JP5732780B2 - トナー補給制御システム及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置の二成分現像剤を用いる現像部にトナーを補給するトナー補給制御システム、及び、そのトナー補給制御システムを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいはこれらの機能を有する複合機等の画像形成装置に関する。

現像剤にトナーを用いた画像形成方法や画像形成装置において、高品質な画像を形成するためには現像器内のトナー濃度を一定に保つ事が重要である。そのため、トナー補給を行う際にはトナーが消費された箇所に必要な量を補給する事が望ましい。現在主流の方法としては、出力される画像情報を元にトナー補給を行っている。画像情報は消費されたトナー量と直接に関係する情報であり、精度が高いためである。しかし、トナー補給駆動においてはトナーが粉体であるため正確な分量を補給する事が難しい。これには機械個体差も当然含まれる。また、画像品質を保証するために温度や湿度などの環境状況やユーザ設定などにも対応する必要がある。そのため、センサによるトナー濃度を検出し、その結果に基づいた補給も行っている。この２つの考え方に基づくトナー補給システムは現時点での主流技術であり、既に知られている。

ここで、特許文献１（特開２０１０−９１７８４号公報）に記載の従来技術においては、トナー濃度検出により現像剤内のトナー消費量を算出し、次の循環周期においてトナー消費量と相殺するようにトナー補給を行うように構成されている。
しかし、トナー濃度センサを用いたフィードバック（ＦＢ）制御が存在していないため目標のトナー濃度への追従機能は不十分であり、必要な機能を満足する事は難しい。さらに、画像情報を用いた方法ではないため、センサの誤差なども含んでトナー補給を行ってしまうため、トナー不足やトナー過多が発生してしまうという欠点がある。

また、特許文献２（特開２０１０−９１７８５号公報）に記載の従来技術においては、画像情報を用いたフィードフォワード（ＦＦ）制御と、トナー濃度センサを用いたＦＢ制御を組み合わせ、それぞれをトナー補給量算出後、両者を加減算して最終的なトナー補給量を算出している。
しかし、ＦＦ制御が必要なタイミングに間に合う前提での技術であり、間に合わない場合にはトナー不足の状態でＦＢ制御に渡ってしまう。これにより、タイミングがずれた分、ＦＦ制御から過剰にトナーが補給されてしまう事や、ＦＦ制御で補給できない分をＦＢ制御側がトナー補給を過剰に行ってしまう事などの欠点がある。

トナー補給を行う際、主に出力される画像情報を元にトナー補給を行うことが望ましい。これは画像情報はトナー消費量と直接に結びついた情報であり、トナー消費量に関してはトナー濃度検出手段によるセンシングよりも精度が高いためである。しかしながら、トナー補給駆動においては、いかにメカやソフトを高精度に構成したとしても、実際に搬送するトナーが粉体であるため正確な分量を搬送する事が難しい。当然、製造された機械個体差も含まれる。また、画像品質で求められる濃度を得るため、温度や湿度などの環境状況やユーザ設定などに対応するため、制御上で現像器内のトナー濃度変更を行なっている。これは画像情報に基づいたトナー補給のみで達成する事は非常に困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像情報を用いてトナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う事を特徴としたトナー補給制御システム及び、そのトナー補給制御システムを有する画像形成装置において、画像情報から必要なトナー補給量を計算する際、トナー濃度検出手段によるトナー補給量を加味して、画像情報からのトナー補給量を算出することにより、高精度に目標となるトナー濃度にすることである。

上記の目的を達成するため、本発明では、以下の［１］〜［４］の解決手段を採っている。
［１］：潜像形成手段により潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段を有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成の画像形成装置に具備され、前記現像手段のトナー補給を制御するトナー補給制御システムにおいて、前記トナー補給手段が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され前記二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度検出手段と、前記潜像形成手段より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、前記トナー濃度検出手段の検出結果から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、前記画像情報に基づいた画像を形成するためにトナーを消費された前記二成分現像剤が前記トナー補給手段の補給位置を少なくとも２回目に到達するタイミングを検出し、前記画像トナー消費量と前記検出トナー消費量とから必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、１回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、前記トナー補給信号からトナー補給量を算出し、かつ、前記検出トナー消費量に基づくトナー補給量に応じて、前記画像トナー消費量に基づくトナー補給量を変更して、前記最終トナー補給量を算出する補給制御手段を有することを特徴とする（請求項１）。

［２］：潜像形成手段により潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段を有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成の画像形成装置に具備され、前記現像手段のトナー補給を制御するトナー補給制御システムにおいて、前記トナー補給手段が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され前記二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度検出手段と、前記潜像形成手段より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、前記トナー濃度検出手段の検出結果から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、前記画像情報に基づいた画像を形成するためにトナーを消費された前記二成分現像剤が前記トナー補給手段の補給位置に少なくとも到達し画像情報からの補給が可能となるタイミングを検出し、前記タイミングに応じて前記画像トナー消費量と、前記濃度検出推測手段からの情報から必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、必要な最終トナー補給量を算出して調整する補給制御手段を有し、前記補給制御手段は、前記タイミング前の画像情報からはトナー補給量を換算し、前記タイミング後の画像情報からは、前記濃度検出推測手段からの結果と合算して、前記最終トナー補給量を算出することを特徴とする（請求項２）。
［３］：［２］に記載のトナー補給制御システムにおいて、前記補給制御手段は、前記タイミング前の画像情報からは１回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、トナー濃度ムラを打ち消すようなトナー濃度の時間変化を生じさせるトナー補給量を前記最終トナー補給量として算出して前記現像剤が再び前記トナー補給手段の補給位置へ来た時に補給し、前記タイミング後の画像情報に対しては直後から補給することを特徴とする（請求項３）。

［４］：潜像担持体と、前記潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段とを有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成であり、前記現像手段により現像されることで前記潜像担持体上に形成されたトナー像を転写手段で最終的に記録材上に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、［１］乃至［３］の何れか一つに記載のトナー補給制御システムを有することを特徴とする（請求項４）。

［１］に記載のトナー補給制御システムでは、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない構成に対しては現像器内を循環後の変動に対して、画像情報と循環による変化に加え、トナー濃度検出手段を用いたＦＢ制御によるトナー補給量を加味した、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う事で、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。また、［１］に記載のトナー補給制御システムでは、上述の効果に加え、トナー濃度検出手段からのトナー補給量を画像情報に基づいてトナー補給量を計算する計算値、あるいは計算後のゲイン値を変更する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。

［２］に記載のトナー補給制御システムでは、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合う箇所についてはそのまますぐに画像情報に基づくトナー補給量を計算して補給し、補給が間に合わない箇所については、間に合わない分量だけ、現像器内を循環後の変動に対して、画像情報と循環による変化に加え、トナー濃度検出手段を用いたＦＢ制御によるトナー補給量を加味した、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う事で、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
［２］に記載のトナー補給制御システムでは、上述の効果に加え、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない箇所については、トナー濃度検出手段からのトナー補給量を画像情報に変換する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
［３］に記載のトナー補給制御システムでは、［２］の効果に加え、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない箇所については、トナー濃度検出手段からのトナー補給量を画像情報に基づいてトナー補給量を計算する計算値、あるいは計算後のゲイン値を変更する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。

［４］に記載の画像形成装置では、［１］乃至［３］の何れか一つに記載のトナー補給制御システムを有するので、［１］乃至［３］の何れか一つと同様の効果が得られ、高品質画像を得ることが可能となる。

本発明の画像形成装置の一実施形態に係るプリンタの構成例を示す概略構成図である。 図１に示すプリンタのＹトナー像を生成するためのプロセスユニットの構成例を示す概略図である。 図２に示すプロセスユニットの外観を示す斜視図である。 現像剤循環搬送路内を二成分現像剤が循環する構成の現像ユニットの断面構成例を示す説明図である。 本発明に係るトナー補給制御を行う機構の機能ブロック図である。 本発明の実施形態におけるトナー補給装置の補給基礎パターンを示すグラフである。 トナー濃度検出手段の検出箇所における単位消費波形と、トナー補給口の位置における単位消費波形とを比較したグラフである。 単位消費波形Ｓ２と、この単位消費波形Ｓ２によるトナー濃度ムラを打ち消す単位補給波形とを示すグラフである。 トナー補給がまったく間に合わない場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。 トナー補給がまったく間に合わないが、ＦＢ制御補給ができる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。 ＦＢ制御の補給分を考慮し、現像器１周後の消費波形に補給を相殺させる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。 図１１に示す補給と消費のタイミングを発生するためのトナー補給制御システムの一例を示すブロック線図である。 図１１に示す補給と消費のタイミングを発生するためのトナー補給制御システムの別の例を示すブロック線図である。 図１１に示す補給と消費のタイミングを発生するためのトナー補給制御システムの別の例を示すブロック線図である。 画像からの補給開始が消費による濃度ムラに対して部分的に間に合うが、補給の一部が間に合わない場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。 画像からの補給開始が消費による濃度ムラに対して部分的に間に合うが、補給の一部が間に合わず、ＦＢ制御による補給がある場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。 ＦＢ制御の補給分を考慮し、間に合う分は補給し、間に合わない分は１周後の消費波形に補給を相殺させる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
ここでは本発明を画像形成装置である電子写真方式のプリンタに適用した実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成例について説明する。
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態に係るプリンタの構成例を示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す。）用の４つのプロセスユニット１Ｙ、ＩＣ、１Ｍ、１Ｋ備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋのトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。

図２は、図１に示すプリンタのＹトナー像を生成するためのプロセスユニットの構成例を示す概略図である。また、図３は、図２に示すプロセスユニット１Ｙの外観を示す斜視図である。このプロセスユニット１Ｙは、感光体ユニット２Ｙと、現像手段を構成する現像ユニット（現像器）７Ｙとを有している。感光体ユニット２Ｙ及び現像ユニット７Ｙは、プロセスユニット１Ｙとして一体的にプリンタ本体に対して着脱可能に構成されている。ただし、プリンタ本体から取り外した状態では、現像ユニット７Ｙを感光体ユニット２Ｙに対して着脱することができるようになっている。

感光体ユニット２Ｙは、潜像担持体としてのドラム状の感光体３Ｙ、ドラムクリーニング装置４Ｙ、図示しない除電装置、帯電装置５Ｙなどを有している。帯電手段である帯電装置５Ｙは、図示しない駆動手段によって図２中時計回り方向に回転駆動する感光体３Ｙの表面を帯電ローラ６Ｙにより一様に帯電させる。具体的には、図２中反時計回りに回転駆動する帯電ローラ６Ｙに対して図示しない電源から帯電バイアスを印加し、その帯電ローラ６Ｙを感光体３Ｙに近接又は接触させることで、感光体３Ｙを一様に帯電させる。

なお、帯電ローラ６Ｙの代わりに、帯電ブラシ等の他の帯電部材を近接又は接触させるものを用いてもよい。
また、スコロトロンチャージャのように、チャージャ方式によって感光体３Ｙを一様に帯電させるものを用いてもよい。

帯電装置５Ｙによって一様に帯電した感光体３Ｙの表面は、後述する潜像形成手段としての光書込ユニット２０から発せられるレーザー光によって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。

図４は、現像器の現像剤循環搬送路内を二成分現像剤が循環する構成の現像ユニットの現像剤循環搬送路周辺の断面構成例を示す説明図である。
現像手段である現像ユニット７Ｙは、図２、図４に示すように、現像器内に、現像剤搬送手段としての第１搬送スクリュー８Ｙが配設された第１剤収容部９Ｙを有している。また、トナー濃度検出手段としての透磁率センサからなるトナー濃度センサ１０Ｙ、現像剤搬送手段としての第２搬送スクリュー１１Ｙ、現像剤担持体としての現像スリーブ１２Ｙ、現像剤規制部材としてのドクターブレード１３Ｙなどが配設された第２剤収容部１４Ｙも有している。これら２つの剤収容部９Ｙ，１４Ｙで構成される現像剤循環搬送路内には、磁性キャリアとマイナス帯電性のＹトナーとからなる二成分現像剤である図示しないＹ現像剤が内包されている。

第１搬送スクリュー８Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、第１剤収容部９Ｙ内のＹ現像剤を図２中手前側へ搬送する。搬送途中のＹ現像剤は、第１搬送スクリュー８Ｙの近傍に固定されたトナー濃度センサ１０Ｙによって、第１剤収容部９Ｙにおけるトナー補給口１７Ｙに対向する箇所（以下「補給箇所」という。）よりも現像剤循環方向下流側に位置する所定の検出箇所を通過するＹ現像剤のトナー濃度が検知される。そして、第１搬送スクリュー８Ｙにより第１剤収容部９Ｙの端部まで搬送されたＹ現像剤は、連通口１８Ｙを経て第２剤収容部１４Ｙ内に進入する。

第２剤収容部１４Ｙ内の第２搬送スクリュー１１Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動することで、Ｙ現像剤を図２中奥側へ搬送する。このようにしてＹ現像剤を搬送する第２搬送スクリュー１１Ｙの図２中上方には、現像スリーブ１２Ｙが第２搬送スクリュー１１Ｙと平行な姿勢で配設されている。この現像スリーブ１２Ｙは、図２中反時計回り方向に回転駆動する非磁性スリーブからなる現像ローラ１５Ｙ内に固定配置されたマグネットローラ１６Ｙを内包した構成となっている。第２搬送スクリュー１１Ｙによって搬送されるＹ現像剤の一部は、マグネットローラ１６Ｙの発する磁力によって現像ローラ１５Ｙの表面に汲み上げられる。

そして、現像ローラ１５Ｙの表面と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード１３Ｙによってその層厚が規制された後、感光体３Ｙと対向する現像領域まで搬送され、感光体３Ｙ上のＹ用の静電潜像にＹトナーを付着させる。この付着により、感光体３Ｙ上にＹトナー像が形成される。
現像によってＹトナーを消費したＹ現像剤は、現像ローラ１５Ｙの回転に伴って第２搬送スクリュー１１Ｙ上に戻される。そして、第２搬送スクリュー１１Ｙにより第２剤収容部１４Ｙの端部まで搬送されたＹ現像剤は、連通口１９Ｙを経て第１剤収容部９Ｙ内に戻る。このようにして、Ｙ現像剤は現像ユニット内を循環搬送される。

図５は、本発明に係るトナー補給制御を行う機構の機能ブロック図である。
トナー濃度センサ１０ＹによるＹ現像剤のトナー濃度の検出結果は、電気信号として制御部１００に送られる。
この制御部１００は、演算手段たるＣＰＵ（Central Processing Unit）、データ記憶手段であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成され、各種の演算処理や、制御プログラムの実行を行うことができる。制御部１００は、ＲＡＭの中にトナー濃度センサ１０Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆや、他の現像ユニット７Ｃ、７Ｍ、７Ｋに搭載された各トナー濃度検出手段１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋからの出力電圧の目標値であるＣ用Ｖｔｒｅｆ、Ｍ用Ｖｔｒｅｆ、Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータを格納している。

Ｙ用の現像ユニット７Ｙについては、トナー濃度センサ１０Ｙからの出力電圧の値とＹ用Ｖｔｒｅｆを比較し、比較結果に応じた量のＹトナーをトナー補給口１７Ｙから供給するように、Ｙ用のトナー補給手段であるトナー補給装置７０の駆動源７１Ｙを制御する。
この制御により、現像に伴うＹトナーの消費によってＹトナー濃度が低下したＹ現像剤に対し、第１剤収容部９Ｙで適量のＹトナーが供給される。このため、第２剤収容部１４Ｙ内のＹ現像剤のトナー濃度は目標トナー濃度範囲内に維持される。他色用の現像ユニット７Ｃ、７Ｍ、７Ｋ内における現像剤についても同様である。なお、本実施形態におけるトナー補給制御は、トナー濃度ムラを打ち消すように行うものであるが、その詳細については後述する。

プロセスユニット１Ｙにおいて、潜像形成、現像の工程を経て潜像坦持体である感光体３Ｙ上に形成されたＹトナー像は、転写手段を構成する転写ユニット４０の無端ベルト状の中間転写体（中間転写ベルト）４１に中間転写される。
図２に示す感光体ユニット２Ｙのドラムクリーニング装置４Ｙは、中間転写工程を経た後の感光体３Ｙの表面に残留したトナーを除去する。これによってクリーニング処理が施された感光体３Ｙの表面は、図示しない除電装置によって除電される。この除電により、感光体３Ｙの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。
また、他色用のプロセスユニット１Ｃ、１Ｍ、１Ｋにおいても、同様にして感光体３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上にＣトナー像、Ｍトナー像、Ｋトナー像が形成されて、中間転写ベルト４１上に中間転写される。

プロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの図１中下方には、潜像形成手段である光書込ユニット２０が配設されている。
光書込ユニット２０は、画像情報に基づいて発したレーザー光Ｌを、各プロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射する。これにより、感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上には、それぞれＹ用、Ｃ用、Ｍ用、Ｋ用の静電潜像が形成される。
なお、光書込ユニット２０は、光源から発したレーザー光Ｌを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー２１によって偏向せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋに照射するものである。
また、かかる構成のものに代えて、ＬＥＤアレイを採用したものを用いてもよい。

光書込ユニット２０の下方には、第１給紙カセット３１、第２給紙カセット３２が鉛直方向に重なるように配設されている。
これらの給紙カセット内には、それぞれ、記録材である記録紙Ｐが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、一番上の記録紙Ｐには、第１給紙ローラ３１ａ及び第２給紙ローラ３２ａがそれぞれ当接している。第１給紙ローラ３１ａが図示しない駆動手段によって図１中反時計回りに回転駆動すると、第１給紙カセット３１内の一番上の記録紙Ｐが、給紙カセットの図１中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路３３に向けて排出される。

また、第２給紙ローラ３２ａが図示しない駆動手段によって図１中反時計回りに回転駆動すると、第２給紙カセット３２内の一番上の記録紙Ｐが給紙路３３に向けて排出される。給紙路３３内には、複数の搬送ローラ対３４が配設されており、給紙路３３に送り込まれた記録紙Ｐは、これら搬送ローラ対３４のローラ間に挟み込まれながら、給紙路３３内を図１中下側から上側に向けて搬送される。また、給紙路３３の末端には、レジストローラ対３５が配設されている。
レジストローラ対３５は、搬送ローラ対３４から送られてくる記録紙Ｐをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録紙Ｐを適切なタイミングで後述の２次転写ニップに向けて送り出す。

各プロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの図１中上方には、中間転写ベルト４１を張架しながら図１中反時計回りに無端移動させる転写ユニット４０が配設されている。転写ユニット４０は、中間転写ベルト４１の他、ベルトクリーニングユニット４２、第１ブラケット４３、第２ブラケット４４などを備えている。また、４つの１次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋ、２次転写バックアップローラ４６、駆動ローラ４７、補助ローラ４８、テンションローラ４９なども備えている。中間転写ベルト４１は、これらのローラに張架されながら、駆動ローラ４７の回転駆動によって図１中反時計回りに無端移動する。

４つの１次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋは、このように無端移動する中間転写ベルト４１を感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋとの間に挟み込んでそれぞれ１次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト４１の内周面にトナーとは逆極性（本実施形態ではプラス極性）の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト４１は、その無端移動に伴ってＹ用、Ｃ用、Ｍ用、Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく過程で、その外周面に感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ上の各色トナー像が重なり合うように１次転写される。これにより、中間転写ベルト４１上に４色重ね合わせトナー像（以下「４色トナー像」という。）が形成される。

２次転写バックアップローラ４６は、中間転写ベルト４１のループ外側に配設された２次転写ローラ５０との間に中間転写ベルト４１を挟み込んで２次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対３５は、ローラ間に挟み込んだ記録紙Ｐを、中間転写ベルト４１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで、２次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト４１上の４色トナー像は、２次転写バイアスが印加される２次転写ローラ５０と２次転写バックアップローラ４６との間に形成される２次転写電界や、ニップ圧の影響により、２次転写ニップ内で記録紙Ｐに一括して２次転写される。そして、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト４１には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニングユニット４２によってクリーニングされる。なお、ベルトクリーニングユニット４２は、クリーニングブレード４２ａを中間転写ベルト４１の表面に当接させており、これによってベルト上の転写残トナーを掻き取って除去するものである。

なお、転写ユニット４０の第１ブラケット４３は、図示しないソレノイドの駆動のオン・オフに伴って、補助ローラ４８の回転軸線を中心にして所定の回転角度で揺動するようになっている。
本実施形態のプリンタは、モノクロ画像を形成する場合には、前述のソレノイドの駆動によって第１ブラケット４３を図中反時計回りに少しだけ回転させる。
この回転により、補助ローラ４８の回転軸線を中心にしてＹ用、Ｃ用、Ｍ用の１次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍを図中反時計回りに公転させることで、中間転写ベルト４１をＹ用、Ｃ用、Ｍ用の感光体３Ｙ、３Ｃ、３Ｍから離間させる。
そして、４つのプロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋのうち、Ｋ用のプロセスユニット１Ｋだけを駆動して、モノクロ画像を形成する。
これにより、モノクロ画像形成時にＹ用、Ｃ用、Ｍ用のプロセスユニットを無駄に駆動させることによるそれらプロセスユニットの消耗を回避することができる。

２次転写ニップの図中上方には、定着手段としての定着ユニット６０が配設されている。この定着ユニット６０は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加圧加熱ローラ６１と、定着ベルトユニット６２とを備えている。
定着ベルトユニット６２は、定着ベルト６４、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱ローラ６３、テンションローラ６５、駆動ローラ６６、図示しない温度センサ等を有している。そして、無端状の定着ベルト６４を加熱ローラ６３、テンションローラ６５及び駆動ローラ６６によって張架しながら、図１中反時計回り方向に無端移動せしめる。この無端移動の過程で、定着ベルト６４は加熱ローラ６３によって裏面側から加熱される。このようにして加熱される定着ベルト６４の加熱ローラ６３の掛け回し箇所には、図１中時計回り方向に回転駆動される加圧加熱ローラ６１が表面側から当接している。これにより、加圧加熱ローラ６１と定着ベルト６４とが当接する定着ニップが形成されている。

定着ベルト６４のループ外側には、図示しない温度センサが定着ベルト６４の表面と所定の間隙を介して対向するように配設されており、定着ニップに進入する直前の定着ベルト６４の表面温度を検知する。
この検知結果は、図示しない定着電源回路に送られる。定着電源回路は、温度センサによる検知結果に基づいて、加熱ローラ６３に内包される発熱源や、加圧加熱ローラ６１に内包される発熱源に対する電源の供給をオン・オフ制御する。
これにより、定着ベルト６４の表面温度が約１４０℃に維持される。２次転写ニップを通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト４１から分離した後、定着ユニット６０内に送られる。そして、定着ユニット６０内の定着ニップに挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト６４によって加熱されたり、押圧されたりして、フルカラートナー像が記録紙Ｐに定着する。

このようにして定着処理が施された記録紙Ｐは、排紙ローラ対６７のローラ間を経た後、機外へと排出される。
プリンタ本体の筺体の上面には、スタック部６８が形成されており、排紙ローラ対６７によって機外に排出された記録紙Ｐは、このスタック部６８に順次スタックされる。

転写ユニット４０の上方には、Ｙトナー、Ｃトナー、Ｍトナー、Ｋトナーをそれぞれ収容する４つのトナー収容器であるトナーカートリッジ７２Ｙ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｋが配設されている。トナーカートリッジ７２Ｙ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｋ内の各色トナーは、後述するトナー補給装置７０により、それぞれ、プロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの現像ユニット７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋに適宜供給される。
なお、トナーカートリッジ７２Ｙ、７２Ｃ、７２Ｍ、７２Ｋは、プロセスユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋとは独立してプリンタ本体に脱着可能である。

なお、図１ではプリンタを例に挙げて説明したが、図１のプリンタのスタック部６８の上方に原稿画像の読み取り部（スキャナ部）を設置すればカラー複写機の構成とすることができ、また、通信機能を持たせて外部回線（電話回線や光回線）や、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）と接続すれば、ファクシミリ装置や、デジタル複合機として利用することができる。

以下、本発明の特徴部分であるトナー補給制御システムについて説明する。
なお、トナー補給制御システムの内容は、各色とも同様であるので、以下はＹトナーの補給制御を例に挙げて説明する。

本実施形態のトナー補給制御システムでは、Ｙ現像剤のトナー濃度を目標トナー濃度範囲内に維持するために必要な量のＹトナーをトナー補給口１７Ｙから補給する。ただし、本実施形態では、その量のＹトナーを、トナー補給口１７Ｙに対向する箇所（補給箇所）から、現像スリーブ１２ＹへＹ現像剤を供給する箇所（第２剤収容部１４Ｙ）までの間、詳しくは補給箇所から第２剤収容部１４Ｙの現像剤循環方向下流端部までの間に位置する任意の箇所（特定箇所）である後述の測定箇所Ｂを通過するＹ現像剤のトナー濃度の時間変化が無くなるように、補給箇所でのトナー補給量を調整する。補給箇所でのトナー補給量の調整は、図５に示すように、補給制御手段として機能する制御部１００の補給制御部１０２により、トナー補給装置７０のトナー補給部材を駆動する駆動源７１Ｙの駆動タイミング、駆動時間、駆動速度等を制御することで行う。なお、トナー補給部材は、駆動源７１Ｙの駆動力によりトナー補給口１７ＹからＹ現像剤へのトナー供給を調整できるものであれば、公知のものを広く利用できる。

補給制御部１０２は、予測データ算出手段として機能する制御部１００の予測データ算出部１０１が算出した予測データに基づいて、トナー補給装置７０がもつ１つの駆動源７１Ｙを制御する。

ここで、予測データ算出部１０１は、トナー濃度センサ１０Ｙの検出結果に基づき、ＲＯＭに記憶されている演算プログラムや演算テーブルを用いて、後述の測定箇所ＢにおけるＹ現像剤のトナー濃度の時間変化の予測データを算出する。そして、補給制御手段として機能する制御部１００の補給制御部１０２は、予測データ算出部１０１が算出した予測データに基づき、後述する単位補給パターンの組み合わせで１つの駆動源７１Ｙの駆動制御を行うことで、トナー濃度ムラを解消する。
上記単位補給パターンは、予め実験等を行うことで得ることができる。以下、単位補給パターンの具体的な作成手順について説明する。

まず、上記トナー濃度センサ１０Ｙとは別に、第１剤収容部９Ｙにおける上記トナー補給口１７Ｙよりも現像剤循環方向下流側に位置する図４の符号Ｂで示す測定箇所を通過するＹ現像剤のトナー濃度を検出する測定用センサを実験用として配置する。この測定用センサは、上記トナー濃度センサ１０Ｙと同じものである。
そして、最初に、トナー補給装置７０によるトナー補給動作の基礎パターン（以下「補給基礎パターン」という。）を測定する。

図６は、本実施形態におけるトナー補給装置７０の補給基礎パターンを示すグラフである。
各波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５は、トナー濃度ムラがない状態のＹ現像剤に対し、１回の駆動源７１Ｙの駆動動作（以下「補給動作」という。）により補給されるトナー量（以下「単位補給量」という。）が互いに異なる５つの補給パターンでトナー補給を行ったときに、測定用センサにより測定箇所Ｂでのトナー濃度の時間変化を検出した結果を示す波形（以下「補給基礎波形」という。）である。なお、補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の順に、単位補給量が多くなる。また、単位補給量は、１回の補給動作における駆動源７１Ｙの駆動時間や駆動速度を変更することで変動させることができる。

次に、上記トナー濃度センサ１０Ｙの検出箇所における単位消費波形と、上記測定箇所Ｂにおける単位消費波形とを測定する。
図７は、上記トナー濃度センサ１０Ｙの検出箇所における単位消費波形と、上記測定箇所Ｂにおける単位消費波形とを比較したグラフである。図７に示す各単位消費波形Ｓ１、Ｓ２は、トナー濃度ムラがない状態のＹ現像剤を用い、記録紙Ｐ上でのトナー濃度検出用の単位面積に相当する同一の単位画像をそれぞれプリントしてＹトナーを消費した後、トナー補給を行わずに各センサでトナー濃度の時間変化をそれぞれ検出したときの検出結果を示す波形（これを「単位消費波形」という。）である。なお、単位消費波形Ｓ１、Ｓ２を求める際のトナー濃度検出用の単位面積としては、画像情報の１ドット面積が理想ではあるが、現実的にはセンサの分解能やノイズの影響あるいはトナー補給装置７０の微小量補給性能などにより制限されるので、これらを考慮してなるべく小さく設定可能なトナー濃度検出用の単位面積を決定するのがよい。

図７において、２つの単位消費波形Ｓ１、Ｓ２を比較すると、半値幅（ブロード状態）及び最小トナー濃度とが互いに異なっている。これは、各センサによる検出位置の違いにより、Ｙトナーを消費したＹ現像剤が各センサの検出箇所まで搬送される間に第１搬送スクリュー８Ｙから受ける攪拌量の違いによるものである。

次に、上記単位消費波形Ｓ２によるトナー濃度ムラを打ち消す単位補給波形を求める。図８は、単位消費波形Ｓ２と、この単位消費波形Ｓ２によるトナー濃度ムラを打ち消す単位補給波形とを示すグラフである。
上記測定箇所Ｂにおける単位消費波形Ｓ２と、各補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５とから、単位消費波形Ｓ２を打ち消すような単位補給波形Ｈ’を、各補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５を組み合わせて作成する。ここで、単位消費波形Ｓ２は、トナー濃度検出用の単位面積に相当する潜像を現像した後のＹ現像剤が測定箇所Ｂを通過するときのトナー濃度の時間変化を示している。一方、各補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５は、単位補給量が互いに異なる補給動作を１回だけ行ったときにそのトナー補給を受けたＹ現像剤が測定箇所Ｂを通過するときのトナー濃度の時間変化を示している。したがって、図８に示すように、各補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５を適宜組み合わせた単位補給波形Ｈ’が単位消費波形Ｓ２の逆位相に相当する波形に近い波形となるようにトナー補給動作を行えば、少なくとも上記測定箇所Ｂを通過した後のＹ現像剤のトナー濃度ムラを解消することができる。すなわち、トナー濃度検出用の単位面積に相当する潜像を現像したＹ現像剤が再び第２剤収容部１４Ｙに搬送されて現像に寄与する前に、そのトナー濃度ムラを解消することができる。

このようにして単位補給波形Ｈ’を求めたら、その単位補給波形Ｈ’を構成する補給基礎波形Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５の組み合わせに対応するトナー補給動作が、単位補給パターンとなる。図８に示したグラフでは、第２補給基礎波形Ｈ２の補給動作を行い、次に第３補給基礎波形Ｈ３の補給動作を行い、最後に第２補給基礎波形Ｈ２の補給動作を行うというトナー補給動作を行うことで、これらの補給基礎波形を合成した単位補給波形Ｈ’が単位消費波形Ｓ２の逆位相に相当する波形に近い波形となる。すなわち、このトナー補給動作が本実施形態における単位補給パターンとなる。

次に、ここまで説明したトナー補給に関しての問題について説明する。
図９はトナー補給がまったく間に合わない場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。図９において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。その後、ｂの消費による濃度ムラに示すようにトナーの薄い状態となる。そして、画像出力が開始され、任意の時間が過ぎてから、予想されるトナー消費量から相殺するトナー補給量が計算され、トナー補給が開始される。これはｃの画像からの補給開始で示す位置からである。基本的には出力される画像が全て光学系より書き込まれ、その後に補給量計算が行なわれてから補給動作が開始されるために、必ず消費開始からは遅れが生じる。図９においては、消費による濃度ムラが終わってからでないと補給ができないタイミングとして考えている。このタイミングであった場合、そこから補給が開始されるため、消費による濃度ムラが終わってから、ｅの画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが発生する。その後、先ほどの消費による濃度ムラが現像ユニット７Ｙの現像器内を１周してｆの状態となり、続いて画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが現像器を１周してｇの状態となり、という状態が繰り返し行われる。よって、ｄの太線で示すように合計の濃度ムラは徐々に現像剤の拡散によって減衰していくものの、振動を繰り返し、しばらくの間、継続してしまう。

これに対して、トナー濃度センサによるＦＢ制御が組み込まれた場合の補給と消費のタイミングについて図１０を用いて説明する。
図１０は、トナー補給がまったく間に合わないが、ＦＢ制御補給ができる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図であり、図１０において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。しかし、この時にトナー濃度センサによって薄い、という濃度ムラが検出されるために徐々にＦＢ制御からのトナー補給が行われる。そして、画像出力が開始され、任意の時間が過ぎてから、予想されるトナー消費量から相殺するトナー補給量が計算され、トナー補給が開始される。これはｃの画像からの補給開始で示す位置からである。基本的には出力される画像が全て光学系より書き込まれ、その後に補給量計算が行なわれてから補給動作が開始されるために、必ず消費開始からは遅れが生じる。図１０においては、ｂの消費による濃度ムラが終わってからでないと補給ができないタイミングとして考えている。このタイミングであった場合、そこから補給が開始されるため、消費による濃度ムラが終わってからｅの画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが発生する。

ここまでの挙動において、図９と比較するとＦＢ制御によるトナー補給により、ｄの太線で示す合計の濃度ムラにおいて、初期の消費部分の濃度ムラは低減する事が分かる。ただし、この図１０では分かりにくいが、画像情報からの逆位相補給は、消費されたトナー量に対して相殺するように補給が行われるため、画像情報からの逆位相補給の終了時点ではＦＢ制御からのトナー補給量は過剰である。トナー補給システムにおいては、補給は制御できるが、消費は制御できないため、一時的に過補給になってしまう。そのため、お客様の使い方によっては、この過補給状態がずっと継続してしまう場合もあり、そうなると十分な高品質の画像出力を行う事が出来なくなってしまう。

その後、残ってしまった消費による濃度ムラが現像器を１周し、それがトナー濃度センサによって検出されるとＦＢ制御によるトナー補給が行われ、徐々に濃度ムラは低減される。ただし、ｇの画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが現像器を１周した分については残ってしまう。図９と図１０を比較するとＦＢ制御によって初期の消費による濃度ムラｂ、現像器を１周した後の濃度ムラｆが低減している事が分かるが、それでもｄの合計の濃度ムラで示すように徐々に現像剤の拡散によって減衰していくものの、振動を繰り返す濃度ムラがしばらくの間、継続してしまう。

そこで本発明では、以上のようなトナー補給の問題を解消するため、画像情報から必要なトナー補給量を計算する際、トナー濃度センサによるトナー補給量を加味して、画像情報からのトナー補給量を算出することにより、高精度に目標となるトナー濃度にするものである。

ここで、本発明に係る第１のトナー補給制御システムにおいては、トナー補給装置７０が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度センサ１０（１０Ｙ〜１０Ｋ）と、光書込ユニット２０より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、トナー濃度センサ１０から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、画像情報から消費されたトナーがトナー補給装置７０の補給位置を少なくとも２回目に到達するタイミングを検出し、画像トナー消費量と、濃度検出推測手段からの情報から必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、必要な最終トナー補給量を算出して調整する補給制御部１０２を有している。
また、補給制御部１０２は、前記画像情報において消費されたトナーによって生じるトナー濃度ムラを相殺する逆位相のトナー補給パターンを有する最終トナー補給量を算出して調整する補給制御手段を有し、該補給制御手段は、１回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、前記トナー補給信号からトナー補給量を算出し、かつ、前記検出トナー消費量に基づくトナー補給量に応じて、前記画像トナー消費量に基づくトナー補給量を変更して、前記最終トナー補給量を算出する。
なお、上記の消費推測手段、濃度検出推測手段、画像補給手段の機能は、制御部１００の予測データ算出部１０１が担っている。

上記のトナー補給制御システムでは、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない構成に対しては現像器内を循環後の変動に対して、画像情報と循環による変化に加え、トナー濃度センサを用いたＦＢ制御によるトナー補給量を加味した、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う事で、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
また、トナー濃度センサからのトナー補給量を画像情報に変換する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
さらに、トナー濃度センサからのトナー補給量を画像情報に基づいてトナー補給量を計算する計算値、あるいは計算後のゲイン値を変更する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。

また、本発明に係る第２のトナー補給制御システムにおいては、トナー補給装置７０が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度センサ１０（１０Ｙ〜１０Ｋ）と、光書込ユニット２０より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、トナー濃度センサ１０から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、画像情報から消費されたトナーがトナー補給装置７０の補給位置に少なくとも到達したタイミングを検出し、そのタイミングに応じて画像トナー消費量と、濃度検出推測手段からの情報から必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、必要な最終トナー補給量を算出して調整する補給制御部１０２を有している。
そして、補給制御部１０２は、タイミング前の画像情報からはトナー補給量を換算し、タイミング後の画像情報からは、濃度検出推測手段からの結果と合算して、最終トナー補給量を算出する。
また、補給制御部１０２は、タイミング前の画像情報からは１回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、トナー濃度ムラを打ち消すようなトナー濃度の時間変化を生じさせるトナー補給量を前記最終トナー補給量として算出して現像剤が再びトナー補給装置の補給位置へ来た時に補給し、タイミング後の画像情報に対しては直後から補給する。
なお、上記の消費推測手段、濃度検出推測手段、画像補給手段の機能は、制御部１００の予測データ算出部１０１が担っている。

上記のトナー補給制御システムでは、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合う箇所についてはそのまますぐに画像情報に基づくトナー補給量を計算して補給し、補給が間に合わない箇所については、間に合わない分量だけ、現像器内を循環後の変動に対して、画像情報と循環による変化に加え、トナー濃度センサを用いたＦＢ制御によるトナー補給量を加味した、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う事で、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
また、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない箇所については、トナー濃度センサからのトナー補給量を画像情報に変換する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
さらに、画像情報を用いたトナー補給方式に対して、補給が間に合わない箇所については、トナー濃度検出手段からのトナー補給量を画像情報に基づいてトナー補給量を計算する計算値、あるいは計算後のゲイン値を変更する事で、全ての補給計算を画像面積に基づいたトナー補給量として算出が可能となり、高精度に目標トナー濃度へ追従させる事が可能となり、最終的な高品質画像を満足する事が可能となる。
以下、本発明のトナー補給制御システムの具体的な実施例を説明する。

［実施例１］
前述の問題に対して、トナー濃度を検出してＦＢ制御によりトナー濃度補正を行い、かつ、消費箇所へ補給が間に合わないトナー補給制御系において、現像器内を循環後、補給が間に合うタイミングとなった消費箇所に対して、ＦＢ制御によってすでに補給されたトナー補給量を考慮して作成された、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う場合の実施例が実施例１である。

実施例１におけるトナー補給と消費のタイミングについて図１１を用いて説明する。
図１１は、ＦＢ制御の補給分を考慮し、現像器１周後の消費波形に補給を相殺させる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。図１１において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。その後、ｂの消費による濃度ムラに示すようにトナーの薄い状態となる。この時、トナー濃度センサにより検知されたレベルに応じてＦＢ制御が機能し、トナー補給が行われる。その後、画像からの補給が行える補給可能タイミングとなるが、ここでは予想されるトナー消費量から相殺するトナー補給を行わない。よって、図９や図１０と異なり、この部分での濃い側の濃度ムラが発生しない。

その後、消費による濃度ムラが現像器を１周した時、ここでトナー消費による薄い側の濃度ムラを相殺する逆位相のトナー補給を行なう。当然、補給可能タイミングを過ぎた後であるため薄い側の濃度ムラ開始タイミングに合わせる事は容易である。また、この相殺する逆位相を作る際、すでに補給されたＦＢ制御からの補給量を加味する事で、現像器内全体のトナー量を過剰にする事なく、薄い側で不足している濃度ムラに必要な量とタイミングでトナー補給を行う事が可能となる。よって、ｄの合計の濃度ムラで示すように最初の消費による濃度ムラｂは発生するものの、その後に発生する薄い側の濃度ムラｆと、ずれたタイミングでの補給による濃い側の濃度ムラｅ’は発生しない。

次に、図１１に示す補給と消費のタイミングを発生するためのトナー補給制御システムのブロック線図を図１２〜図１４に示す。
図１２において、ＦＢ制御による補給量を考慮し、画像情報から逆位相補給を生成した後のゲイン調整を行なう場合について説明する。
まずトナー濃度目標値と現在のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ値とが比較され、ＦＢコントローラに入力される。ＦＢコントローラ部分では、求められた比較値から必要なトナー補給量を算出する。また、画像情報や用紙情報など、出力される画像に関係する情報が補給量計算部に入力される。補給量計算部では画像情報から求められるトナー消費量や消費タイミングから、それを相殺するための逆位相トナー補給量やタイミングを計算する部分である。特に、消費による濃度ムラが発生してすぐに信号を出すのではなく、現像器１周分だけ遅れを持たせ、かつ、現像器による拡散などの計算もこの部分で行なわれる。このＦＢコントローラから求められるトナー補給量と補給量計算部からのトナー補給量が合算されて最終的なトナー補給量が求められる。

ここで、ＦＢコントローラから出力されるトナー補給量にゲイン１でゲインを乗算した値によって、補給量計算部から出力されるトナー補給量を調節するゲイン２のパラメータを変更する。これによって、ＦＢ制御によって補給されたトナー量に応じて、例えばゲイン２の値を減らす事で、補給量計算部からのトナー補給量が減り、図１１に示すようにＦＢ制御ですでに補給された分を考慮し、過補給が発生する事なく濃度ムラを低減させる事が可能となる。

次に図１３において、ＦＢ制御による補給量を考慮し、画像情報のゲイン調整を行う場合について説明する。
図１２と同じ部分については説明を省略する。ＦＢコントローラから求められるトナー補給量と補給量計算部からのトナー補給量が合算されて最終的なトナー補給量が求められるが、このＦＢコントローラから出力されるトナー補給量にゲイン１でゲインを乗算した値によって、画像情報を調節するゲイン３のパラメータを変更する。これによって、ＦＢ制御によって補給されたトナー量に応じて、例えばゲイン３の値を減らす事で、入力される画像情報が減り、図１１に示すようにＦＢ制御ですでに補給された分を考慮し、過補給が発生する事なく濃度ムラを低減させる事が可能となる。

次に図１４において、ＦＢ制御による補給量を考慮し、補給量計算部の構成パラメータ調整を行う場合について説明する。
図１２と同じ部分については説明を省略する。ＦＢコントローラから求められるトナー補給量と補給量計算部からのトナー補給量が合算されて最終的なトナー補給量が求められるが、このＦＢコントローラから出力されるトナー補給量にゲイン１でゲインを乗算した値を補給量計算部に入力する。補給量計算部では画像情報に応じてトナー補給量やタイミングを計算しているため、ＦＢコントローラからの出力値に応じてトナー補給量やタイミングを変更する。例えば、構成パラメータを変更したり、内部に複数の構成パラメータテーブルを持っており、ＦＢコントローラからの出力値に応じてテーブルを切り換える方法でも良い。これによって、ＦＢ制御によって補給されたトナー量に応じて、図１１に示すようにＦＢ制御ですでに補給された分を考慮し、過補給が発生する事なく濃度ムラを低減させる事が可能となる。

なお、図１２〜図１４に示す以外の箇所にＦＢ制御からの補正値を反映させる構成としても良い。また、説明の都合から、説明に必要な箇所のみゲインを示しているが、説明している以外の場所にゲインが存在しても良く、また、図１２〜図１４のシステムを組み合わせた方法としても良い。

このように実施例１ではトナー補給制御システムを構成しているが、この実施例１によれば、トナー補給制御において、高精度に目標トナー濃度へ追従させることが可能となり、最終的な高品質画像を可能となる。
また、その他の状況として、画像からの補給開始が、消費による濃度ムラに対して部分的に間に合う場合について、以下で説明する。

図１５は、画像からの補給開始が消費による濃度ムラに対して部分的に間に合うが、補給の一部が間に合わない場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。図１５において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。その後、ｂの消費による濃度ムラに示すようにトナーの薄い状態となる。そして、画像出力が開始され、任意の時間が過ぎてから、予想されるトナー消費量から相殺するトナー補給量が計算され、トナー補給が開始される。これはｃの画像からの補給開始で示す位置からである。基本的には出力される画像が全て光学系より書き込まれ、その後に補給量計算が行なわれてから補給動作が開始されるために、必ず消費開始からは遅れが生じる。図１５においては、消費による濃度ムラの途中から補給が可能となるタイミングとして考えている。このタイミングであった場合、そこから補給が開始されるため、ｂの消費による濃度ムラが終わってからｅの画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが発生する。その後、先ほどの消費による濃度ムラが現像器を１周してｆの濃度ムラとなり、続いて画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが現像器を１周してｇの濃度ムラとなり、という状態が繰り返し行われる。よって、ｄの太線で示すように合計の濃度ムラは徐々に現像剤の拡散によって減衰していくものの、振動を繰り返し、しばらくの間、継続してしまう。

これに対して、トナー濃度センサによるＦＢ制御が組み込まれた場合の補給と消費のタイミングについて図１６を用いて説明する。
図１６は、画像からの補給開始が消費による濃度ムラに対して部分的に間に合うが、補給の一部が間に合わず、ＦＢ制御による補給がある場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。図１６において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。しかし、この時にトナー濃度センサによって薄い、という濃度ムラが検出されるために徐々にＦＢ制御からのトナー補給が行われる。そして、画像出力が開始され、任意の時間が過ぎてから、予想されるトナー消費量から相殺するトナー補給量が計算され、トナー補給が開始される。これはｃの画像からの補給開始で示す位置からである。基本的には出力される画像が全て光学系より書き込まれ、その後に補給量計算が行なわれてから補給動作が開始されるために、必ず消費開始からは遅れが生じる。図１６においては、消費による濃度ムラの途中から補給が可能となるタイミングとして考えている。このタイミングであった場合、そこから補給が開始されるため、ｂの消費による濃度ムラが終わってからｅの画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが発生する。

ここまでの挙動において、図１５と比較するとＦＢ制御によるトナー補給により、マゼンタで示す合計の濃度ムラにおいて、初期の消費部分の濃度ムラは低減する事が分かる。ただし、この図１６では分かりにくいが、画像情報からの逆位相補給は、消費されたトナー量に対して相殺するように補給が行われるため、画像情報からの逆位相補給の終了時点ではＦＢ制御からのトナー補給量は過剰である。トナー補給制御システムにおいては、補給は制御できるが、消費は制御できないため、一時的に過補給になってしまう。そのため、お客様の使い方によっては、この過補給状態がずっと継続してしまう場合もあり、そうなると十分な高品質の画像出力を行う事が出来なくなってしまう。

その後、残ってしまった消費による濃度ムラが現像器を１周し、その濃度ムラｆがトナー濃度センサによって検出されるとＦＢ制御によるトナー補給が行われ、徐々に濃度ムラは低減される。ただし、画像情報からの逆位相補給による濃度ムラが現像器を１周した分ｇについては残ってしまう。
図１５と図１６を比較すると、ＦＢ制御によって初期の消費による濃度ムラｂ、現像器を１周した後の濃度ムラｆが低減している事が分かるが、それでもｄの太線の合計の濃度ムラで示すように徐々に現像剤の拡散によって減衰していくものの、振動を繰り返す濃度ムラがしばらくの間、継続してしまう。

［実施例２］
前述の問題に対して、トナー濃度を検出してＦＢ制御によりトナー濃度補正を行い、かつ、消費箇所への補給が間に合わないトナー補給制御系において、補給が間に合う分はそのまま補給を行い、間に合わない分は現像器内を循環後、補給が間に合うタイミングとなった消費箇所に対して、ＦＢ制御によってすでに補給されたトナー補給量を考慮して作成された、トナー濃度変動を打ち消す逆位相のトナー補給を行う場合の実施例が実施例２である。

実施例２における補給と消費のタイミングについて図１７を用いて説明する。
図１７は、ＦＢ制御の補給分を考慮し、間に合う分は補給し、間に合わない分は１周後の消費波形に補給を相殺させる場合の補給と消費のタイミングと濃度ムラの説明図である。図１７において、ａで示す画像出力開始位置より現像が開始されてトナー消費が始まる。その後、ｂの消費による濃度ムラに示すようにトナーの薄い状態となる。この時、トナー濃度センサにより検知されたレベルに応じてＦＢ制御が機能しトナー補給が行われる。その後、画像からの補給が行える補給可能タイミングとなり、ここでは補給が間に合う分量だけの、画像情報からの逆位相補給１回目の補給を行う。これによって、ＦＢ制御からのトナー補給に加え、間に合う範囲内で画像情報からのトナー補給を行うことで、消費による濃度ムラをできるだけ軽減する事が可能となる。

その後、消費による濃度ムラが現像器を１周した時、ここでトナー消費による薄い側の濃度ムラを相殺する逆位相のトナー補給を行なう。当然、補給可能タイミングを過ぎた後であるため薄い側の濃度ムラ開始タイミングに合わせる事は容易である。また、この相殺する逆位相を作る際、すでに補給されたＦＢ制御からの補給量と画像情報からの逆位相補給１回目の補給量を加味する事で、現像器内全体のトナー量を過剰にする事なく、薄い側で不足している濃度ムラに必要な量とタイミングでトナー補給を行う事が可能となる。よって、ｄの太線の合計の濃度ムラで示すように、最初の消費による濃度ムラｂは発生するものの、その後に発生する薄い側の濃度ムラｆと、ずれたタイミングでの補給による濃い側の濃度ムラｇは発生しない。

図１７に示す補給と消費のタイミングを発生するためのトナー補給制御システムのブロック線図は実施例１と同様の図１２〜図１４で構成することができる。そのため、同じ説明部分は省略し、異なる部分のみを記載する。

実施例１と異なる部分は補給量計算部の働きだけである。補給量計算部では入力される画像情報から必要なトナー補給量を算出すると同時に、補給開始可能なタイミングから残りの濃度ムラ分を算出し、まずは逆位相補給１回目の補給量とタイミングを算出する。その後、画像情報から必要な全体量に対して、逆位相補給１回目の補給を考慮して現像器１周後の逆位相補給の補給量を計算する。ここで、図１２の場合はゲイン２がＦＢ制御による補給量を加味しているため、そのまま出力し、図１３では画像情報そのものがゲイン３によってＦＢ制御による補給量を加味しているため、こちらもそのまま出力する。図１４では補給量計算部にＦＢ制御による補給量情報が入力されるため、現像器１周後の逆位相補給の補給量計算で用いるパラメータ、あるいは参照テーブルなどが変更され、ＦＢ制御による補給量が加味されて出力される。

こちらの構成でも、図１２〜図１４に示す以外の箇所にＦＢ制御からの補正値を反映させる構成としても良い。また、説明の都合から、説明に必要な箇所のみゲインを示しているが、説明している以外の場所にゲインが存在しても良く、また、図１２〜図１４のシステムを組み合わせた方法としても良い。

このように実施例２ではトナー補給制御システムを構成しているが、この実施例２によれば、トナー補給制御において、高精度に目標トナー濃度へ追従させることが可能となり、最終的な高品質画像を可能となる。

なお、以上に説明した実施例１と実施例２において、ＦＢ制御によるトナー補給量を考慮して設計する事が基本であるが、実際には出力される画像面積によってこの量は変化する。そのため、ＦＢ制御によるトナー補給量が少ない場合や、機械の特性上、ＦＢ制御による補給量をもともと少なく設定している場合、あるいはＦＢ制御コントローラで積分的な働きをするパラメータが強くて時定数が低い場合、などでは、ＦＢ制御によるトナー補給量を無視する構成としても良い。

１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ：プロセスユニット
２Ｙ：感光体ユニット
３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ：感光体（潜像担持体）
４Ｙ：ドラムクリーニング装置
５Ｙ：帯電装置（帯電手段）
６Ｙ：帯電ローラ
７Ｙ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｋ：現像ユニット（現像手段）
８Ｙ：第１搬送スクリュー
９Ｙ：第１剤収容部
１０Ｙ：トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）
１１Ｙ：第２搬送スクリュー
１２Ｙ：現像スリーブ
１３Ｙ：ドクターブレード
１４Ｙ：第２剤収容部
１５Ｙ：現像ローラ
１６Ｙ：マギネットローラ
１７Ｙ：トナー補給口
２０：光書込ユニット（潜像形成手段）
３１：第１給紙カセット
３２：第２給紙カセット
３３：給紙路
３４：搬送ローラ対
３５：レジストローラ対
４０：転写ユニット（転写手段）
４１：中間転写ベルト（中間転写体）
４２：ベルトクリーニングユニット
４３：第１ブラケット
４４：第２ブラケット
４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋ：１次転写ローラ
４６：２次転写バックアップローラ
４７：駆動ローラ
５０：２次転写ローラ
６０：定着ユニット
６１：加圧加熱ローラ
６２：定着ベルトユニット
６３：加熱ローラ
６４：定着ベルト
６５：テンションローラ
６６：駆動ローラ
６７：排紙ローラ対
６８：スタック部
７０：トナー補給装置（トナー補給手段）
７１Ｙ、７１Ｃ、７１Ｍ、７１Ｋ：駆動源
１００：制御部
１０１：予測データ算出部
１０２：補給制御部（補給制御手段）
Ｐ：記録紙（記録材）

特開２０１０−９１７８４号公報 特開２０１０−９１７８５号公報

Claims (4)

1. 潜像形成手段により潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段を有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成の画像形成装置に具備され、前記現像手段のトナー補給を制御するトナー補給制御システムにおいて、
   前記トナー補給手段が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され前記二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度検出手段と、
   前記潜像形成手段より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、
   前記トナー濃度検出手段の検出結果から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、
   前記画像情報に基づいた画像を形成するためにトナーを消費された前記二成分現像剤が前記トナー補給手段の補給位置を少なくとも２回目に到達するタイミングを検出し、前記画像トナー消費量と前記検出トナー消費量とから必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、
   １回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、前記トナー補給信号からトナー補給量を算出し、かつ、前記検出トナー消費量に基づくトナー補給量に応じて、前記画像トナー消費量に基づくトナー補給量を変更して、前記最終トナー補給量を算出する補給制御手段を有することを特徴とするトナー補給制御システム。
2. 潜像形成手段により潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段を有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成の画像形成装置に具備され、前記現像手段のトナー補給を制御するトナー補給制御システムにおいて、
   前記トナー補給手段が補給する位置よりも現像剤搬送方向下流側に配置され前記二成分現像剤のトナー濃度を連続的または断続的に検出するトナー濃度検出手段と、
   前記潜像形成手段より、形成した画像情報を取得して画像トナー消費量を推測する消費推測手段と、
   前記トナー濃度検出手段の検出結果から必要な検出トナー消費量を推測する濃度検出推測手段と、
   前記画像情報に基づいた画像を形成するためにトナーを消費された前記二成分現像剤が前記トナー補給手段の補給位置に少なくとも到達し画像情報からの補給が可能となるタイミングを検出し、前記タイミングに応じて前記画像トナー消費量と、前記濃度検出推測手段からの情報から必要なトナー補給信号を算出する画像補給手段とを用い、
   必要な最終トナー補給量を算出して調整する補給制御手段を有し、
   前記補給制御手段は、前記タイミング前の画像情報からはトナー補給量を換算し、前記タイミング後の画像情報からは、前記濃度検出推測手段からの結果と合算して、前記最終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システム。
3. 請求項２に記載のトナー補給制御システムにおいて、
   前記補給制御手段は、前記タイミング前の画像情報からは１回の補給動作により補給されるトナー量によって生じるトナー濃度の時間変化に基づいて、トナー濃度ムラを打ち消すようなトナー濃度の時間変化を生じさせるトナー補給量を前記最終トナー補給量として算出して前記現像剤が再び前記トナー補給手段の補給位置へ来た時に補給し、前記タイミング後の画像情報に対しては直後から補給することを特徴とするトナー補給システム。
4. 潜像担持体と、前記潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像担持体上に形成された潜像を二成分現像剤により現像する現像手段とを有し、前記現像手段は、現像剤循環搬送路に沿って二成分現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、前記現像剤循環搬送路を循環する二成分現像剤を表面に担持して前記潜像担持体と対向する現像領域へ搬送し、前記現像領域を通過した二成分現像剤を再び前記現像剤循環搬送路へ戻す現像剤担持体と、１つの駆動源からの駆動力により駆動するトナー補給部材を駆動することで前記現像剤循環搬送路における所定の補給箇所で循環中の二成分現像剤へトナーを補給するトナー補給手段とを備えている構成であり、前記現像手段により現像されることで前記潜像担持体上に形成されたトナー像を転写手段で最終的に記録材上に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、
   請求項１乃至３の何れか一つに記載のトナー補給制御システムを有することを特徴とする画像形成装置。

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