JP2009276517A

JP2009276517A - Image forming apparatus

Info

Publication number: JP2009276517A
Application number: JP2008127066A
Authority: JP
Inventors: Kazutomi Sakatani; 一臣坂谷; Katsuyuki Hirata; 勝行平田; Takanori Tsutsumi; 敬典堤
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To converge toner concentration to reference toner concentration so as to stabilize the toner concentration by reducing a difference between predicted toner consumption and actual toner consumption caused due to the variations in the amount of toner deposition. <P>SOLUTION: The image forming apparatus includes: a toner concentration detecting means 27 for detecting the toner concentration in a developer in a developing unit 5; a dot counting means for counting the number of dots per page; a toner consumption predicting means 33 for multiplying the number of counted dots, obtained by the dot counting means by the toner consumption per dot, and predicting the toner consumption to be consumed per page; and a toner supply amount calculating means 34 for calculating the toner supply amount, based on the detected toner concentration detected by the toner concentration detecting means 27 and the toner consumption, predicted by the toner consumption predicting means 33. The toner consumption value per dot for use in the toner consumption predicting means 33 is corrected, in proportion to the difference between the detected toner concentration which is detected by the toner concentration detecting means 27 and the reference toner concentration, and is then updated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置、詳しくは非磁性トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を用いた画像形成装置のトナー濃度制御に関する。 The present invention relates to toner density control of an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a combination of these, more specifically, an image forming apparatus using a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier. About.

非磁性トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を用いる画像形成装置では、現像によってトナーが消費されるに従い、現像器内のトナーが減少する。そこで、トナー濃度センサにより現像剤の透磁率変化を検出して現像器内のトナー濃度を推定し、この推定したトナー濃度に応じてトナーを補給することで、トナー濃度を基準トナー濃度に保つトナー濃度制御が行われている。 In an image forming apparatus using a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier, the toner in the developing device decreases as the toner is consumed by development. Therefore, a toner concentration sensor detects a change in the magnetic permeability of the developer to estimate the toner concentration in the developing device, and replenishes the toner according to the estimated toner concentration, thereby maintaining the toner concentration at the reference toner concentration. Concentration control is performed.

近年、画像形成装置の小型化に伴い、現像器内の現像剤量が少なくなっているため、現像によりトナーが消費されて現実にトナー濃度が減少してから、トナー濃度センサがトナー濃度の減少を検出するまでにタイムラグが生じている。 In recent years, as the image forming apparatus is downsized, the amount of developer in the developing device has decreased, so the toner concentration sensor reduces the toner concentration after the toner is consumed by development and the toner concentration actually decreases. There is a time lag until it is detected.

そこで、従来、種々のトナー消費量情報からトナー消費量を予測し、この予測トナー消費量情報とトナー濃度検出情報の２つの情報からトナー補給量を決定する制御が行われている。 Therefore, conventionally, control for predicting the toner consumption amount from various toner consumption amount information and determining the toner replenishment amount from the two information of the predicted toner consumption amount information and the toner density detection information has been performed.

例えば特許文献１では、画像形成領域のサイズ、温度・湿度、像担持体の駆動回数等の現像剤の減少条件に関する情報を基にして、補給するトナー量の補正を行う画像形成装置が提案されている。
特許文献２では、ドットカウント値からトナー消費量を予測し、テストトナー像の濃度を検出して現像剤中のトナー濃度を推定し、推定トナー濃度と所定の基準トナー濃度との濃度差で予測トナー消費量を補正し、トナー補給量を計算する画像形成装置が提案されている。
特許文献３では、画像密度とトナー消費量を予測し、予測された画像密度に応じて、予測されたトナー消費量に基づいて、あるいはこの予測されたトナー消費量と基準トナー像濃度との双方に基づいて、現像装置へのトナー供給を制御する画像形成装置が記載されている。
特開平８−１４６７５１号公報特開平８−２４８７６０号公報特開２００２−１９６５５１号公報 For example, Patent Document 1 proposes an image forming apparatus that corrects the amount of toner to be replenished on the basis of information relating to developer reduction conditions such as the size of an image forming area, temperature / humidity, and the number of times an image carrier is driven. ing.
In Patent Document 2, the toner consumption amount is predicted from the dot count value, the toner density in the developer is estimated by detecting the density of the test toner image, and the prediction is performed based on the density difference between the estimated toner density and a predetermined reference toner density. An image forming apparatus that corrects a toner consumption amount and calculates a toner replenishment amount has been proposed.
In Patent Document 3, the image density and the toner consumption are predicted, and based on the predicted image consumption, based on the predicted toner consumption, or both the predicted toner consumption and the reference toner image density. An image forming apparatus that controls toner supply to a developing device is described.
JP-A-8-146751 JP-A-8-248760 JP 2002-196551 A

ところが、予測トナー消費量は温度、湿度などの環境の外部要因やプリント属性（エッジ部、非エッジ部）により変動するため、予測トナー消費量と実際のトナー消費量に差異が生じ、制御されるトナー濃度が基準トナー濃度からずれるという問題があった。 However, since the predicted toner consumption varies depending on external factors of the environment such as temperature and humidity and print attributes (edge portion, non-edge portion), the difference between the predicted toner consumption amount and the actual toner consumption amount is controlled. There has been a problem that the toner density deviates from the reference toner density.

そこで、予測トナー消費量情報とトナー濃度検出情報の２つの情報からトナー補給量を決定する場合、トナー濃度検出情報に応じて予測トナー消費量情報を補正することが行われている。 Therefore, when the toner replenishment amount is determined from the two information of the predicted toner consumption information and the toner density detection information, the predicted toner consumption information is corrected according to the toner density detection information.

しかし、このような補正を行っても、補正前の予測トナー消費量と実際のトナー消費量に差異が生じていることには変わりがない。このため、検出トナー濃度が基準トナー濃度に近づくと補正がかからなくなり、基準トナー濃度から外れると再び予測トナー消費量情報に補正がかかることが繰り返され、現像器内のトナー濃度偏差が大きくなるという問題があった。 However, even if such correction is performed, there is no difference between the predicted toner consumption before correction and the actual toner consumption. For this reason, when the detected toner density approaches the reference toner density, the correction is no longer applied, and when the detected toner density deviates from the reference toner density, the predicted toner consumption amount information is repeatedly corrected again, and the toner density deviation in the developing device increases. There was a problem.

本発明は、トナー付着量の変動による予測トナー消費量と実際のトナー消費量の差異を低減し、トナー濃度を基準トナー濃度に収束させ、安定させることができる画像形成装置を提供することを課題としている。 It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus capable of reducing a difference between an estimated toner consumption amount and an actual toner consumption amount due to a fluctuation in toner adhesion amount, and converging and stabilizing the toner concentration to a reference toner concentration. It is said.

前記課題を解決するために、第１の手段は、
非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を用いて静電潜像の現像を行う現像器を備えた画像形成装置において、
前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
単位ページ毎のドット数をカウントするドットカウント手段と、
前記ドットカウント手段によるドットカウント数に１ドットあたりのトナー消費量を乗じて単位ページ毎に消費されるトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段と、
前記トナー濃度検出手段により検出した検出トナー濃度と、前記トナー消費量予測手段により予測したトナー消費量とからトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段とを有する画像形成装置において、
前記トナー消費量予測手段で使用する１ドットあたりのトナー消費量の値は、前記トナー濃度検出手段により検出した検出トナー濃度と基準トナー濃度との差に比例した補正を行なって更新することとした。 In order to solve the above-mentioned problem, the first means is:
In an image forming apparatus including a developing unit that develops an electrostatic latent image using a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier.
Toner density detecting means for detecting the toner density of the developer in the developing unit;
Dot counting means for counting the number of dots per unit page;
A toner consumption amount predicting means for predicting a toner consumption amount consumed for each unit page by multiplying a dot count number by the dot count means by a toner consumption amount per dot;
An image forming apparatus comprising: a toner replenishment amount calculating unit that calculates a toner replenishment amount from the detected toner concentration detected by the toner concentration detection unit and the toner consumption amount predicted by the toner consumption amount prediction unit;
The value of the toner consumption per dot used in the toner consumption prediction means is updated by performing a correction proportional to the difference between the detected toner density detected by the toner density detection means and the reference toner density. .

第２の手段では、
前記１ドットあたりのトナー消費量の値は、最適化係数をαとすると、下記数式、
１ドットあたりのトナー消費量＝
更新前の１ドットあたりのトナー消費量−α（検出トナー濃度−基準トナー濃度）
により算出する。 In the second means,
The value of the toner consumption per dot is expressed by the following equation, where α is an optimization coefficient.
Toner consumption per dot =
Toner consumption per dot before update -α (detected toner concentration-reference toner concentration)
Calculated by

第３の手段では、
前記トナー補給量算出手段で使用する検出トナー濃度は、第１の単位時間の間に検出したトナー濃度の移動平均値とし、
前記１ドットあたりのトナー消費量を更新する際に使用する検出トナー濃度は、前記第１の単位時間と異なる第２の単位時間の間に検出したトナー濃度の移動平均値とし、
前記トナー消費量予測手段で予測する予測トナー消費量は、前記第２の単位時間の間に予測した単位ページ毎の予測トナー消費量の移動平均値とする。 In the third means,
The detected toner density used in the toner replenishment amount calculating means is a moving average value of the toner density detected during the first unit time,
The detected toner density used when updating the toner consumption per dot is a moving average value of the toner density detected during a second unit time different from the first unit time.
The predicted toner consumption amount predicted by the toner consumption amount prediction unit is a moving average value of the predicted toner consumption amount for each unit page predicted during the second unit time.

第４の手段では、
前記第１の単位時間は、前記現像器内を現像剤が半周循環するのに要する時間とし、
前記第２の単位時間は、前記現像器内を現像剤が１周循環するのに要する時間とする。 In the fourth means,
The first unit time is a time required for the developer to circulate in the developing device half a cycle,
The second unit time is a time required for the developer to circulate once in the developing unit.

本発明によれば、ドットカウント数に１ドットあたりのトナー消費量を乗じて単位ページ毎に消費されるトナー消費量を予測するに際して、１ドットあたりのトナー消費量の値を検出トナー濃度と基準トナー濃度との差に比例した補正を行なって更新するため、人為的要因（最大濃度調整）、環境依存、パターン依存等のトナー付着量変動に対して、予測トナー消費量と実際のトナー消費量の差異が低減され、制御するトナー濃度を基準トナー濃度に収束し、安定させることができる。 According to the present invention, when the toner consumption amount per unit page is predicted by multiplying the dot count number by the toner consumption amount per dot, the value of the toner consumption amount per dot is used as the detected toner density and the reference. Since the correction is performed in proportion to the difference with the toner density, the predicted toner consumption amount and the actual toner consumption amount with respect to fluctuations in the toner adhesion amount such as human factors (maximum density adjustment), environment dependence, pattern dependence, etc. The toner density to be controlled can be converged to the reference toner density and stabilized.

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明に係る画像形成装置１の概略構成図である。この装置１の内部中央には、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像をそれぞれ形成する４つのイメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが配設されている。各イメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、感光体ドラム３の周囲に帯電器４、現像器５、１次転写ローラ６、クリーナ７等が配置された公知の構成である。イメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの下方には露光装置８が配置されている。イメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの上方には、中間転写ベルト９が配置され、駆動ローラ１０と従動ローラ１１に支持されて、感光体ドラム３と１次転写ローラ６の間を矢印方向に走行可能になっている。中間転写ベルト９の駆動ローラ１０に対向するように２次転写ローラ１２が配置されている。中間転写ベルト９の上方には、現像器５に各色の現像剤を補給する４つの現像剤容器１３が配置されている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus 1 according to the present invention. In the center of the inside of the apparatus 1, four imaging units 2Y, 2M, 2C, and 2K that respectively form Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black) toner images are disposed. ing. Each of the imaging units 2Y, 2M, 2C, and 2K has a known configuration in which a charger 4, a developing device 5, a primary transfer roller 6, a cleaner 7 and the like are disposed around the photosensitive drum 3. An exposure device 8 is disposed below the imaging units 2Y, 2M, 2C, and 2K. An intermediate transfer belt 9 is disposed above the imaging units 2Y, 2M, 2C, and 2K, and is supported by the driving roller 10 and the driven roller 11 so that the space between the photosensitive drum 3 and the primary transfer roller 6 is indicated by an arrow. It is possible to run. A secondary transfer roller 12 is disposed so as to face the driving roller 10 of the intermediate transfer belt 9. Above the intermediate transfer belt 9, four developer containers 13 for supplying each color developer to the developing device 5 are arranged.

プリント又は複写の要求があると、露光装置８は、各イメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋにおいて、帯電器４により一様に帯電された感光体ドラム３を画像信号に基づいて露光して静電潜像を形成する。感光体ドラム３上の静電潜像は現像器５により現像されてトナー像となる。トナー像は１次転写ローラ６により他のイメージングユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋで形成されたトナー像に重ねて中間転写ベルト９上に転写されてカラー像となる。カラー像は２次転写ローラ１２により、給紙カセット１４又は手差し給紙トレイ１５から給紙されて搬送ガイド１６に沿って供給される記録紙に一括転写される。カラー像が転写された記録紙は定着装置１７で定着された後、排紙トレイ１８上に排紙される。現像器５のトナーが消費されると、現像剤容器１３から現像器５に現像剤が補給される。 When there is a request for printing or copying, the exposure device 8 exposes the photosensitive drum 3 uniformly charged by the charger 4 based on the image signal in each of the imaging units 2Y, 2M, 2C, and 2K. An electrostatic latent image is formed. The electrostatic latent image on the photosensitive drum 3 is developed by the developing device 5 to become a toner image. The toner image is transferred onto the intermediate transfer belt 9 by the primary transfer roller 6 so as to be superimposed on the toner image formed by the other imaging units 2Y, 2M, 2C, 2K, and becomes a color image. The color image is collectively transferred onto the recording paper fed from the paper feed cassette 14 or the manual paper feed tray 15 by the secondary transfer roller 12 and supplied along the transport guide 16. The recording sheet on which the color image has been transferred is fixed by the fixing device 17 and then discharged onto the discharge tray 18. When the toner in the developing device 5 is consumed, the developer is supplied from the developer container 13 to the developing device 5.

図２は、現像器５の概略構成図とトナー濃度制御のブロック図を示す。現像器５は、攪拌スクリュ１９が外周面に形成された撹拌軸２０と、供給スクリュ２１が外周面に形成された供給軸２２と、供給軸２２と対向して配置された現像ローラ２３を有している。撹拌軸２０は撹拌槽２４内に収容され、供給軸２２は供給槽２５内に収容されている。撹拌槽２４の上流側（図において左側）には、現像剤容器１３に連通するトナー補給口２６が形成されている。撹拌槽２４の下流側近傍には撹拌槽２４内を搬送される現像剤のトナー濃度を検出する透磁率センサ２７が設置されている。この透磁率センサ２７に代えて、光学式センサを用いることもできるが、光学式センサはカーボンブラックを色剤としたブラックトナーとキャリアからなる現像剤にはトナー濃度に対する光学濃度特性が変化しにくいため、利用することができない。撹拌槽２４の下流側には供給槽２５に連通する開口部２８が形成されている。供給槽２５の下流側には撹拌槽２４に連通する開口部２９が形成されている。 FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the developing device 5 and a block diagram of toner density control. The developing device 5 includes a stirring shaft 20 having a stirring screw 19 formed on the outer peripheral surface, a supply shaft 22 having a supply screw 21 formed on the outer peripheral surface, and a developing roller 23 disposed to face the supply shaft 22. is doing. The stirring shaft 20 is accommodated in the stirring tank 24, and the supply shaft 22 is accommodated in the supply tank 25. A toner supply port 26 communicating with the developer container 13 is formed on the upstream side (left side in the drawing) of the stirring tank 24. In the vicinity of the downstream side of the stirring tank 24, a magnetic permeability sensor 27 for detecting the toner concentration of the developer conveyed in the stirring tank 24 is installed. An optical sensor may be used in place of the magnetic permeability sensor 27. However, the optical sensor is less likely to change the optical density characteristic with respect to the toner density in a developer composed of black toner using carbon black as a colorant and a carrier. Therefore, it cannot be used. An opening 28 communicating with the supply tank 25 is formed on the downstream side of the stirring tank 24. An opening 29 communicating with the agitation tank 24 is formed on the downstream side of the supply tank 25.

この現像装器５では、トナー補給口２６から補給された非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤は、撹拌スクリュ１９により撹拌槽２４内を図２において左から右方向に搬送され、開口部２８を通って供給槽２５に入り、この供給槽２５内を図２において右から左方向に搬送され、搬送中にトナーが現像ローラ２３に供給され、感光体ドラム３の静電潜像の現像に供される。供給槽２５の下流側に至った現像剤は開口部２９を通って撹拌槽２４に戻り、循環する。 In the developing device 5, the two-component developer composed of the nonmagnetic toner and the magnetic carrier replenished from the toner replenishing port 26 is conveyed from the left to the right in FIG. 2 enters the supply tank 25 and is conveyed from right to left in FIG. 2 in the supply tank 25. During the conveyance, toner is supplied to the developing roller 23, and the electrostatic latent image on the photosensitive drum 3 is transferred. It is used for development. The developer reaching the downstream side of the supply tank 25 returns to the stirring tank 24 through the opening 29 and circulates.

トナーが現像に供されることで、現像器５内のトナー濃度が変動するため、トナー濃度を基準トナー濃度に収束させ、安定させるためのトナー濃度制御装置３０が設けられている。このトナー濃度制御装置３０は、図３に示すように、前述のトナー濃度検出手段である透磁率センサ２７からのセンサ出力から平均トナー濃度を算出するトナー濃度平均処理手段３１と、１ドットあたりのトナー消費量更新手段３２と、プリント又は複写のコントローラからのドットカウント値と１ドットあたりのトナー消費量更新手段３２からの１ドットあたりのトナー消費量とから単位ページあたりのトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段３３と、トナー濃度検出手段により検出した検出トナー濃度とトナー消費量予測手段３３により予測したトナー消費量とからトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段３４とからなっている。 Since the toner density in the developing device 5 fluctuates when the toner is used for development, a toner density control device 30 is provided to converge and stabilize the toner density to the reference toner density. As shown in FIG. 3, the toner density control device 30 includes a toner density average processing means 31 that calculates an average toner density from a sensor output from a magnetic permeability sensor 27 that is the above-described toner density detection means, and a per-dot density. The toner consumption amount per unit page is predicted from the toner consumption amount updating unit 32, the dot count value from the print or copying controller and the toner consumption amount per dot from the toner consumption amount updating unit 32 per dot. The toner consumption amount prediction means 33 and the toner supply amount calculation means 34 for calculating the toner supply amount from the detected toner density detected by the toner concentration detection means and the toner consumption amount predicted by the toner consumption amount prediction means 33. .

次に、前記トナー濃度制御装置３０の動作について説明する。 Next, the operation of the toner density control device 30 will be described.

＜単位ページ毎のトナー消費量の予測＞
図４は、単位ページあたりのトナー消費量予測手段３３における単位ページ毎のトナー消費量の予測処理の概略フローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、ドットカウント情報を取得する。すなわち、プリント又は複写動作を制御するコントローラ３５に組み込まれたドットカウント機能を利用して、プリント又は複写動作中の画像データにおける単位ページ毎のドットカウント値を取得する。ドットカウント機能は、全ラインを走査して間引き無しの単位ページ内の全画素をカウントする形態が好ましいが、１又は複数ライン毎に走査して間引き有りの単位ページ内の全画素をカウントする形態でもよい。カウントする対象の画像データは、画像処理（スクリーン処理や誤差拡散処理）後の二値化データである。次に、ステップＳ１０２で、単位ページ毎のドットカウント値と１ドットあたりの予測消費量を用いて、下記数１により、単位ページ毎のトナー予測消費量を算出し、バッファに蓄積する。 <Prediction of toner consumption per unit page>
FIG. 4 is a schematic flowchart of a toner consumption amount prediction process for each unit page in the toner consumption amount prediction unit 33 per unit page. First, in step S101, dot count information is acquired. That is, by using a dot count function incorporated in the controller 35 that controls the printing or copying operation, the dot count value for each unit page in the image data during the printing or copying operation is acquired. The dot count function preferably scans all lines and counts all pixels in a unit page without thinning, but scans every one or a plurality of lines and counts all pixels in a unit page with thinning. But you can. The image data to be counted is binarized data after image processing (screen processing or error diffusion processing). Next, in step S102, using the dot count value for each unit page and the predicted consumption amount per dot, the predicted toner consumption amount for each unit page is calculated according to the following equation 1, and stored in the buffer.

[数１]
単位ページ毎のトナー予測消費量
＝単位ページ毎のドットカウント値×１ドットあたりの予測消費量 [Equation 1]
Predicted toner consumption per unit page = Dot count value per unit page x Predicted consumption per dot

ここで、１ドットあたりの予測消費量は、後述する１ドットあたりのトナー消費量の更新手段により得られる。
また、単位ページよりも大きな用紙サイズの場合、例えば単位ページがＡ４サイズであってＡ３サイズの場合は、トナー予測消費量の算出は２回行う。 Here, the predicted consumption amount per dot is obtained by means for updating the toner consumption amount per dot, which will be described later.
Also, when the paper size is larger than the unit page, for example, when the unit page is A4 size and A3 size, the predicted toner consumption is calculated twice.

＜単位ページあたりの平均トナー消費量の予測＞
図５は、前述のフローで算出された単位ページ毎のトナー予測消費量をバッファに蓄積し、単位ページあたりの平均トナー消費量を予測する処理の概略フローチャートを示す。ステップＳ２０１の単位ページ毎のトナー消費量予測処理で算出された単位ページ毎のトナー予測消費量は、ステップＳ２０２で先頭バッファに格納する。そして、ステップＳ２０３で全バッファの平均値を取得し、ステップＳ２０４で順次バッファを右シフトする。 <Prediction of average toner consumption per unit page>
FIG. 5 shows a schematic flowchart of a process for accumulating the estimated toner consumption for each unit page calculated in the above flow in the buffer and predicting the average toner consumption per unit page. The predicted toner consumption amount for each unit page calculated in the toner consumption amount prediction process for each unit page in step S201 is stored in the head buffer in step S202. In step S203, the average value of all the buffers is acquired, and in step S204, the buffers are sequentially shifted to the right.

ここで、バッファ数は、現像剤が現像器５のトナー補給口２６から撹拌槽２４及び供給槽２５を経てトナー補給口２６まで循環（又は半循環）するのに必要な時間から決定する。例えば、現像剤の循環時間が３０秒、Ａ４横サイズの用紙が１分間に出力される枚数が３０ｐｐｍの画像形成装置の場合、１枚あたりの出力に必要な時間は２秒であり、現像剤が現像器５を循環する３０秒の間に、１５枚出力される。したがって、この例では、バッファ数を１５として全バッファに格納した単位ページ毎のトナー予測消費量の移動平均値を取得することで、現像剤が現像器５を循環する時間における平均的なトナー消費量が予測できる。 Here, the number of buffers is determined from the time required for the developer to circulate (or semi-circulate) from the toner replenishing port 26 of the developing device 5 to the toner replenishing port 26 through the stirring tank 24 and the supply tank 25. For example, in the case of an image forming apparatus in which the developer circulation time is 30 seconds and the number of A4 paper sheets output per minute is 30 ppm, the time required for output per sheet is 2 seconds. 15 sheets are output in 30 seconds circulating through the developing device 5. Therefore, in this example, by obtaining the moving average value of the predicted toner consumption amount for each unit page stored in all the buffers with the number of buffers being 15, the average toner consumption during the time that the developer circulates through the developing device 5 is obtained. The amount can be predicted.

なお、トナー予測消費量の算出と、トナー補給の周期は同期しない。そこで、トナー補給量を決定する要求があると、これに応じて移動平均値を単位ページあたりの予測トナー補給量として返す。 The calculation of the predicted toner consumption and the toner replenishment cycle are not synchronized. Therefore, when there is a request for determining the toner replenishment amount, the moving average value is returned as the predicted toner replenishment amount per unit page accordingly.

＜トナー濃度検出＞
現像剤中のトナー濃度を検出する透磁率センサ２７の出力電圧は、現像剤の透磁率の変化に応じて変化する。一般的には、図６に示すように、トナー濃度が高いと出力電圧が低く、トナー濃度が低いと出力電圧は高くなる。通常、制御電圧を調整することで、所定のトナー濃度において出力電圧が２．６Ｖ程度になるように、初期調整される。図６の例では、線形な感度を有する領域（トナー濃度にして約５〜９％）で、トナー濃度１％あたりの感度は約−０．５Ｖ/％である。 <Toner density detection>
The output voltage of the magnetic permeability sensor 27 that detects the toner concentration in the developer changes according to the change in the magnetic permeability of the developer. In general, as shown in FIG. 6, when the toner density is high, the output voltage is low, and when the toner density is low, the output voltage is high. Usually, by adjusting the control voltage, the initial adjustment is performed so that the output voltage becomes about 2.6 V at a predetermined toner concentration. In the example of FIG. 6, the sensitivity per 1% toner density is about −0.5 V /% in an area having linear sensitivity (about 5 to 9% in terms of toner density).

図７は、トナー濃度の平均処理手段３１における透磁率センサ２７を用いてトナー濃度を検出する処理の概略フローチャートである。ます、ステップＳ３０１で所定のサンプリング周期（例えば、３０Ｈｚ程度）でセンサ出力を取得する。センサ出力は、図２の撹拌スクリュ１９の回転数に応じて周期的な振幅を有する波形となる。このため、この波形の整数リップル分に相当するサンプリング点のセンサ出力を平均化する。例えば、サンプリング周期が３０Ｈｚで、撹拌スクリュ２９が１２０ｒｐｍで回転する場合、撹拌スクリュ２９の１回転（０．５秒）分のサンプリング数１５点、又は２回転（１秒）分のサンプリング数３０点におけるセンサ出力を平均してセンサ出力とする。 FIG. 7 is a schematic flowchart of a process for detecting the toner concentration using the magnetic permeability sensor 27 in the toner density average processing means 31. First, in step S301, sensor output is acquired at a predetermined sampling period (for example, about 30 Hz). The sensor output has a waveform having a periodic amplitude according to the rotational speed of the stirring screw 19 in FIG. For this reason, the sensor outputs at the sampling points corresponding to the integer ripples of this waveform are averaged. For example, when the sampling cycle is 30 Hz and the stirring screw 29 rotates at 120 rpm, the sampling number of 15 times for one rotation (0.5 seconds) of the stirring screw 29 or the sampling number of 30 points for two rotations (1 second) The sensor output at is averaged to obtain the sensor output.

このように、リップルの影響を考慮したセンサ出力を取得した後、ステップＳ３０２で、このセンサ出力を図６に示すセンサ特性を利用してトナー濃度に換算する。この換算したトナー濃度の値は、ステップＳ３０３で先頭バッファに格納する。そして、ステップＳ３０４で全バッファの平均値を取得し、ステップＳ３０５で順次バッファを右シフトする。 Thus, after acquiring the sensor output in consideration of the influence of the ripple, in step S302, the sensor output is converted into the toner density using the sensor characteristics shown in FIG. The converted toner density value is stored in the head buffer in step S303. In step S304, the average value of all the buffers is acquired, and in step S305, the buffers are sequentially shifted to the right.

ここで、バッファ数は、現像剤が循環（又は半循環）するのに必要な時間から決定する。例えば、現像剤の循環時間が３０秒、トナー濃度検出周期は２秒間隔の画像形成装置の場合、現像剤が現像器５を循環する３０秒の間に、１５回トナー濃度が換算されている。したがって、この例では、バッファ数を１５として全バッファに格納したトナー濃度の移動平均値を取得することで、現像剤が現像器５を循環する時間における平均的なトナー濃度が予測できる。 Here, the number of buffers is determined from the time required for the developer to circulate (or semi-circulate). For example, in the case of an image forming apparatus in which the developer circulation time is 30 seconds and the toner density detection cycle is 2 seconds, the toner density is converted 15 times during 30 seconds when the developer circulates through the developing device 5. . Therefore, in this example, by obtaining the moving average value of the toner density stored in all the buffers with the number of buffers being 15, the average toner density in the time during which the developer circulates through the developing device 5 can be predicted.

なお、バッファ数が異なる第１平均トナー濃度と第２平均トナー濃度をそれぞれ算出することもできる。第１平均トナー濃度は、現像器の１周分（例えば、バッファ数１５）の移動平均値として、１ドットあたりのトナー消費量の更新処理で使用する。第２平均トナー濃度は、現像器５の半周分（例えば、バッファ数８）の移動平均値として、トナー補給量を算出する処理で使用する。 Note that the first average toner density and the second average toner density having different numbers of buffers can also be calculated. The first average toner density is used as a moving average value for one rotation of the developing device (for example, the number of buffers of 15) in the update process of the toner consumption per dot. The second average toner density is used in a process of calculating the toner replenishment amount as a moving average value for a half circumference of the developing device 5 (for example, the number of buffers is 8).

なお、トナー予測消費量の算出と、トナー補給の周期は同期しない。そこで、トナー補給量を決定する要求があると、これに応じて第２平均トナー濃度を検出トナー濃度の値として返す。 The calculation of the predicted toner consumption and the toner replenishment cycle are not synchronized. Therefore, when there is a request for determining the toner replenishment amount, the second average toner density is returned as the value of the detected toner density accordingly.

＜１ドットあたりのトナー消費量の更新＞
図８は、１ドットあたりのトナー消費量更新手段３２における１ドットあたりのトナー消費量の更新処理の概略フローチャートである。ステップＳ４０１で、図７のフローに示す処理により平均トナー濃度を取得して検出トナー濃度とし、ステップＳ４０２で、下記数式により、１ドットあたりのトナー消費量を更新する。 <Updating toner consumption per dot>
FIG. 8 is a schematic flowchart of the toner consumption amount updating process per dot in the toner consumption amount updating unit 32 per dot. In step S401, the average toner density is acquired by the processing shown in the flow of FIG. 7 to obtain the detected toner density, and in step S402, the toner consumption per dot is updated by the following formula.

[数２]
１ドットあたりのトナー消費量＝
更新前の１ドットあたりのトナー消費量−α（検出トナー濃度−基準トナー濃度） [Equation 2]
Toner consumption per dot =
Toner consumption per dot before update -α (detected toner concentration-reference toner concentration)

ここで、最適化係数αは、画像形成装置１や現像器５のシステム構成に応じて最適化するための係数で、実験やシュミレーションにより決定するが、後述するように、実際の１ドットあたりのトナー消費量の値の約１／１０程度の値にすることが好ましい。
基準トナー濃度は、製品毎に予め決定された値である。 Here, the optimization coefficient α is a coefficient for optimization according to the system configuration of the image forming apparatus 1 and the developing device 5 and is determined by experiments and simulations. The value is preferably about 1/10 of the toner consumption value.
The reference toner density is a value determined in advance for each product.

この１ドットあたりのトナー消費量の更新は、前述のトナー濃度検出処理のタイミングで行う。 The toner consumption amount per dot is updated at the timing of the toner density detection process described above.

＜トナー補給量の算出＞
図９は、トナー補給量算出手段３４におけるトナー消費量の算出処理を示す概略フローチャートである。ステップＳ５０１で図４、図５のフローに示す処理により単位ページあたりのトナー消費量を取得し、ステップＳ５０２で図７のフローに示す処理により平均トナー濃度を取得し、ステップＳ５０３で、これらの取得したトナー消費量と平均トナー濃度を用いて図１０に示すテーブルからトナー補給量を算出する。図１０は、トナー消費量（ｍｇ）と平均トナー濃度（％）からトナー補給量を検索するテーブルの一例である。トナー補給量が「０（ゼロ）」のときは、補給を行わない。ここで算出されたトナー補給量に応じて、トナー補給装置３６は現像剤容器１３から現像器５のトナー補給口２６を介して撹拌槽２４に供給する。 <Calculation of toner supply amount>
FIG. 9 is a schematic flowchart showing a toner consumption amount calculation process in the toner replenishment amount calculation means 34. In step S501, the toner consumption per unit page is acquired by the processing shown in the flow of FIGS. 4 and 5, and in step S502, the average toner density is acquired by the processing shown in the flow of FIG. 7. In step S503, these acquisitions are acquired. The toner replenishment amount is calculated from the table shown in FIG. 10 using the toner consumption amount and the average toner density. FIG. 10 is an example of a table for retrieving the toner replenishment amount from the toner consumption amount (mg) and the average toner concentration (%). When the toner replenishment amount is “0 (zero)”, the replenishment is not performed. In accordance with the toner supply amount calculated here, the toner supply device 36 supplies the toner from the developer container 13 to the stirring tank 24 through the toner supply port 26 of the developing device 5.

図１１は、以下の画像形成条件で、本発明のアルゴリズムにより１ドットあたりのトナー消費量を更新してトナーを補給した場合において、トナー濃度センサで取得、換算される換算トナー濃度の推移をシュミレーションしたものである。
（画像形成条件）
負荷：Ａ４横全面ベタ（Ｂ／Ｗ比；１００％）連続出力
現像剤量：２３０ｇ
出力スピード：３５ｒｐｍ
線速：１６５ｍｍ／ｓｅｃ
基準（目標）トナー濃度：７％
この結果、概ね３分程度で基準（目標）トナー濃度に集束していることが分かった。 FIG. 11 shows the transition of the converted toner density obtained and converted by the toner density sensor when the toner consumption per dot is updated and the toner is replenished by the algorithm of the present invention under the following image forming conditions. It is a thing.
(Image formation conditions)
Load: A4 horizontal all over (B / W ratio; 100%) continuous output Developer amount: 230 g
Output speed: 35rpm
Line speed: 165mm / sec
Standard (target) toner concentration: 7%
As a result, it was found that the toner concentration was converged to the reference (target) toner density in about 3 minutes.

図１２は、１ドットあたりのトナー消費量を更新する際の数式２で使用する最適化係数αを種々変更して、前述の条件でトナーを補給した場合において、トナー濃度センサで取得、換算される換算トナー濃度の基準トナー濃度からの最大ずれ量をシュミレーションしたものである。これによると、最適化係数αが約９Ｅ−１０のときに換算トナー濃度の基準トナー濃度からの最大ずれ量が最小になっていることがわかる。 In FIG. 12, when the toner is replenished under the above-described conditions by variously changing the optimization coefficient α used in Formula 2 when updating the toner consumption amount per dot, the toner density sensor obtains and converts it. The maximum deviation amount of the converted toner density from the reference toner density is simulated. This shows that the maximum deviation amount of the converted toner density from the reference toner density is minimized when the optimization coefficient α is about 9E-10.

トナー付着量を５ｇ／ｍ^２と想定すると、解像度６００ｄｐｉにおける１ドットあたりのトナー消費量の理想値は、１ドット＝４２．３３μであるから、５×（４２．３３×１０^―６）^２＝８．９６Ｅ−９（ｇ）となる。したがって、最適化係数αは、トナー消費量の理想値の１／１０程度が適当であることを示している。 Assuming that the toner adhesion amount is 5 g / m ² , the ideal value of the toner consumption amount per dot at a resolution of 600 dpi is 1 dot = 42.33 μ, so 5 × (42.33 × 10 ⁻⁶ ) ² = It becomes 8.96E-9 (g). Therefore, the optimization coefficient α indicates that about 1/10 of the ideal value of the toner consumption is appropriate.

本発明に係る画像形成装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present invention. 現像器の概略構成図とトナー濃度制御のブロック図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a developing device and a block diagram of toner density control. トナー濃度制御装置の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the toner density control device. 単位ページ毎のトナー消費量の予測処理の概略フローチャート。6 is a schematic flowchart of a toner consumption amount prediction process for each unit page. 単位ページあたりの平均トナー消費量の予測処理の概略フローチャート。6 is a schematic flowchart of an average toner consumption amount prediction process per unit page. トナー濃度とセンサ出力の関係を示すグラフ。6 is a graph showing the relationship between toner density and sensor output. 透磁率センサを用いてトナー濃度を検出する処理の概略フローチャート。4 is a schematic flowchart of processing for detecting toner concentration using a magnetic permeability sensor. １ドットあたりのトナー消費量の更新処理の概略フローチャート。6 is a schematic flowchart of toner consumption update processing per dot. トナー消費量の算出処理を示す概略フローチャート。6 is a schematic flowchart illustrating a toner consumption calculation process. トナー消費量と平均トナー濃度からトナー補給量を検索するテーブル。A table for retrieving the toner replenishment amount from the toner consumption amount and the average toner density. 換算トナー濃度の時間的推移を示すグラフ。The graph which shows the time transition of conversion toner density | concentration. 最適化係数αの変化に対する換算トナー濃度の基準トナー濃度からの最大ずれ量を示すグラフ。6 is a graph showing the maximum deviation amount of the converted toner density from the reference toner density with respect to a change in the optimization coefficient α.

符号の説明Explanation of symbols

１画像形成装置
５現像器
２７透磁率センサ（トナー濃度センサ）
３０トナー濃度制御装置
３１トナー濃度平均処理手段
３２１ドットあたりのトナー消費量更新手段
３３トナー消費量予測手段
３４トナー補給量算出手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus 5 Developing device 27 Magnetic permeability sensor (toner density sensor)
30 Toner Concentration Control Device 31 Toner Concentration Average Processing Unit 32 Toner Consumption Renewal Unit per Dot 33 Toner Consumption Prediction Unit 34 Toner Supply Amount Calculation Unit

Claims

非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を用いて静電潜像の現像を行う現像器を備えた画像形成装置において、
前記現像器内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、
単位ページ毎のドット数をカウントするドットカウント手段と、
前記ドットカウント手段によるドットカウント数に１ドットあたりのトナー消費量を乗じて単位ページ毎に消費されるトナー消費量を予測するトナー消費量予測手段と、
前記トナー濃度検出手段により検出した検出トナー濃度と、前記トナー消費量予測手段により予測したトナー消費量とからトナー補給量を算出するトナー補給量算出手段とを有する画像形成装置において、
前記トナー消費量予測手段で使用する１ドットあたりのトナー消費量の値は、前記トナー濃度検出手段により検出した検出トナー濃度と基準トナー濃度との差に比例した補正を行なって更新することを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus including a developing unit that develops an electrostatic latent image using a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier.
Toner density detecting means for detecting the toner density of the developer in the developing unit;
Dot counting means for counting the number of dots per unit page;
A toner consumption amount predicting means for predicting a toner consumption amount consumed for each unit page by multiplying a dot count number by the dot count means by a toner consumption amount per dot;
An image forming apparatus comprising: a toner replenishment amount calculating unit that calculates a toner replenishment amount from the detected toner concentration detected by the toner concentration detection unit and the toner consumption amount predicted by the toner consumption amount prediction unit;
The value of the toner consumption amount per dot used in the toner consumption amount predicting unit is updated by performing a correction proportional to the difference between the detected toner concentration detected by the toner concentration detecting unit and the reference toner concentration. An image forming apparatus.

前記１ドットあたりのトナー消費量の値は、最適化係数をαとすると、下記数式、
１ドットあたりのトナー消費量＝
更新前の１ドットあたりのトナー消費量−α（検出トナー濃度−基準トナー濃度）
により算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 The value of the toner consumption per dot is expressed by the following equation, where α is an optimization coefficient.
Toner consumption per dot =
Toner consumption per dot before update -α (detected toner concentration-reference toner concentration)
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is calculated by:

前記トナー補給量算出手段で使用する検出トナー濃度は、第１の単位時間の間に検出したトナー濃度の移動平均値とし、
前記１ドットあたりのトナー消費量を更新する際に使用する検出トナー濃度は、前記第１の単位時間と異なる第２の単位時間の間に検出したトナー濃度の移動平均値とし、
前記トナー消費量予測手段で予測する予測トナー消費量は、前記第２の単位時間の間に予測した単位ページ毎の予測トナー消費量の移動平均値と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。 The detected toner density used in the toner replenishment amount calculating means is a moving average value of the toner density detected during the first unit time,
The detected toner density used when updating the toner consumption per dot is a moving average value of the toner density detected during a second unit time different from the first unit time.
3. The predicted toner consumption amount predicted by the toner consumption amount prediction unit is a moving average value of predicted toner consumption amounts for each unit page predicted during the second unit time. The image forming apparatus described in 1.

前記第１の単位時間は、前記現像器内を現像剤が半周循環するのに要する時間とし、
前記第２の単位時間は、前記現像器内を現像剤が１周循環するのに要する時間とすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。 The first unit time is a time required for the developer to circulate in the developing device half a cycle,
The image forming apparatus according to claim 3, wherein the second unit time is a time required for the developer to circulate once in the developing unit.