性を有するキャリアを含んでいる。そのため、現像剤４３のトナー濃度が増加すると、現像剤４３中のキャリアの割合が減少するので、インダクタンスセンサ２０の出力値が減少する。一方、現像剤４３のトナー濃度が低下すると、現像剤４３中のキャリアの割合が増加するので、インダクタンスセンサ２０の出力値が増加する。つまり、インダクタンスセンサ２０は、現像室５２内に蓄積された現像剤４３中のトナーの割合を検知し、この割合に応じた信号をコントローラ１１００（図３）に出力する。

本実施例においては、Ｉ／Ｆ５０４から転送された画像データと、インダクタンスセンサ２０により検知されたトナー濃度とに基づいて、コントローラ１１００がホッパー６０から現像器４４へトナーを補給するトナー補給制御処理を実施する。以下、トナー補給制御処理について説明する。

図３は画像形成装置のトナー補給に係る電気的な構成を示すブロック図である。コントローラ１１００は、トナー補給制御処理を実施するために各部を制御する制御回路である。コントローラ１１００の内部は、説明を判り易くするためにトナー補給制御処理においてコントローラ１１００によって実行される各機能をブロックで表現している。

インダクタンスセンサ２０は図２において説明しているので、ここでの説明を省略する。補給モータ駆動回路６９は、搬送スクリュー６２を回転駆動するモータ７０（図１）を制御する。スクリュモータ駆動回路１２０２は、撹拌スクリュー５８、及び５９（図１）を回転駆動するモータ（不図示）を制御する。

操作部５０１は、複写枚数や複写倍率などを入力するテンキー、画像形成を開始するためのコピーボタン、複写枚数や記録材Ｐの紙種やサイズなどを設定する設定ボタン、画像形成装置１の各種走査を補助するためのガイダンスを表示可能な液晶画面を備えている。

カウンタ６６は、Ｉ／Ｆ５０４によりコントローラ１１００に入力された画像データに基づいて、１ページ分の画像に含まれる画素毎の濃度の総和（以降、ビデオカウント値と称す。）を計数する。また、原稿３１に基づいてトナー像を形成する場合、撮像素子３３からコントローラ１１００に入力されたアナログ画像信号に基づいて、ビデオカウント値を計数する。なお、アナログ画像信号も画像データに含まれる。

カウンタ６６により計数されたビデオカウント値は、画像形成ステーションが記録材１ページのトナー像を形成することによって現像器４４から消費されるトナーの消費量に相当する。即ち、ビデオカウント値とは、画像データの濃度に関する情報である。なお、ビデオカウント値を取得する方法は、公知の技術であるので説明を省略する。

本実施例においては、コントローラ１１００が、インダクタンスセンサ２０により出力された出力値と、カウンタ６６により取得されたビデオカウント値とに基づいて、現像器４４に補給すべきトナーの補給量を決定する。さらに、コントローラ１１００は、決定した補給量の累積値に基づいて、補給モータ駆動回路６９により搬送スクリュー６２を回転させてホッパー６０（図１）内のトナー６３を現像器４４へ補給する。

（トナー補給制御について）
以下、本実施例のトナー補給制御について図４に基づいて説明する。図４は、コントローラ１１００の動作を示すフローチャートである。

コントローラ１１００は、リーダが原稿３１を読み取ることによって生成された原稿に基づく画像データがコントローラ１１００に転送されることに応じてトナー補給制御を開始する。或いは、不図示のＰＣにより出力された画像データがＩ／Ｆ５０４によりコントローラ１１００に転送されることに応じてコントローラ１１００がトナー補給制御を開始する。画像形成ステーションがＩ／Ｆ５０４から転送された画像データに基づいて複数の画像を形成する場合、コントローラ１１００は記録材１ページの画像が形成される度にトナー補給制御処理を実施する。

なお、コントローラ１１００は、不図示のスキャナから画像データを受信したことに応じて、或いは、操作部５０１のコピーボタンが押されたことに応じて、トナー補給制御処理を実施する構成としてもよい。

また、フローチャートに記載していないが、コントローラ１１００は、画像データが入力されると、スクリュモータ駆動回路１２０２により撹拌スクリュー５８、及び５９（図１）を回転駆動させる。

コントローラ１１００は画像データに基づいてトナー消費量を演算する（Ｓ１００）。ステップＳ１００において、カウンタ６６が画像データに基づいてビデオカウント値Ｖｎを計数する。そして、第２補給量決定部１１０６はビデオカウント値とトナー消費量との対応関係を示す換算テーブル（図５）を参照することによって、カウンタ６６により計数されたビデオカウント値Ｖｎに対応したトナー消費量Ｔｖを決定する。ステップＳ１００において、カウンタ６６と第２補給量決定部１１０６はトナー消費量を画像データに基づいて演算する消費量演算手段として機能する。

ここで、図５に示した換算テーブルの変換特性を説明する。図５においてＸ軸はビデオカウント値を示している。ビデオカウント値は、現像器４４によって１ページ分の記録材に形成されたベタ塗りのトナー像を画像Ｄｕｔｙ１００［％］としている。図５において画像Ｄｕｔｙ１００［％］とは、Ａ４サイズの記録材にベタ塗りのトナー像が形成されたときのビデオカウント値を意味する。つまり、ビデオカウント値とは記録材のサイズと、記録材の画像を形成できる領域に対するトナー像が形成される領域の割合とによって決定される。なお、図５に示した換算テーブルは、予めＲＯＭ５０３に記憶されている。

図４に戻りトナー補給制御の説明を続ける。本実施形態において、第２補給量決定部１１０６は、転送された画像データに基づいて、記録材１ページ分のトナー像が画像形成ステーションに形成されることによって現像器４４から消費されるトナーの消費量Ｔｖを出力する。

また、カウンタ６６は、記録材１ページ毎に前述の計数したビデオカウント値Ｖｎを第２補給量決定部１１０６と後述の平均ビデオカウント算出部１１０９に転送する。

コントローラ１１００は、現像器４４に収容されている現像剤４３のトナー濃度を、インダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて検知する（Ｓ１０１）。

次いで、差分算出部１１０１が、現像器４４に収容されている現像剤のトナー濃度と、トナー濃度目標値決定部１１０２により出力される目標濃度との差分ΔＤを演算する（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２において、トナー濃度目標値決定部１１０２は、画像形成装置に設けられた不図示の環境センサにより検知された画像形成装置の周囲の温度や湿度に基づき、現像器４４に収容されている現像剤４３の目標濃度（目標比率）［ｗｔ％］を決定する。

なお、本実施例は、インダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて現像器４４内の現像剤４３のトナー濃度が検知される構成としたが、インダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて現像器４４内に蓄積されているトナーの量が検知される構成としてもよい。この構成とする場合、ステップＳ１０２において演算された差分ΔＤは、トナー濃度目標値決定部１１０２において、現像器４４に収容されているトナーの量と、現像器４４に収容されるべきトナーの目標量との差分として演算される。

ステップＳ１０２において、差分算出部１１０１はインダクタンスセンサ２０により検知された現像器４４内のトナーの濃度と目標濃度との差分ΔＤを演算する差分演算手段（第１の演算部）として機能する。

差分算出部１１０１により差分ΔＤが演算された後、第１補給量決定部１１０４が差分の累積値を演算する（Ｓ１０３）。ステップＳ１０３において、第１補給量決定部１１０４は、トナー補給制御が実行される度に差分算出部１１０１によって算出された差分ΔＤを加算することによって差分の累積値ΣΔＤを演算する累積値演算手段として機能する。

ここで、従来の画像形成装置のトナー補給制御においては、消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び、差分の累積値ΣΔＤに基づいて、ホッパー（図１）から現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘを、例えば、式（１）に基づいて演算する。
Ｘ＝Ｔｖ＋（Ｋｐ×ΔＤ）＋（Ｋｉ×ΣΔＤ） …（１）
ここで、定数Ｋｐ、及びＫｉはゲインの値である。なお、ＫｐとＫｉとは０以下の値である。

しかし、課題において説明した様に、現像器４４に蓄積された現像剤４３のトナー濃度が目標濃度よりも濃い状態（現像剤４３におけるトナーの割合が高い状態）で低トナー消費量の画像が連続して形成される場合、現像器４４のトナー濃度は緩やかに低下する。現像器４４に蓄積された現像剤４３のトナー濃度が目標濃度よりも濃い状態で低トナー消費量の画像が連続して形成される場合、ΔΣＤの値が過剰に蓄積するので、（Ｋｐ×ΔＤ）＋（Ｋｉ×ΣΔＤ）≪０となってしまう。これにより、現像器４４に蓄積された現像剤４３のトナー濃度が目標濃度よりも濃い状態で、低トナー消費量の画像が連続して形成される場合、必要量Ｘが０以下となってしまう。つまり、現像器４４へのトナーの補給が抑制されてしまう。

トナー補給制御においては、トナーの必要量Ｘの累積値が閾値を越えるまで現像器４４へのトナーの補給が開始されないので、前述の場合においては高トナー消費量の画像が形成された後、必要量Ｘの累積値が閾値を越えるまで現像器４４にトナーが補給されない。つまり、高トナー消費量の画像が形成されることによって、現像器４４内のトナー濃度が低下しているにも拘わらず速やかなトナーの補給が行われない可能性があった。

また、現像器４４のトナー濃度が目標濃度よりも薄い状態（現像剤４３におけるトナーの割合が低い状態）で高トナー消費量の画像を連続して形成した場合、現像器４４にトナーを補給し続けても現像器４４のトナー濃度が目標濃度よりも薄い状態が続いてしまう。これによって、差分の累積値ΣΔＤの値が増大してしまい、（Ｋｐ×ΔＤ）＋（Ｋｉ×ΣΔＤ）≫０となる。そして、画像形成ステーションが高トナー消費量の画像の後に低トナー消費量の画像を形成するときに必要量Ｘが著しく大きな値となってしまうと、現像器４４に過剰にトナーが補給されてしまう可能性があった。

そこで、本実施例においては、差分の累積値ΣΔＤに制限値を設定することによって、上記のような問題が発生することを抑制する。つまり、必要量Ｘを演算するための積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）を制限することによって、現像器４４へのトナーの補給を高精度に制御する。

本実施例においては、差分の累積値ΣΔＤに上限値と下限値とを夫々設定する構成とする。具体的には、コントローラ１１００が過去Ｎページ分の画像データから計数されたビデオカウント値の平均値Ｖａｖｅに基づいて、差分の累積値ΣΔＤの上限値と下限値とを夫々設定する。そして、コントローラ１１００は、累積値ΔΣＤが上限値を上回っていれば消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び上限値に基づいて必要量Ｘを演算し、累積値ΔΣＤが上限値を上回っていなければ消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び累積値ΣΔＤに基づいて必要量Ｘを演算する。また、コントローラ１１００は、累積値ΔΣＤが下限値を下回っていれば消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び下限値に基づいて必要量Ｘを演算し、累積値ΔΣＤが下限値を下回っていなければ消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び累積値ΣΔＤに基づいて必要量Ｘを演算する。

以下、上限値と下限値とを夫々決定する方法について説明する。平均ビデオカウント算出部１１０９は、カウンタ６６により計数された過去Ｎページ分のビデオカウント値Ｖｎを積算し、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅを算出する。本実施例においては、平均ビデオカウント算出部１１０９が、例えば、５ページ分の画像データに基づいて平均ビデオカウント値Ｖａｖｅを算出する。

なお、本実施例においては、使用するメモリ（不図示）に４ページ分の平均ビデオカウント値Ｖｐｒｅｖが記憶されている構成とする。平均ビデオカウント算出部１１０９は、不図示のメモリから平均ビデオカウント値Ｖｐｒｅｖを読み出し、平均ビデオカウント値Ｖｐｒｅｖと前回形成されたページのビデオカウント値Ｖｎとに基づいて平均ビデオカウント値Ｖａｖｅを演算する。

ここで、過去４ページ分の平均ビデオカウント値ＶｐｒｅｖはΣＶ_ｎ−１／ｎ−１によって演算される。本実施形態においては、式２に示す修正移動平均法を用いる。しかし、平均ビデオカウント値を演算する方法は修正移動平均法に限らない。
Ｖ_ａｖｅ＝Ｖ_Ｎ／Ｎ＋Ｖ_ｐｒｅｖ×（Ｎ−１）／Ｎ …（２）
なお、本実施例においてＮは、例えば５である。

平均ビデオカウント算出部１１０９において演算された平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが制限値算出部１１０４ａに入力されると、制限値算出部１１０４ａは平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて上限値と下限値を決定する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４において、制限値算出部１１０４ａは、所定ページ分の画像データから計数された平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて、差分の累積値ΣΔＤの上限値、及び下限値を設定する設定部として機能する。なお、説明を簡略化するために制限値算出部１１０４ａと第１補給量決定部１１０４とを別のブロックとして説明したが、第１補給量決定部１１０４が上限値、及び下限値を設定する構成としてもよい。

ここで、図６は、過去５ページ分の画像データに基づいて演算された平均ビデオカウント値Ｖａｖｅと差分の累積値ΣΔＤの制限値との対応関係を示した模式図である。なお、ビデオカウント値は、記録材のサイズに対応して予め決まっている領域に含まれる全ての画素の内、前記記録材上のトナー像が形成される領域の画素の数に相当する。

図６においては、説明を簡略化するため、ビデオカウント値（Ｘ軸）を百分率で表している。即ち、図６において、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅ（Ｘ軸）は過去５ページ分の画像が全てベタ塗りの画像であった場合を１００［％］とし、過去５ページ分の画像が白紙の画像であった場合を０［％］としている。また、制限値（Ｙ軸）は、インダクタンスセンサ２０により検知された現像剤４３におけるトナーの割合［ｗｔ％］を累積した値（差分の累積値ΣΔＤ）を制限する制限値である。現像剤４３におけるトナーの割合［ｗｔ％］が目標比率であれば、差分ΔＤは０となる。

図６に示したように、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが低下するほど、差分の累積値ΣΔＤを制限する上限値、又は下限値の絶対値が減少する。なお、上限値と下限値の絶対値は必ず等しい値とする必要はなく、上限値の絶対値と下限値の絶対値とが異なる値であってもよい。

ここで、トナー濃度が目標濃度よりも濃い状態で低トナー消費量の画像が連続して形成された後に高トナー消費量の画像が形成される場合について述べる。低トナー消費量の画像が連続して形成されている間、差分の累積値ΣΔＤが負の値となるので積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）が負の値となる。つまり、現像器４４へのトナーの補給が抑制される値となる。

しかし、低トナー消費量の画像が形成される場合の制限値の絶対値は、高トナー消費量の画像が形成される場合の制限値の絶対値よりも小さいので、差分の累積値ΣΔＤが抑制される。例えば、白紙の画像が連続して形成される場合、制限値の上限値、及び下限値が０になる。この場合、現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘは、トナー消費量Ｔｖが０であり、積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）が０に制限されるので、Ｘ＝（Ｋｐ×ΔＤ）となる。

従って、高トナー消費量の画像が形成されることによって現像器４４のトナー濃度が目標濃度よりも低下すると、必要量Ｘの演算結果が正の値に切り替わる。つまり、現像器４４へのトナーの補給を促す値となる。これにより、高トナー消費量の画像が形成され始めてから現像器４４にトナーが補給されるまでの時間が遅れてしまうことを抑制できる。

次に、トナー濃度が目標濃度よりも薄い状態で高トナー消費量の画像が連続して形成された後に低トナー消費量の画像が形成される場合について述べる。高トナー消費量の画像が連続して形成されている間、差分の累積値ΣΔＤが正の値となるので積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）が正の値となる。つまり、現像器４４へのトナーの補給を促す値となる。

例えば、トナー濃度が目標濃度よりも薄い状態でベタ塗りの画像が連続して形成される場合、差分の累積値の制限値は−１０［ｗｔ％］となる。つまり、差分の累積値ΣΔＤが−１０［ｗｔ％］を下回るまで、現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘは、前述の式（１）に基づいて演算される。従って、高トナー消費量の画像が形成されている間に現像器４４のトナー濃度と目標濃度との差が増大してしまうことを抑制できる。さらに、高トナー消費量の画像が形成されている間に演算された差分の累積値ΣΔＤが下限値に制限されるので、低トナー消費量の画像が形成された後に、現像器４４に過剰にトナーが補給されることも抑制できる。

図４に戻りトナー補給制御の説明を続ける。ステップＳ１０４において制限値算出部１１０４ａが上限値と下限値とを決定した後、第１補給量決定部１１０４は差分の累積値ΣΔＤが上限値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０５）。ステップＳ１０５において、差分の累積値ΣΔＤが上限値よりも大きければ、第１補給量決定部１１０４は累積値ΣΔＤを上限値に制限し（Ｓ１０６）、差分ΔＤと上限値とに基づいてトナー濃度の偏差分を補正するために必要な補給量を決定する（Ｓ１０９）。ステップＳ１０９において、第１補給量決定部１１０４は、差分の累積値ΣΔＤが上限値よりも大きい場合、差分ΔＤと係数Ｋｐを乗算した値と、上限値と係数Ｋｉを乗算した値とを合算して補正量を演算する補正量演算手段として機能する。

また、ステップＳ１０３からステップＳ１０９にて、第１補給量決定部１１０４は現像器４４内の現像剤４３のトナー濃度と目標濃度との差分の累積値ΣΔＤを演算し、差分の累積値ΣΔＤを過去５ページ分の画像データに基づいて補正する第２の演算部として機能する。

そして、補給量合算部１１０７は、第１補給量決定部により演算された補正量と、第２補給量決定部１１０６により演算された消費量Ｔｖとに基づいて必要量Ｘを演算する（Ｓ１１０）。即ち、ステップＳ１１０において、補給量合算部１１０７は、前述の式（１）の演算を行う。つまり、差分の累積値ΣΔＤが上限値を上回っていた場合、補給量合算部１１０７は、消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び上限値に基づいて必要量Ｘを決定する。

一方、ステップＳ１０５において累積値ΣΔＤが上限値以下であれば、第１補給量決定部１１０４は累積値ΣΔＤが下限値よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１０７）。ステップＳ１０７において、差分の累積値ΣΔＤが下限値よりも小さければ、第１補給量決定部１１０４は累積値ΣΔＤを下限値に制限し（Ｓ１０８）、差分ΔＤと下限値とに基づいてトナー濃度の偏差分を補正するために必要な補給量を決定する（Ｓ１０９）。ステップＳ１０９において、第１補給量決定部１１０４は、差分の累積値ΣΔＤが下限値よりも小さい場合、差分ΔＤと係数Ｋｐを乗算した値と、下限値と係数Ｋｉを乗算した値とを合算して補正量を決定する補正量演算手段として機能する。

そして、補給量合算部１１０７は、第１補給量決定部により演算された補正量と、第２補給量決定部１１０６により演算された消費量Ｔｖとに基づいて必要量Ｘを演算する（Ｓ１１０）。つまり、差分の累積値ΣΔＤが下限値を下回っていた場合、補給量合算部１１０７は、消費量Ｔｖ、差分ΔＤ、及び下限値に基づいて必要量Ｘを決定する。

また、ステップＳ１０７において累積値ΣΔＤが下限値以上であれば、差分の累積値ΣΔＤが上限値以下、且つ、下限値以上であると判定される。この場合、第１補給量決定部１１０４は差分の累積値ΣΔＤを制限せずに、差分ΔＤと差分の累積値ΣΔＤとに基づいて補正量を演算する（Ｓ１０９）。ステップＳ１０９にて、第１補給量決定部１１０４は、差分の累積値ΣΔＤが上限値以下、且つ、下限値以上ならば、差分ΔＤと係数Ｋｐを乗算した値と、差分の累積値ΣΔＤと係数Ｋｉを乗算した値とを合算して補正量を演算する補正量演算手段として機能する。

そして、補給量合算部１１０７が、第１補給量決定部により演算された補正量と、第２補給量決定部１１０６により演算された消費量Ｔｖとに基づいて必要量Ｘを演算する。つまり、差分の累積値ΣΔＤが上限値よりも小さければ、又は、下限値よりも大きければ、補給量合算部１１０７は、消費Ｔｖ、差分ΔＤ、及び、制限していない差分の累積値ΣΔＤに基づいて必要量Ｘを決定する。

ステップＳ１１０において必要量Ｘが決定された後、補給制御部１１０８は必要量Ｘの累積値ΣＸを演算し、累積値ΣＸが所定量よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１１１）。ステップＳ１１１において、累積値ΣＸが所定量よりも小さければ、現像器４４へのトナーの補給を行わずにトナー補給制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１１１において累積値ΣＸが所定量以上ならば、補給制御部１１０８は補給モータ駆動回路６９によって搬送スクリュー６２を１回転させ、ホッパー６０（図１）から現像器４４にトナーを補給する（Ｓ１１２）。ステップＳ１１２において、補給モータ駆動回路６９はモータ７０を回転駆動させ、搬送スクリュー６２を所定の回転速度で１回転させる。

本実施形態においては、モータ７０が搬送スクリュー６２を回転駆動することによって、ホッパー６０内のトナーが略一定量ずつ現像器４４に供給される。そのため、補給制御部１１０８は、ホッパー６０から現像器４４に補給すべきトナーの量の累積値ΣＸに基づいて、搬送スクリュー６２の回転回数を決定できる。つまり、累積値ΣＸが閾値の２倍以上、且つ、３倍未満であれば搬送スクリュー６２は２回転し、累積値ΣＸが閾値の３倍以上、且つ、４倍未満であれば搬送スクリュー６２は３回転する。本実施形態において、画像形成ステーションがトナー像を形成している間に、モータ７０は補給制御部１１０８により決定された回転回数に従って搬送スクリュー６２を回転駆動させる。

なお、本実施形態においては、搬送スクリュー６２の最小回転量を１回転（３６０度）とした。そのため、ホッパー６０から現像器４４に補給すべきトナーの量の累積値ΣＸが所定量を上回っていなければ、搬送スクリュー６２は回転しない。ここで、１回分の補給動作が実施された場合、即ち、搬送スクリュー６２を１回転させた場合にホッパー６０から現像器４４に補給されることが予測されるトナーの量は、実験によって予め決まっている。

次いで、補給制御部１１０８は、ホッパー６０から現像器４４に補給すべきトナーの必要量の累積値ΣＸから所定量を減算した後（Ｓ１１３）、ステップＳ１１１へ移行する。ステップＳ１１１からステップＳ１１３の処理において、ホッパー６０から現像器４４に補給すべきトナーの必要量の累積値ΣＸが所定量未満となるまで、補給制御部１１０８はモータ７０によって搬送スクリュー６２を回転駆動させる。以上が本実施例のトナー補給制御処理である。

（効果の比較）
本実施形態のトナー補給制御処理と比較例のトナー補給制御処理を実施した場合における現像器４４内のトナー濃度の推移を図７に基づいて説明する。

図７は、画像Ｄｕｔｙ１００［％］の画像（ベタ塗り画像）を連続して１０ページ形成した後に、画像Ｄｕｔｙ５［％］の画像を連続して１００ページ形成した場合のトナー濃度をインダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて検知した結果である。実線（本実施例）は、差分の累積値ΣΔＤを制限値に基づいて制限した場合の現像器４４内のトナー濃度の推移を示している。また、短い破線（比較例１）は、差分の累積値ΣΔＤを制限しない場合の現像器４４内のトナー濃度の推移を示している。

図７に示したように、差分の累積値ΣΔＤを制限しない（比較例１）場合、現像器４４に収容された現像剤４３のトナー濃度が低下した状態で画像Ｄｕｔｙ５［％］（低トナー消費量）の画像が形成されるので、差分の累積値ΣΔＤが０以下となる。そのため、現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘが過剰に増大してしまい、画像Ｄｕｔｙ５［％］（低トナー消費量）の画像が形成されている間にトナー濃度が急激に増加してオーバーシュートしてしまう。

一方、差分の累積値ΣΔＤを制限した（本実施例）場合、現像器４４に収容された現像剤４３のトナー濃度が低下した状態で画像Ｄｕｔｙ５［％］（低トナー消費量）の画像が形成されても差分の累積値ΣΔＤが制限される。つまり、現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘが過剰に増大することが抑制される。そのため、画像Ｄｕｔｙ５［％］の画像が形成されている間にトナー濃度が急激に増加しない。

従って、本実施例によれば、画像形成ステーションにより形成される画像の濃度が急激に変動した場合であっても、現像器４４内の現像剤４３のトナー濃度を目標濃度に高精度に制御することができる。

また、第１の実施例においては、制限値算出部１１０４ａが平均ビデオカウント算出部１１０９により算出された平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて制限値を決定する構成としたが、制限値を決定する構成はこの構成に限定されない。例えば、サービスマンが操作部５０１を用いて制限値を手動で設定する構成であってもよい。この構成とした場合、コントローラ１１００は操作部５０１から入力された制限値情報をメモリ（不図示）に記憶し、第１補給量決定部がメモリに記憶された制限値情報に基づいて積分項を制限すればよい。このとき、操作部５０１は制限値情報を取得する取得部として機能する。

また、第１の実施例においては、上限値と下限値との両方を設定する構成としたが、少なくとも上限値と下限値とのいずれか一方を設定する構成であってもよい。例えば、制限値算出部１１０４ａは、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが予め設定された閾値よりも大きい場合、差分の累積値ΣΔＤの下限値を設定する構成とすればよい。或いは、例えば、制限値算出部１１０４ａは、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが予め設定された閾値よりも小さい場合、差分の累積値ΣΔＤの上限値を設定する構成とすればよい。

（実施例２）
実施例１は、現像器４４に収容された現像剤４３のトナー濃度と目標濃度との差分の累積値を制限することによって必要量Ｘを演算する際の積分項の影響を抑制していた。本実施例においては、積分項に含まれる係数Ｋｉを過去Ｎページ分の画像データに基づいて決定する構成とした。本実施例によっても、前述の実施例１と同様に、必要量を演算する際の積分項の影響を抑制することができる。

本実施例は、前述した実施例１に対して下記に示す点において相違する。本実施例のその他の要素は、前述の実施例１に対応する部分と同一なので、その説明を省略する。以下、本実施例のトナー補給制御を図８から図１１に基づいて説明する。

図８は画像形成装置のトナー補給に係る電気的な構成を示すブロック図である。実施例１においては制限値算出部１１０４ａ（図３）が平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて制限値を設定していたが、本実施例においてはゲイン算出部１１０４ｆが係数Ｋｉの値を設定する構成とした。

ゲイン算出部１１０４ｆは、予めメモリ（不図示）に記憶された変換テーブル（図１０）を参照することによって、平均ビデオカウント算出部１１０９により算出された平均ビデオカウントＶａｖｅに基づく係数Ｋｉを決定する。本実施形態においては、例えば、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが１００［％］の場合に係数Ｋｉを−０．１とし、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが０［％］の場合に係数Ｋｉを０とした。なお、現像器４４のトナー濃度が目標濃度よりも低い場合、前述の式（１）に基づいて演算された必要量Ｘが正の値となるように係数Ｋｉの値は０以下の値となっている。

図１０は、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅと係数Ｋｉ（積分ゲイン）との変換テーブルの模式図である。平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが増加するほど、係数Ｋｉ（積分ゲイン）を増加させる。つまり、低トナー消費量の画像が連続して形成された場合には平均ビデオカウント値Ｖａｖｅが減少するので積分項の値を抑制させる。

以下、本実施例のトナー補給制御について図９に基づいて説明する。図９は、コントローラ１１００の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１００からステップＳ１０３までの処理は実施例１と同様の構成であるので、ここでの説明を省略する。

ステップＳ１０３において、第１補給量決定部１１０４は、トナー補給制御が実行される度に差分算出部１１０１によって算出された差分ΔＤを加算することによって差分の累積値ΣΔＤを演算する。

平均ビデオカウント算出部１１０９において演算された平均ビデオカウント値Ｖａｖｅがゲイン算出部１１０４ｆに入力されると、ゲイン算出部１１０４ｆは平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて係数Ｋｉを決定する（Ｓ２０４）。ステップＳ２０４において、ゲイン算出部１１０４ｆは、過去５ページ分の画像データに基づいて係数Ｋｉを変更する補正部として機能する。なお、説明を簡略化するためにゲイン算出部１１０４ｆと第１補給量決定部１１０４とを別のブロックとして説明したが、第１補給量決定部１１０４が係数Ｋｉを設定する構成としてもよい。

そして、第１補給量決定部１１０４は、トナー濃度の偏差分を補正するために必要な補給量を、差分ΔＤに係数Ｋｐを乗算した値と差分の累積値ΣΔＤに係数Ｋｉを乗算した値を合算して補正量を決定する（Ｓ１１０）。なお、ステップＳ１１０以降の処理も実施例１と同様なので、ここでの説明を省略する。

（効果の比較）
本実施形態のトナー補給制御処理と比較例のトナー補給制御処理を実施した場合における現像器４４内のトナー濃度の推移を図１１に基づいて説明する。

図１１は、画像Ｄｕｔｙ１００［％］の画像（ベタ塗り画像）を連続して１０ページ形成した後に、画像Ｄｕｔｙ５［％］の画像を連続して１００ページ形成した場合のトナー濃度［ｗｔ％］をインダクタンスセンサ２０の出力信号に基づいて検知した結果である。実線（本実施例）は、平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに応じて積分ゲインＫｉを設定した場合の現像器４４内のトナー濃度の推移を示している。また、短い破線（比較例１）は、積分ゲインＫｉを固定値とした場合の現像器４４内のトナー濃度の推移を示している。

図１１に示したように、積分ゲインＫｉを固定値とした（比較例１）場合、現像器４４に収容された現像剤４３のトナー濃度が低下した状態で画像Ｄｕｔｙ５[％]（低トナー消費量）の画像が形成されるので、積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）が増大してしまう。そのため、現像器４４に補給すべきトナーの必要量が過剰に増加してしまう。これにより、画像Ｄｕｔｙ５［％］（低トナー消費量）の画像が形成されている間にトナー濃度が急激に増加してオーバーシュートしてしまう。

一方、積分ゲインＫｉが平均ビデオカウント値Ｖａｖｅに基づいて可変する（本実施例）場合、現像器４４に収容された現像剤４３のトナー濃度が低下した状態で画像Ｄｕｔｙ５[％]（低トナー消費量）の画像が形成されても積分ゲインＫｉが低下するので、積分項（Ｋｉ×ΣΔＤ）が抑制される。つまり、現像器４４に補給すべきトナーの必要量Ｘが過剰に増加することが抑制される。そのため、画像Ｄｕｔｙ５［％］の画像が形成されている間にトナー濃度が急激に増加しない。

従って、本実施例によれば、画像形成ステーションにより形成される画像の濃度が急激に変動した場合であっても、現像器４４内の現像剤４３のトナー濃度を目標濃度に高精度に制御することができる。

第１の実施例、及び、第２の実施例においては、画像形成ステーションが記録材１ページの画像を形成する度にコントローラ１１００がトナー補給制御処理を実施する構成とした。しかしながら、コントローラ１１００がトナー補給制御処理を実施するタイミングは、この構成に限定されない。例えば、現像器４４に蓄積されているトナーを撹拌する撹拌スクリュー５８、及び５９が回転している間、コントローラ１１００が所定の時間間隔においてトナー補給制御処理を実行する構成としてもよい。この構成とすれば、画像形成ステーションがトナー像を形成していないタイミングにおいても、ホッパー６０から現像器４４にトナーを補給できる。

また、第１の実施例、及び、第２の実施例においては、トナー必要量Ｘが所定量以下となるまで搬送スクリューを１回転ずつ回転させる構成とした。しかしながら、補給制御部１１０８が必要量Ｘに基づいて搬送スクリュー６２の回転回数を算出すると共に、この算出された回転回数分だけ搬送スクリュー６２を回転させるように、補給モータ駆動回路６９を制御する構成であってもよい。

また、第１の実施例、及び、第２の実施例においては、搬送スクリュー６２がホッパー６０から現像器４４にトナーを補給する構成とした。しかしながら、現像器４４にトナーを補給する構成はこの構成に限定されず、例えば、回転することによって内部に収容したトナーを現像器４４に直接補給する収容容器を用いてトナーを補給する構成であってもよい。この構成とする場合、補給制御部１１０８は、補給モータ駆動回路６９を用いて収容容器を回転駆動させるモータの回転速度と回転回数を制御すればよい。

２０ インダクタンスセンサ
４４ 現像器
６２ 搬送スクリュー
１１００ コントローラ
１１０４ 第１補給量決定部
１１０６ 第２補給量決定部
１１０８ 補給制御部

Claims (8)

1. トナーを含む現像剤を収容する現像器を備え、前記現像器に収容された前記トナーを用いて、画像データに基づき画像を形成する画像形成手段と、
   前記現像器にトナーを補給する補給手段と、
   前記画像形成手段が前記画像を形成することによって前記現像器から消費される前記トナーの消費量を前記画像データに基づいて演算する消費量演算手段と、
   前記現像器に収容された現像剤のトナー濃度を検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された前記トナー濃度と、前記現像器に収容される現像剤のトナー濃度の目標値との差を演算する差分演算手段と、
   前記差分演算手段により演算された前記差の累積値を演算する累積値演算手段と、
   前記差の累積値の少なくとも上限値と下限値とのいずれか一方を設定する設定手段と、
   前記消費量演算手段により演算された前記消費量、前記差分演算手段により演算された前記差、前記累積値演算手段により演算された前記差の累積値、及び、前記設定手段により設定された少なくとも前記上限値と前記下限値とのいずれか一方に基づいて、前記補給手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記設定手段は、前記画像形成手段による所定ページ分の出力画像の画像データに基づいて、少なくとも前記差の累積値の上限値と下限値とのいずれか一方を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記累積値演算手段により演算された前記差の累積値が前記上限値を越えないように、前記差の累積値を前記上限値に基づいて変更し、前記消費量、前記差、及び前記変更された累積値に基づいて、前記補給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記累積値演算手段により演算された前記差の累積値が前記下限値を下回らないように、前記差の累積値を前記下限値に基づいて変更し、前記消費量、前記差、及び前記変更された累積値に基づいて、前記補給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記消費量、前記差、前記差の累積値、及び前記上限値と前記下限値とのいずれか一方に基づいて、前記現像器に補給すべきトナーの量を決定する決定部を備え、
   前記制御手段は、前記決定部により決定された前記補給すべきトナーの量に基づいて、前記補給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記決定部により決定された前記補給すべきトナーの量を累積し、前記トナーの量の累積値が閾値を越えたことに応じて、前記補給手段により前記現像器にトナーを補給させることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記トナー濃度は、前記現像器に収容された前記現像剤における前記トナーの割合であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
8. トナーを含む現像剤を収容する現像器を備え、前記現像器に収容された前記トナーを用いて、画像データに基づき画像を形成する画像形成手段と、前記現像器にトナーを補給する補給手段と、前記現像器に収容された現像剤のトナー濃度を検知する検知手段とを有する画像形成装置の制御方法であって、
   前記画像形成手段が前記画像を形成することによって前記現像器から消費される前記トナーの消費量を決定する工程と、
   前記検知手段により検知された前記トナー濃度と、前記現像器に収容される現像剤のトナー濃度の目標値との差を演算する工程と、
   前記差の累積値を演算する工程と、
   前記差の累積値の少なくとも上限値と前記差の累積値の下限値のいずれか一方を決定する工程と、
   前記消費量、前記差、前記差の累積値、及び、少なくとも前記上限値と前記下限値とのいずれか一方に基づいて、前記補給手段を制御する工程とを有することを特徴とする制御方法。

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