JP6444181B2

JP6444181B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP6444181B2
Application number: JP2015007189A
Authority: JP
Inventors: 秀介三浦; 二郎白潟; 佳菜大島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: US20160209796A1; US9483004B2; JP2016133566A

Description

本発明は、現像器内におけるトナー濃度の変動を低減する画像形成装置に関する。

二成分現像剤はトナーとキャリアとを含む現像剤である。画像形成装置は、トナーとキャリアを撹拌することで摩擦帯電させ、感光体にトナーを飛翔させて静電潜像を現像する。トナーは現像によって消費されるため、補給される必要がある。また、トナー画像の濃度を所望の濃度に維持するには、トナーとキャリアとの比率（Ｔ／Ｄ比）は一定に維持されなければならない。Ｔ／Ｄ比は現像器内のトナー濃度の指標である。

特許文献１によれば二成分現像剤のトナー濃度に応じた補給制御（フィードバック制御）と、画像信号から推定されたトナー消費量に応じた補給制御（フィードフォワード制御）とを切り替えることが提案されている。特許文献１によれば、トナー消費量の変化の大きいコピーモードで生じるトナー濃度制御のアンダーシュートとオーバーシュートとが抑制されるという。

特開平０９−１２７７８０号公報

特許文献１には、画像形成と並行しながらトナーを補給するものであるため、画像形成中のトナー補給によってＴ／Ｄ比が大きく変化すると、記録媒体に形成される画像の濃度にムラが生じうる。そこで、本願では、トナーが大幅に不足したときは、画像形成を一旦停止してトナーを補給することを提案する。つまり、トナー補給制御には、画像形成と並行しながら実行されるノーマルシーケンス（通常補給）と、画像形成を一時的に中断して実行される緊急シーケンス（緊急補給）とが設けられる。

なお、トナー消費量が多い画像を連続でプリントアウトすると、ノーマルシーケンスではトナー補給が間に合わなくなることがありうる。とりわけ、画像形成装置を小型化すると、単位時間当たりのトナー補給量が少なくなるため、緊急シーケンスが必要となる。緊急シーケンスではトナーが消費されない状態で大量にトナーが補給される。つまり、不足した量のトナーが最大の補給速度でもって一気に補給される。この場合、緊急シーケンスではノーマルシーケンスと比較して急激に現像器内のＴ／Ｄ比が変化する。ノーマルシーケンスではトナーの消費量とトナーの補給量との差が相対的に小さいが、緊急シーケンスではトナーの消費量（＝０）とトナーの補給量との差が相対的に大きいからである。そのため、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに移行したときに、センサにより検知されたＴ／Ｄ比が安定しなくなる。つまり、センサにより検知されたＴ／Ｄ比がターゲット値に収束するまでの時間が長時間となったり、再び緊急シーケンスに移行してしまったりする。そこで、本発明は、Ｔ／Ｄ比を安定させることを目的とする。

本発明は、たとえば、
静電潜像が形成される像担持体と、
トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する収容部と、前記収容部内の前記現像剤を攪拌するために回転する攪拌部材とを有し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を前記収容部に収容されている前記現像剤を用いて現像する現像手段と、
前記収容部に収容されている前記現像剤のトナー濃度を検出する検出手段と、
前記収容部にトナーを補給する補給手段と、
前記検出手段により検出されたトナー濃度に基づいて補給量を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記補給量に基づいて前記補給手段を制御する補給制御手段と
画像形成動作を一旦停止して前記攪拌部材を回転しながら前記補給手段によって前記収容部へ前記トナーを補給させる緊急シーケンスを実行するか否かを、前記画像形成動作中に前記検出手段により検出された前記トナー濃度に基づいて制御する制御手段と、
を有し、
前記演算手段は、前記緊急シーケンスにおいて前記補給量の演算を繰り返し実行し、
前記補給制御手段は、前記緊急シーケンスにおいて前記収容部へ一度に前記トナーが補給されないように、前記補給量の演算が繰り返し実行される度に、前記補給手段に所定量のトナーを補給させるような所定の補給動作を実行するか否かを制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに移行したときのＴ／Ｄ比が安定する。

画像形成装置の全体像を示す図現像器の断面図制御部を示すブロック図補給制御を示すフローチャート通常シーケンスを示すフローチャート緊急シーケンスを示すフローチャートインダクタセンサの出力値の変化を示す図

本実施例を適用可能な画像形成装置は、たとえば感光体や誘電体等の像担持体上に電子写真方式や静電記録方式等によって画像信号に対応した潜像を形成し、二成分現像剤を用いて潜像を現像して可視画像（トナー画像）を形成するものである。二成分現像剤はトナー粒子とキャリア粒子を主成分とした現像剤である。

＜画像形成装置の構成＞
図１において複写されるべき原稿３１の画像はレンズ３２によってＣＣＤ等の撮像素子３３に投影される。撮像素子３３は原稿３１の画像を多数の画素に分解し、各画素の濃度に対応したアナログの画像信号を発生する。処理回路３４は撮像素子３３から出力される画像信号を、画素毎にその画素の濃度に対応した出力レベルを有する画素信号に変換し、変調回路３５に送る画像処理回路である。変調回路３５は入力される画素信号毎に、その出力レベルに対応した幅（時間長）のレーザ駆動パルスを形成して半導体レーザ３６に出力するパルス幅変調回路である。高濃度の画素信号に対しては幅の広い駆動パルスが形成される。低濃度の画素信号に対しては幅の狭い駆動パルスが生成される。中濃度の画素信号に対しては中間の幅の駆動パルスが形成される。半導体レーザ３６はレーザ駆動パルスのパルス幅に対応する時間だけ発光する。したがって、半導体レーザ３６は高濃度画素に対してはより長い時間発光し、低濃度画素に対してはより短い時間発光する。それ故、感光体ドラム４０は、高濃度画素に対しては主走査方向に長い範囲を露光され、低濃度画素に対しては主走査方向に短い範囲を露光される。つまり、画素の濃度に対応して静電潜像のドットサイズが異なる。したがって、高濃度画素に対するトナー消費量は低濃度画素に対するトナー消費量よりも多い。

半導体レーザ３６から放射されたレーザ光８１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を通過し、固定ミラー３９によって感光体ドラム４０上に結像する。かくして、レーザ光８１は感光体ドラム４０の回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）に感光体ドラム４０を走査し、静電潜像を形成する。なお、潜像形成手段としては半導体レーザ３６に代えてＬＥＤアレイ等の光源が用いられてもよい。

感光体ドラム４０は露光器４１で均一に除電された後、一次帯電器４２により均一に帯電する。その後、感光体ドラム４０はレーザ光で走査されて静電潜像を形成される。現像手段である現像器４４はトナー粒子とキャリア粒子が混合された二成分タイプの現像剤４３を使用し、静電潜像を反転現像し、可視画像（トナー画像）を形成する。反転現像とは、感光体ドラム４０の表面のうちで露光された領域に、潜像と同極性に帯電したトナーを付着させてこれを可視化する現像方法である。転写帯電器４９は担持ベルト４７上に担持された転写材４８にトナー画像を転写する。担持ベルト４７は２個のローラ４５、４６間に架張され、矢印方向に駆動される。転写材は記録材、記録媒体、用紙、シート、転写材、転写紙と呼ばれてもよい。

なお、説明を簡明にするために１つの画像形成ステーション（感光体ドラム４０、露光器４１、一次帯電器４２、現像器４４等を含む）のみを図示している。カラー画像形成装置であれば、たとえばシアン、マゼンタ、イエローおよ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転写材４８の移動方向に沿って配列される。それぞれ色の異なるトナー画像は順次に重畳して転写材４８に転写される。

このトナー画像が転写された転写材４８は担持ベルト４７から分離されて定着器８０に搬送される。定着器８０は、トナー画像および転写材４８を加熱および加圧してトナー画像を定着させる。クリーナ５０は転写後に感光体ドラム４０上に残った残留トナーを除去する。

ＣＰＵ１０１はＲＡＭ１０２などの記憶装置にトナーの補給に必要となる様々なパラメータを記憶させる。ＣＰＵ１０１はインダクタセンサ２０の出力値に基づいてトナーの補給量を決定し、補給量に応じてモータドライバ６９を制御し、トナー補給手段である補給モータ７０を駆動する。インダクタセンサ２０の出力値はトナー濃度の指標となるＴ／Ｄ比に相関している。一般に補給量が多ければ補給モータ７０の駆動時間は長時間となり、補給量が少なければ補給モータ７０の駆動時間は短時間となる。補給モータ７０の回転速度は一定であるため、駆動時間を調整することで、補給されるトナーの総量が調整される。補給モータ７０の駆動力はギア列７１を介して搬送スクリュー６２に伝達される。搬送スクリュー６２はトナー補給漕６０内のトナー６３を、トナー搬送路６１を通じて現像器４４に補給する。インダクタセンサ２０は、現像器４４に収容されている二成分現像剤におけるトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を検知するために、現像器４４に設けられている。インダクタセンサ２０に代えて、光学式のＴ／Ｄ比センサが採用されてもよい。本実施例は、Ｔ／Ｄ比を検知できるセンサであれば採用でき、その検知方式に依存することはない。このように、トナー補給漕６０、搬送スクリュー６２および補給モータ７０などは収容手段にトナーを補給する補給手段として機能する。

＜現像器の詳細＞
図２を用いて現像器４４の一例を説明する。現像器４４は感光体ドラム４０に対向して配置されている。現像器４４の内部は垂直方向に延在する隔壁５１によって第１室（現像室）５２と第２室（撹拌室）５３とに区画されている。第１室５２はトナーとキャリアとを含む現像剤を収容する収容手段の一例である。第１室５２には矢印方向に回転する非磁性の現像スリーブ５４が配置されている。現像スリーブ５４は像担持体に形成された静電潜像を第１室５２に収容されている現像剤のトナーで現像する現像剤担持体の一例である。現像スリーブ５４内にはマグネット５５が固定配置されている。現像スリーブ５４は二成分現像剤を担持および搬送し、感光体ドラム４０と対向する現像領域でトナーを感光体ドラム４０に供給して静電潜像を現像する。なお、ブレード５６は二成分現像剤（磁性キャリアと非磁性トナーを含む）の層厚を一定に規制する。現像効率、即ち潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ５４には電源５７から現像バイアスが印加されている。現像バイアスは、直流電圧を交流電圧に重畳することで生成されている。

第１室５２および第２室５３にはそれぞれ現像剤を撹拌する攪拌手段であるスクリュー５８、５９が配置されている。スクリュー５８、５９は、現像スクリュー、攪拌スクリュー、攪拌搬送スクリューと呼ばれてもよい。ＣＰＵ１０１は現像モータ６８（図３）を制御してスクリュー５８、５９を回転させる。スクリュー５８は第１室５２中の現像剤を撹拌しながら搬送する。スクリュー５９は、トナー補給漕６０のトナー搬送路６１から供給されたトナー６３と既に現像器４４内にあった現像剤４３とを撹拌しながら搬送し、トナー濃度を均一化する。隔壁５１には図２における手前側と奥側の端部において第１室５２と第２室５３とを相互に連通させる現像剤通路（非図示）が形成されている。スクリュー５８は、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した第１室５２内の現像剤を一方の通路を通じて第２室５３へ移動させる。スクリュー５９は、第２室５３内でトナー濃度の回復した現像剤を他方の通路から第１室５２内へ移動させる。

図２が示すように、現像器４４の第１室５２の底壁にはトナー濃度を検知する検知手段であるインダクタセンサ２０が設置されている。インダクタセンサ２０は第１室５２に収容されている現像剤のトナー濃度を検出する検出手段の一例である。ここではインダクタセンサ２０が第１室５２内に存在する現像剤４３の実際のトナー濃度に対応した検出値をＣＰＵ１０１に出力する。

図３を用いて補給コントローラ１００について説明する。ＣＰＵ１０１にはＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３およびＩ／Ｏ１０４が接続されている。ＣＰＵ１０１はＩ／Ｏ１０４に入力される信号に応じ、ＲＯＭ１０３に記憶されている制御プログラムを実行する。ＣＰＵ１０１は制御プログラムにしたがってＲＡＭ１０２からインダクタセンサ２０の出力値などのデータを呼び出し、モータドライバ６７とモータドライバ６９を制御し、現像モータ６８と補給モータ７０を駆動する。

＜フローチャート＞
（１）メインシーケンス
図４ないし図６を用いて本実施例の補給制御について詳細に説明する。このフローチャートを実行するための制御プログラムはＲＯＭ１０３に記憶されており、データはＲＡＭ１０２に記憶されている。Ｉ／Ｏ１０４に接続された操作部やホストコンピュータからプリントの指示を受け取るとＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０３に記憶された制御プログラムにしたがって以下の処理を実行する。

Ｓ１でＣＰＵ１０１は処理回路３４を用いて画像信号を生成する。画像信号は１枚の画像ごとに生成される。よって、ＣＰＵ１０１や処理回路３４は画像信号生成手段として機能する。Ｓ２でＣＰＵ１０１はモータドライバ６７を制御し、現像モータ６８の回転を開始させる。よって、ＣＰＵ１０１はモータ制御手段または攪拌制御手段として機能する。これにより現像モータ６８はスクリュー５８、５９を回転させる。Ｓ３でＣＰＵ１０１は通常補給（ノーマルシーケンス）をスタートする。ノーマルシーケンスの詳細は図５を用いて後述する。よって、ＣＰＵ１０１は通常補給制御手段として機能する。Ｓ４でＣＰＵ１０１は画像信号に対応する画像形成（プリント）が終了したかどうかを判定する。よって、ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。プリントが終了したのであればＣＰＵ１０１はＳ５に進み、プリントが終了していなければＣＰＵ１０１はＳ３に戻る。

Ｓ５でＣＰＵ１０１はインダクタセンサ２０の出力値（トナー濃度の指標となるＴ／Ｄ比）に基づき緊急補給（緊急シーケンス）が必要かどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。たとえば、トナーの補給が間に合わず、インダクタセンサ２０により検出されたＴ／Ｄ比とターゲットＴ／Ｄ比との差分が閾値を超えると、ＣＰＵ１０１は緊急シーケンスが必要と判定する。つまり、インダクタセンサ２０の出力値とターゲット値との差分（インダクタ差分）が閾値を超えたことを、緊急シーケンスに移行するための移行条件（緊急補給条件）としてもよい。なお、インダクタセンサ２０の出力値はＴ／Ｄ比に反比例する。緊急補給が必要であればＣＰＵ１０１はＳ６に進み、緊急補給が必要でなければＣＰＵ１０１はＳ７に進む。

Ｓ６でＣＰＵ１０１は緊急シーケンスを開始する。よって、ＣＰＵ１０１は緊急補給制御手段として機能する。緊急シーケンスの詳細は図６を用いて後述する。Ｓ７でＣＰＵ１０１はすべてのジョブが終了したかどうかをプリントジョブのデータに基づき判定する。ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。たとえば、１０枚の画像を連続で印刷するプリントジョブであれば、１０枚の画像をすべてプリント完了したときにＣＰＵ１０１はすべてのジョブが終了したと判定する。すべてのジョブか終了したのであればＣＰＵ１０１は本フローチャートに係る処理を終了し、すべてのジョブか終了していなければＣＰＵ１０１はＳ１に戻る。

（２）ノーマルシーケンス
図５を用いてノーマルシーケンス（Ｓ３）について詳細に説明する。Ｓ１０でＣＰＵ１０１はインダクタセンサ２０の出力値であるインダクタンス電圧を取得する。ＣＰＵ１０１は取得手段として機能する。インダクタンス電圧はインダクタセンサ２０の検知値と呼べるものであり、Ｔ／Ｄ比に相関（反比例）した電圧である。Ｓ１１でＣＰＵ１０１は出力値とターゲット値との差分を求める。この差分をインダクタンス差分と呼ぶことにする。ＣＰＵ１０１は差分演算手段として機能する。

Ｓ１２でＣＰＵ１０１はＰＩＤ制御を用いてインダクタンス差分からトナー補給量Ｒｎを決定する。ＣＰＵ１０１は補給量決定手段として機能する。たとえば、ＣＰＵ１０１は、インダクタンス差分にＰゲインを乗算したものと、インダクタンス差分を積分してさらにＩゲインを乗算したものと、インダクタンス差分を微分してさらにＤゲインを乗算したものを加算する。この和がトナー補給量Ｒｎとなる。ＰＩＤ制御には、Ｄゲインを０にしてＰＩのみで制御を行うこと（ＰＩ制御）や、Ｉゲイン及びＤゲインを０にしてＰのみで制御を行うこと（Ｐ制御）が含まれるものとする。なお、Ｐゲイン、Ｄゲイン、ＩゲインなどＰＩＤゲインは、予め画像形成装置の設計時に実験やシミュレーションを行い、安定性や制御性が良好となるように決定され、ＲＯＭ１０３に格納される。ＣＰＵ１０１はＲＯＭ１０３からこれらのパラメータを読み出してとトナー補給量を算出する。

Ｓ１３でＣＰＵ１０１はトナー補給量の積算値Ｓｎを求める。ＣＰＵ１０１は積算手段として機能する。たとえば、ＣＰＵ１０１はＲＡＭ１０２に保存されている前回のトナー補給（ノーマルシーケンスと緊急シーケンスとのうち最後（直前）に実行されたシーケンス）で求められた補給量の積算値を呼び出す。ＣＰＵ１０１は、呼び出した積算値に今回のトナー補給量Ｒｎを加算して今回の積算値を求め、ＲＡＭ１０２に上書きする。たとえば、１回目からｎ−１回目までのトナー補給により求められたトナー補給量の積算値Ｓｎ−１は前回の積算値である。なお、トナー補給が実行されると、補給されたトナーの量が積算値から減算される。今回（つまりｎ回目）の積算値Ｓｎは、Ｓ１２で求められた今回のトナー補給量Ｒｎを前回の積算値Ｓｎ−１に加算することで得られる。なお、ノーマルシーケンスの積算値と緊急シーケンスの積算値を共用するものとして説明したが、別個に積算値が管理されてもよい。なお、積算値Ｓｎは現像器４４におけるトナーの不足量を示している。

Ｓ１４でＣＰＵ１０１は補給条件が満たされたかどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。補給条件は、たとえば、積算値Ｓｎがあらかじめ設定されている最少補給量Ｒｍｉｎを超えたことであってもよい。最少補給量Ｒｍｉｎは、頻繁なトナー補給を緩和するために、予め画像形成装置の設計段階で設定される。なお、最少補給量Ｒｍｉｎは、補給モータ７０を一回駆動することで補給されるトナー量（ブロックトナー量Ｒｂ）よりも多い。ブロックトナー量はトナー補給量の最小の単位である。なお、トナーブロックごとにトナーを補給することはブロック補給と呼ばれてもよい。積算値Ｓｎが最少補給量Ｒｍｉｎを超えていなければ、補給条件が満たされていないため、ＣＰＵ１０１はノーマルシーケンスを終了してメインシーケンスに戻る。一方で、積算値Ｓｎが最少補給量Ｒｍｉｎを超えていれば、補給条件が満たされたため、ＣＰＵ１０１はＳ１５に進む。

Ｓ１５でＣＰＵ１０１はモータドライバ６９を制御して補給モータ７０を回転させ、現像器４４に１ブロックのトナーを補給する。ＣＰＵ１０１はモータ制御手段として機能する。Ｓ１６でＣＰＵ１０１は積算値Ｓｎからブロックトナー量Ｒｂを減算する。ＣＰＵ１０１は減算手段として機能する。その後、ＣＰＵ１０１はＳ１４に戻る。つまり、補給条件が満たされている間は、ブロックトナー量Ｒｂずつトナーが補給されることになる。なお、ノーマルシーケンスにおいてはインダクタセンサ２０の出力値が大きく変動しにくいため、出力値は一度だけ取得され、トナー補給量も一度だけ決定される。

（３）緊急シーケンス（緊急補給）
図５から明らかなように、ノーマルシーケンスではトナー補給量が決定されると画像形成が停止されることなくブロック単位でトナー補給が実行される。トナー補給量を決定する際にはインダクタセンサ２０の出力値が利用されるが、トナー補給量が決定されると、トナー補給が完了するまでインダクタセンサ２０の出力値は参照されない。一方で緊急シーケンスは連続した複数の画像を形成する途中（先行する画像を形成した後であって後続する画像を形成する前の期間）に実行される。つまり、緊急シーケンスは、画像形成が一旦停止され、その停止期間内にトナーを補給するシーケンスである。緊急シーケンスでは現像器４４のトナーが消費されずに新しいトナーが補給されるため、ノーマルシーケンスよりもトナーの増加速度が速い。そのため、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに復帰したときにインダクタセンサ２０の出力値が安定しないことがあり得る。そこで、本実施例では緊急シーケンスを導入するとともに、さらに、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに復帰したときのインダクタセンサ２０の出力値を安定化させる方法を提案する。とりわけ、本実施例の緊急シーケンスでは、出力値とターゲット値との差（インダクタンス差分）を考慮してトナーの補給が実行される。つまり、インダクタンス差分が大きい場合にはＣＰＵ１０１がトナーの増加速度を速くする。その一方で、インダクタンス差分が小さくなってくると、それに応じてＣＰＵ１０１がトナーの増加速度を遅くする。これにより、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに復帰したときにインダクタセンサ２０の出力値が安定する。

図６を用いて緊急シーケンス（Ｓ６）について詳細に説明する。なお、緊急シーケンスにおいてノーマルシーケンスと共通するステップには同一の参照符号を付与することで説明の簡明化を図る。上述したＳ１０ないしＳ１３を実行し、ＣＰＵ１０１はＳ２０に進む。

Ｓ２０でＣＰＵ１０１は補給条件が満たされたかどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。この判定処理は基本的にＳ１４と同じものである。補給条件が満たされていなければ、ＣＰＵ１０１はＳ２３に進む。補給条件が満たされていれば、ＣＰＵ１０１はＳ２１に進む。

Ｓ２１でＣＰＵ１０１はモータドライバ６９を制御して補給モータ７０を回転させ、現像器４４に１ブロックのトナーを補給する。ＣＰＵ１０１はモータ制御手段として機能する。Ｓ２２でＣＰＵ１０１は積算値Ｓｎからブロックトナー量Ｒｂを減算する。ＣＰＵ１０１は減算手段として機能する。その後、ＣＰＵ１０１はＳ２３に進む。

Ｓ２３でＣＰＵ１０１は緊急シーケンスの終了条件が満たされたかどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は判定手段として機能する。終了条件が満たされていなければＣＰＵ１０１はＳ１０に戻る。このように本実施例では１ブロックのトナーが補給されると、Ｓ１０に戻ることでインダクタセンサ２０の新たな出力値に基づいてトナー補給量が更新される。一方で、終了条件が満たされていればＣＰＵ１０１は緊急シーケンスを終了し、メインシーケンスに戻る。

終了条件は、たとえば、２つの条件により構成されうる。ＣＰＵ１０１は、２つの条件の両方が満たされたときに、終了条件が満たされたと判定してもよいし、２つの条件のうち少なくとも一方が満たされたときに、終了条件が満たされたと判定してもよい。１つ目の条件は、たとえば、インダクタンス差分があらかじめ決められた値（例：０．１［Ｖ］）より小さくなったことである。これは、インダクタセンサの出力値がターゲット値に十分に近づいたことを意味する。２つ目の条件は、たとえば、補給量の積算値Ｓｎがあらかじめ決められた値（例：４００［ｍｇ］）より小さくなったことである。積算値Ｓｎが十分に小さくなれば、ノーマルシーケンスでも十分に補給可能となる。よって、ＣＰＵ１０１は緊急シーケンスからノーマルシーケンスに早期に復帰して、画像形成を実行できない時間（いわゆるダウンタイム）を削減する。
（４）緊急補給への移行条件（Ｓ５）
図４で説明した緊急補給の移行条件（Ｓ５）について詳細に説明する。緊急補給への移行条件は２つの条件を含みうる。ＣＰＵ１０１は両方の条件が満たされたときに緊急補給が必要と判定してもよいし、少なくとも一方の条件が満たされたときに緊急補給が必要と判定してもよい。１つ目の条件は、たとえば、インダクタンス差分があらかじめ決められた値（例：０．２［Ｖ］）以上になったことである。これは、インダクタンス電圧がターゲット電圧から大きく乖離したことを意味する。２つ目の条件は、たとえば、補給量の積算値Ｓｎがあらかじめ決められた値（例：８００［ｍｇ］）以上になったことである。

高濃度の画像を連続で形成した場合、トナー消費速度がトナー補給速度の上限値を超えてしまうことがある。たとえば、最大濃度で１枚のベタ画像を形成すると、１０００［ｍｇ］のトナーが消費され、１枚の画像を形成している期間において補給可能な最大トナー量は８００［ｍｇ］であると仮定する。なお、最大濃度とは、たとえば、トナー画像の濃度が１レベルないし２５６レベルで表現される場合の２５６レベルのことである。この場合、２００［ｍｇ］ずつ現像器４４内のトナーが減ってゆくことになる。よって、１枚の画像を形成している期間において補給可能な最大トナー量が２つ目の条件となり得る。

ところで、ＣＰＵ１０１は、画像信号からトナーの不足量を予測可能であるため、画像信号に基づき緊急シーケンスにおけるトナー補給量を決定してもよい。しかし、現像器４４内のＴ／Ｄ比（インダクタセンサ２０の出力値）を考慮しないと、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに復帰したときに出力値が安定しないことがありうる。そこで、本実施例では、緊急シーケンスにおいてインダクタセンサ２０の出力値を考慮してトナー補給量（積算値）を決定している。

図７を用いて高濃度画像形成時のインダクタセンサ２０の出力値の変化の一例を示す。比較例はインダクタセンサ２０の出力値を考慮せずに画像信号に基づきトナー補給量を決定する緊急シーケンスとする。この比較例の出力値をＩｖ１とする。本実施例の出力値をＩｖ２とする。Ｉｖｔはターゲット値を示す。

図７が示すように、高濃度画像を形成するとトナーが高速に消費されるため、画像形成開始時点から４００秒が経過したときに緊急シーケンスが開始される。比較例では、インダクタセンサ２０の出力値を考慮せずにトナー補給を実行するため、出力値が収束するまでに時間がかかる。一方で、本実施例では、インダクタセンサ２０の出力値を考慮してトナー補給を実行するため、出力値が収束するまでの時間が短縮される。

なお、ノーマルシーケンスにおけるＰＩＤゲインと緊急シーケンスにおけるＰＩＤゲインとは等しくなるように設定されてもよい。これにより、ノーマルシーケンスから緊急シーケンスに切り替えたときや緊急シーケンスからノーマルシーケンスに切り替えたときに、積分値を引き継げるようになる。その結果、インダクタセンサ２０の出力値の変化が滑らかになる。

＜まとめ＞
本実施例によれば、ＣＰＵ１０１は、上述したようにノーマルシーケンスに加えて緊急シーケンスを実行する。ノーマルシーケンスは、画像形成と並行して実行されるシーケンスであって、スクリュー５８、５９を動作させながらインダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分に応じてトナーの補給量を決定し、当該決定した補給量にしたがってトナーを現像器４４に補給する第１シーケンスである。また、緊急シーケンスは、画像形成を停止させて実行されるシーケンスであって、スクリュー５８、５９を動作させながらインダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分に応じてトナーの補給量を決定し、当該決定した補給量にしたがってトナーを現像器４４に補給する第２シーケンスである。ＣＰＵ１０１は、画像形成を開始するとノーマルシーケンスにしたがって補給モータ７０を制御する。ＣＰＵ１０１は、画像形成によるトナーの消費量に対してノーマルシーケンスによるトナーの補給量が不十分な状態になると、緊急シーケンスにしたがって補給モータ７０を制御し、その後、ノーマルシーケンスに復帰する。本実施例によれば、ノーマルシーケンスと緊急シーケンスを導入することで、現像器４４内のトナー濃度の変動を低減することが可能となる。また、緊急シーケンスにおいても現像剤のトナー濃度（インダクタセンサ２０の出力値）に応じてトナーの補給量が決定される。そのため、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに移行したときのＴ／Ｄ比が安定する。

Ｓ１２に関して説明したように、ノーマルシーケンスによるトナーの補給制御と緊急シーケンスによるトナーの補給制御はともにＰＩＤ制御であってもよい。ＰＩＤ制御は、インダクタセンサ２０の出力値をトナーの補給量にフィードバックする制御として都合がよい。なお、ノーマルシーケンスによるＰＩＤゲインと緊急シーケンスによるトナーの補給制御のＰＩＤゲインは等しく設定されてもよい。これにより、ノーマルシーケンスと緊急シーケンスとの間で切り替えが実行されたときに積分値が引き継がれ、トナー濃度の変化が滑らかになるであろう。Ｓ１１およびＳ１２に関して説明したように、ＣＰＵ１０１は、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分を取得し、差分にＰゲインを乗算したものと、差分を積分してさらにＩゲインを乗算したものと、差分を微分してさらにＤゲインを乗算したものを加算することでトナーの補給量を決定してもよい。

Ｓ５に関して説明したように、ＣＰＵ１０１は、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度に基づき、ノーマルシーケンスから緊急シーケンスへ移行する第１移行条件が満たされたかどうかを判定する第１判定手段として機能してもよい。ＣＰＵ１０１は、第１移行条件が満たされたと判定すると、ノーマルシーケンスから緊急シーケンスへ移行する。第１移行条件は、たとえば、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分が閾値を超えたことである。上述したように、トナーの消費速度がトナーの補給速度を超えた状態が継続すると、トナー濃度がターゲット濃度から乖離してくる。これを放っておくと、トナー画像の画像濃度にムラが生じたり、高濃度となるべき画像領域で画像濃度の低下が目立ったりする。よって、画像形成を停止させて、トナー濃度を回復させる緊急シーケンスが必要となる。

Ｓ２３に関して説明したように、ＣＰＵ１０１は、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度に基づき、緊急シーケンスからノーマルシーケンスへ移行する第２移行条件が満たされたかどうかを判定する第２判定手段として機能してもよい。ＣＰＵ１０１は、第２移行条件が満たされると、緊急シーケンスからノーマルシーケンスへ移行する。第２移行条件は、たとえば、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分が閾値以下になったことである。つまり、トナー濃度とターゲット濃度との差分が十分に小さくなれば、ＣＰＵ１０１は緊急シーケンスからノーマルシーケンスへ復帰する。トナー濃度とターゲット濃度との差分が十分に小さくなれば、画像形成と並行してトナーを補給しても、トナー画像の濃度にムラ等が発生しにくいからである。

図５を用いて説明したように、ＣＰＵ１０１は、ノーマルシーケンスにおいて、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度に基づくトナーの補給量を積算して積算値を取得し、当該積算値が補給条件を満たすかどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は、当該積算値が当該補給条件を満たすと、補給モータ７０に所定量のトナーを補給させ、当該積算値から当該所定量を減算する。ＣＰＵ１０１は、当該所定量を減算することで得られた積算値が補給条件を満たさなくなるまで、補給モータ７０に所定量ずつトナーを補給させる。

図６を用いて説明したように、ＣＰＵ１０１は、緊急シーケンスにおいて、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度に基づくトナーの補給量を積算して積算値を取得し、当該積算値が補給条件を満たすかどうかを判定する。ＣＰＵ１０１は、当該積算値が当該補給条件を満たすと、補給モータ７０に所定量のトナーを補給させ、当該積算値から当該所定量を減算する。ＣＰＵ１０１は、緊急シーケンスからノーマルシーケンスへ復帰するための条件が満たされていなければ、インダクタセンサ２０にトナー濃度を再度検出させ、当該トナー濃度に基づきトナーの補給量を更新し、緊急シーケンスからノーマルシーケンスへ復帰するための条件が満たされると、ノーマルシーケンスへ復帰する。とりわけ、現像器４４内のトナー濃度に応じてトナーの補給量が更新される。本実施例の緊急シーケンスでは、インダクタンス差分を考慮してトナーの補給が実行される。つまり、インダクタンス差分が大きい場合にはＣＰＵ１０１がトナーの増加速度を速くする。その一方で、インダクタンス差分が小さくなってくると、それに応じてＣＰＵ１０１がトナーの増加速度を遅くする。これにより、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに復帰したときにインダクタセンサ２０の出力値が安定する。

ＲＡＭ１０２はトナーの補給量の積算値を記憶する記憶手段として機能する。ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０２に記憶されている積算値をノーマルシーケンスと緊急シーケンスとで共通に使用してもよい。これにより、ノーマルシーケンスと緊急シーケンスとの間で積算値を引き継げるため、トナー濃度の変化を滑らかにしやすくなろう。

ＣＰＵ１０１は、緊急シーケンスにおいて、インダクタセンサ２０により検出されたトナー濃度とターゲット濃度との差分に比例してトナーの補給量を調整してもよい。つまり、ＣＰＵ１０１は、インダクタンス差分が大きい場合にはトナー濃度の増加速度を速くし、インダクタンス差分が小さくなってくると、それに応じてトナー濃度の増加速度を遅くしてもよい。これにより、緊急シーケンスからノーマルシーケンスに移行したときの現像器４４内のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）がさらに安定しやすくなろう。

２０インダクタセンサ、４０感光体ドラム、４３二成分現像剤、４４現像器、５４現像スリーブ、５８、５９スクリュー、６０トナー補給漕、１００補給コントローラ

Claims

静電潜像が形成される像担持体と、
トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する収容部と、前記収容部内の前記現像剤を攪拌するために回転する攪拌部材とを有し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を前記収容部に収容されている前記現像剤を用いて現像する現像手段と、
前記収容部に収容されている前記現像剤のトナー濃度を検出する検出手段と、
前記収容部にトナーを補給する補給手段と、
前記検出手段により検出されたトナー濃度に基づいて補給量を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記補給量に基づいて前記補給手段を制御する補給制御手段と
画像形成動作を一旦停止して前記攪拌部材を回転しながら前記補給手段によって前記収容部へ前記トナーを補給させる緊急シーケンスを実行するか否かを、前記画像形成動作中に前記検出手段により検出された前記トナー濃度に基づいて制御する制御手段と、
を有し、
前記演算手段は、前記緊急シーケンスにおいて前記補給量の演算を繰り返し実行し、
前記補給制御手段は、前記緊急シーケンスにおいて前記収容部へ一度に前記トナーが補給されないように、前記補給量の演算が繰り返し実行される度に、前記補給手段に所定量のトナーを補給させるような所定の補給動作を実行するか否かを制御することを特徴とする画像形成装置。
前記緊急シーケンスによるトナーの補給制御はＰＩＤ制御であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記補給制御手段は、前記検出手段により検出された前記トナー濃度とターゲット濃度との差分を取得し、前記差分にＰゲインを乗算したものと、前記差分を積分してさらにＩゲインを乗算したものと、前記差分を微分してさらにＤゲインを乗算したものを加算することで前記トナーの補給量を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記トナー濃度とターゲット濃度との差分が閾値を超えた場合に緊急シーケンスを実行することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記検出手段により検出された前記トナー濃度とターゲット濃度との差分が閾値以下になった場合に、前記緊急シーケンスを終了させて前記画像形成動作を再開することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。