JPH04293069A

JPH04293069A - 印刷機における現像剤中のトナーの濃度を維持するための装置

Info

Publication number: JPH04293069A
Application number: JP3316567A
Authority: JP
Inventors: Richard A Lux; リチャード・エイ・ラックス; John C Prusinowski; ジョン・シー・プルーシノウスキ; Padomanabhan Prasad; プラサド・パドマナブハン
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1992-10-16
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: US5081491A; JP3159399B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】一般的な電子写真印刷処理では、光導電部
材をほぼ均一の電位に帯電させて、その表面を増感させ
る。光導電部材の帯電部分を、複写しようとする原稿文
書の光像で露光する。帯電した光導電部材の露光によっ
て、照射領域内にある光導電部材上の電荷が選択的に散
逸する。これによって、原稿文書内に含まれている情報
領域に対応して光導電部材上に静電潜像が記録される。光導電部材上に静電潜像が記録された後、それに現像剤
を接触させることによって潜像を現像する。一般的に現
像剤は、キャリア粒に摩擦電気的に付着しているトナー
粒子を有している。トナー粒子がキャリア粒から潜像に
引き付けられることによって、光導電部材上にトナー粉
像が形成される。次に、トナー粉像を光導電部材からコ
ピー用紙に転写する。続いて、トナー粒子を加熱して、
トナー粉像をコピー用紙に永久的に定着させる。

【０００２】上記形式の装置では、現像剤の摩擦電気特
性を最大限に制御できるように、現像剤へのトナー粒子
の添加を調整することが望ましい。しかし、現像剤の摩
擦電気特性は、現像剤内のトナー濃度の関数であると一
般的に考えられている。従って、現実的には上記形式の
装置では、一般的に現像剤内のトナーの濃度を制御しよ
うとしている。

【０００３】現像装置内のトナーの濃度を制御するため
の様々な方法が考案されている。以下に列挙する特許の
開示内容が関連していると思われる。米国特許第３，８７３，００２号特許権者：デビッドソン（Ｄａｖｉｄｓｏｎ）他特許日
：１９７５年３月２５日米国特許第４，３１８，６１０号特許権者：グレース（Ｇｒａｃｅ）特許日：１９８２年３月９日米国特許第４，３２６，６４６号特許権者：ラベリー（Ｌａｖｅｒｙ）他特許日：１９８
２年４月２７日米国特許第４，３４８，０９９号特許権者：ファントッツィ（Ｆａｎｔｏｚｚｉ）特許日
：１９８２年９月７日米国特許第４，９５６，６６９号特許権者：ナカムラ他特許日：１９９０年９月１１日

【０００４】本発明の１つの特徴によれば、現像剤に添
加すべきトナーの量を表すトナー添加信号を発生する制
御手段を備えている、キャリア及びトナーからなる現像
剤内のトナーの濃度を制御するための装置が提供されて
いる。制御手段は、少なくとも第１期間中及び第１期間
に続く第２期間中に現像剤内のトナーの濃度を測定する
能力を備えている。制御手段はまた、第１期間中に測定
されたトナー濃度と第１基準トナー濃度とのずれの関数
として第１濃度誤差値を、また第２期間中に測定された
トナー濃度と第２基準トナー濃度とのずれの関数として
第２濃度誤差値を決定することができる。次に、制御手
段は、第１及び第２濃度誤差値の関数としてトナー添加
信号を発生する。本装置にはさらに、トナー添加信号に
応答して、前記現像剤へのトナー粒子の添加を調整する
手段が設けられている。

【０００５】本発明の他の特徴は、添付の図面を参照し
た以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【０００６】図１は、本発明の装置を組み込んだ現像装
置を設けた電子写真印刷装置の概略的立面図である。

【０００７】図２は、本発明の電気機械構成部を示すブ
ロック図である。

【０００８】図３は、本発明のフィードバック制御シス
テムのブロック図である。

【０００９】図４及び図５は、本発明の制御ステップを
説明するフローチャートである。

【００１０】図１において、電子写真印刷装置は光導電
ベルト１０を用いている。好ましくは、光導電ベルト１
０は、カール防止バッキング層の上に塗布されている基
層の上にさらに光導電材を塗布して形成されている。光
導電材は、発生層の上に搬送層を塗布して形成されてい
る。搬送層が発生層から正電荷を搬送する。接合層が基
層の上に塗布されている。搬送層は、ポリカーボネート
内に分散させたジ−ｍ−トリジフェニールビフェニール
ジアミンの小分子を含有している。発生層は三方晶セレ
ンで形成される。基層はチタン被覆マイラー（Ｍｙｌａ
ｒ）　で形成される。基層は非常に薄く、光を透過させ
ることができる。他の適当な光導電材、基層及びカール
防止バッキング層を用いることもできる。ベルト１０は
矢印１２の方向へ移動して、光導電表面の連続部分がそ
の移動経路の周囲に配置された様々な処理ステーション
を順次通過できるようにする。ベルト１０は、ストリッ
ピングローラ１４、テンションローラ１６、アイドラロ
ーラ１８及び駆動ローラ２０に掛けられている。ストリ
ッピングローラ１４及びアイドラローラ１８は、ベルト
１０と共に回転するように回転可能に取り付けられてい
る。テンションローラ１６はベルト１０に弾性的に押し
付けられて、ベルト１０を所望のテンションに維持して
いる。駆動ローラ２０は、ベルト駆動部等の適当な手段
によってそれに連結されたモータによって回転される。ローラ２０が回転することによって、ベルト１０が矢印
１２の方向へ前進する。

【００１１】最初に、光導電表面の一部分は帯電ステー
ションＡを通過する。帯電ステーションＡでは、２つの
コロナ発生器２２及び２４が光導電ベルト１０を比較的
高くほぼ均一の電位に帯電させる。コロナ発生器２２は
、必要な電荷のほぼ全部を光導電ベルト１０に与える。コロナ発生器２４はレベリング装置として機能して、コ
ロナ発生器２２が抜かした部分を埋める。

【００１２】次に、光導電表面の帯電部分は結像ステー
ションＢへ進む。結像ステーションＢには、文書処理ユ
ニット２６が印刷装置のプラテンの上方に配置されてい
る。文書処理ユニット２６は、オペレータが通常の前進
照合順序で表を上にして文書保管トレイに入れている文
書束から原稿文書を順次送る。トレイの下方に配置され
ている文書フィーダが束の最下層の文書を１対の取り出
しローラへ送り出す。最下層の文書はそのローラによっ
て送られて、文書ガイドを通って送りローラ対及びベル
トの位置へ進む。ベルトは文書をプラテン２８へ前進さ
せる。結像後、原稿文書は、ベルトによってプラテン２
８からガイド及び送りローラ対へ送られる。次に、文書
はインバータ機構へ進んでから、送りローラ対を通って
原稿文書束の最上部へ戻る。文書の進路をインバータと
送りローラ対との間で切り換えるために位置ゲートが設
けられている。文書の結像は、プラテン２８上の文書を
照明するランプ３０によって行われる。文書から反射し
た光線はレンズ３２を通過する。レンズ３２は原稿文書
の光像を光導電ベルト１０の帯電部分上に焦点を合わせ
て結像することによって、その上の電荷を選択的に散逸
させる。これによって、原稿文書内に含まれている情報
領域に対応する静電潜像が光導電ベルト上に記録される
。このようにして、複数の原稿文書が順次露光される。あるいは、文書処理ユニット２６をプラテン２８から離
れる方向へ回動させて、その上へ原稿文書を手動で載置
してもよい。原稿文書の１枚または複数枚のコピーを印
刷装置で複写できる。原稿文書を露光すると、潜像が光
導電ベルト上に記録される。その後、ベルト１０は、光
導電ベルト上に記録されている静電潜像を現像ステーシ
ョンＣへ進める。

【００１３】現像ステーションＣには、３つの磁気ブラ
シ現像ローラ３４、３６及び３８が設けられている。外
車３５が現像剤溜め１１４から現像剤を取り上げて、そ
れを現像ローラへ供給する。現像剤がローラ３４及び３
６に達すると、それは磁気的にローラ間で二分されて、
半分ずつ各ローラへ送られる。光導電ベルト１０がロー
ラ３４及び３６の周囲に部分的に巻き付いて、現像ゾー
ンを延長させている。現像ローラ３８はクリーンアップ
ローラである。矢印１２の方向において現像ローラ３８
の後方に配置されている磁気ローラは、ベルト１０に付
着しているキャリア粒を除去するためのキャリア粒除去
装置である。このようにして、ローラ３４及び３６は現
像剤を静電潜像と接触する位置へ前進させる。潜像は、
現像剤のキャリア粒からトナー粒子を引き付けて、ベル
ト１０の光導電表面上に現像トナー粉像を形成する。ベ
ルト１０は次に現像トナー粉像を転写ステーションＤへ
進める。

【００１４】転写ステーションＤでは、コピー用紙がト
ナー粉像と接触する位置へ送られる。最初に、光導電ベ
ルト１０にランプ（図示せず）から事前転写光を照射し
て、光導電ベルト１０とトナー粉像との間の吸引力を低
減させる。次に、コロナ発生器４０がコピー用紙を適当
な強さ及び極性に帯電させることによって、コピー用紙
が光導電ベルト１０に付着して、トナー粉像が光導電ベ
ルトからコピー用紙へ引き付けられる。転写後、コロナ
発生器４２がコピー用紙を逆の極性に帯電させることに
よって、コピー用紙は光導電ベルト１０から引き離され
る。コンベヤ４４がコピー用紙を定着ステーションＥへ
送る。

【００１５】定着ステーションＥには定着アセンブリ４
６が設けられており、これは転写されたトナー粉像をコ
ピー用紙に永久的に付着させる。好ましくは、定着アセ
ンブリ４６には加熱定着ローラ４８と圧力ローラ５０と
が設けられており、コピー用紙上の粉像が定着ローラ４
８に接触するようになっている。圧力ローラは定着ロー
ラに当接して、トナー粉像をコピー用紙に定着するため
に必要な圧力を与える。定着ローラは、石英水銀灯によ
って内部から加熱される。タンクに保管されていた剥離
剤がメータローラへ送り出される。トリムブレードが余
分な剥離剤を取り除く。剥離剤はドナーローラへ送られ
、そこから定着ローラへ送られる。

【００１６】定着後、コピー用紙はカール取り器５２を
通る。カール取り器５２は、コピー用紙を一方向へ曲げ
てコピー用紙にあるカールを付けた後、逆方向へ曲げて
そのカールと取り除く。

【００１７】前進ローラ５４が用紙を両面印刷転換ロー
ラ５６へ送る。両面印刷ソレノイドゲート５８が用紙を
仕上げステーションＦまたは両面印刷トレイ６０へ案内
する。仕上げステーションＦでは、コピー用紙はコンパ
イラトレイに積み重ねられて、セットにされる。各セッ
トのコピー用紙はステープルで留めてもよい。次に、セ
ットになったコピー用紙はスタックトレイへ送られる。スタックトレイでは、各セットのコピー用紙を隣接のセ
ット用紙からずらすことができる。仕上げステーション
Ｆについては、図２を参照しながら以下にさらに詳細に
説明する。

【００１８】続けて図１を参照しながら、両面印刷ソレ
ノイドゲート５８が用紙を両面印刷トレイ６０へ進めた
場合について説明する。両面印刷トレイ６０は、片面だ
けが印刷されており、反対側にこれから印刷される用紙
、すなわち両面印刷を行う用紙の中間またはバッファ保
管場所になっている。用紙は、両面印刷トレイ６０内に
表を下にしてコピーする順序に上へ順次積み重ねられる
。

【００１９】両面印刷を行うためには、トレイ６０に入
っている片面印刷用紙を底フィーダ６２によってトレイ
６０からコンベヤ６４及びローラ６６を介して転写ステ
ーションＤへ順次送り戻して、コピー用紙の裏側にトナ
ー粉像を転写できるようにする。連続的に底側の用紙が
両面印刷トレイ６０から送り出されるので、コピー用紙
の適当な白紙側が転写ステーションＤでベルト１０に接
触するため、それにトナー粉像が転写される。次に、両
面印刷された用紙は、片面印刷用紙と同じ経路を通って
仕上げステーションＦへ送られる。

【００２０】コピー用紙は、二次トレイ６８から転写ス
テーションＤへ送られる。二次トレイ６８には、可逆交
流モータによって駆動される昇降器が設けられている。それのコントローラが、トレイを上下動させることがで
きる。トレイが下降位置にある時、それに対してコピー
用紙束の積み降ろしが行われる。上昇位置では、用紙フ
ィーダ７０によってコピー用紙が連続的にそれから送り
出される。用紙フィーダ７０は、送りベルト及び取り出
しローラを用いて連続的にコピー用紙を搬送部６４へ送
る摩擦減速フィーダであり、搬送部６４は用紙をローラ
６６へ、さらにそこから転写ステーションＤへ進める。

【００２１】コピー用紙は、補助トレイ７２からも転写
ステーションＤへ送られる。補助トレイ７２には、可逆
交流モータによって駆動される昇降器が設けられている
。それのコントローラが、トレイを上下動させることが
できる。トレイが下降位置にある時、それに対してコピ
ー用紙束の積み降ろしが行われる。上昇位置では、用紙
フィーダ７４によってコピー用紙が連続的にそれから送
り出される。用紙フィーダ７４は、送りベルト及び取り
出しローラを用いて連続的にコピー用紙を搬送部６４へ
送る摩擦減速フィーダであり、搬送部６４は用紙をロー
ラ６６へ、さらにそこから転写ステーションＤへ進める
。

【００２２】二次トレイ６８及び補助トレイ７２は、二
次的なコピー用紙供給源である。大容量フィーダ７６が
、主たるコピー用紙供給源である。大容量フィーダ７６
には、昇降器８０上に支持されたトレイ７８が設けられ
ている。昇降器は、可逆交流モータによって駆動されて
、トレイを上下動させる。上昇位置では、コピー用紙が
トレイから転写ステーションＤへ送り出される。フラッ
ファ及びエアナイフ８３がトレイ７８上のコピー用紙束
へ空気を送って、最上層の用紙を用紙束から分離させる
。真空で最上層の用紙を送りベルト８１に引き付ける。送りベルト８１は、用紙束から連続的に最上層の用紙を
取り出し駆動ローラ８２及びアイドラローラ８４へ送る
。駆動ローラ及びアイドラローラは用紙を搬送部８６へ
案内する。搬送部８６は用紙をローラ６６へ送り、ロー
ラ６６は用紙を転写ステーションＤへ送る。

【００２３】コピー材用紙が光導電ベルト１０から離れ
た後、必ず一部の残留粒子がそれに付着したままとなる
。転写後、光導電ベルト１０はコロナ発生器９４の下側
を通過し、この発生器９４は残留トナー粒子を適当な極
性に帯電させる。その後、光導電ベルト１０の内側に配
置された事前電荷消去ランプ（図示せず）が光導電ベル
ト１０を放電させて、次の帯電サイクルの準備をする。残留粒子はクリーニングステーションＧで光導電表面か
ら取り除かれる。クリーニングステーションＧには、電
気バイアスがかけられているクリーナブラシ８８と、２
つのトナー除去ローラ９０及び９２、すなわち廃棄及び
再生トナー除去ローラが設けられている。再生ローラは
、クリーナローラに対して負の電気バイアスがかけられ
ているため、それからトナー粒子を取り除くことができ
る。廃棄ローラは、再生ローラに対して正の電気バイア
スがかけられているため、紙屑及び極性の間違ったトナ
ー粒子を取り除くことができる。再生ローラ上のトナー
粒子は、かき取られて再生オーガ（図示せず）に溜めら
れるが、そこへはクリーニングステーションＧの後方か
ら搬送される。

【００２４】様々な装置機能がコントローラによって調
整されている。コントローラは、前述の装置機能の全て
を制御するプログラマブルマイクロプロセッサであるこ
とが好ましい。コントローラは、コピー用紙の比較カウ
ント、循環中の文書の数、オペレータが選択したコピー
用紙の数、時間遅れ、ジャム補正等を知らせることがで
きる。以上に記載した実施例の装置のすべての制御は、
オペレータが選択する印刷装置操作盤からの従来形制御
スイッチ入力によって行うことができる。文書及びコピ
ー用紙の位置を追跡するために、従来形用紙経路センサ
またはスイッチを用いることもできる。また、コントロ
ーラは、選択された動作モードに従って、ゲートの様々
な位置を調整することができる。

【００２５】次に、図２を参照しながら、現像ステーシ
ョンＣ内のトナーメンテナンスサブシステムの全体的動
作について説明する。露光ステーションＢには、ベルト
１０の一部分を放電させて潜在テスト領域を形成するた
めのテスト領域発生器（図示せず）が設けられている。一般的に、プラテンから露光された潜像に悪影響を与え
ないようにするため、放電すなわち潜在テスト領域は文
書間ゾーンに設けられる。テスト領域の放電後、ベルト
１０は現像ステーションＣへ進み、ここでトナーが潜在
テスト領域に付着する。テスト領域に付着したトナーの
量または質量が、その領域を現像した時の現像剤内のト
ナー濃度を表している。すなわち、トナーメンテナンス
サブシステムは、現像剤内のトナー濃度を調整すること
によって、ある文書領域範囲に対してコピー用紙上に現
像されるトナーの量または質量を制御するようにしてコ
ピー品質を向上させるように設計されている。

【００２６】テスト領域の現像後、ベルト１０が前進し
て、現像されたテスト領域が赤外線ランプ／検出器モジ
ュール１２０を通過する。すなわち、モジュール１２０
内の赤外線ランプがベルト１０の現像テスト領域に光線
を照射する。同時に、モジュール１２０内の赤外線検出
器が反射光線の強さを検出する。この強さは、現像テス
ト領域の反射率の測定値である。モジュール１２０は、
強さを表す信号を変換回路１２２へ送り、この変換回路
１２２が信号を積分して変換することによって、現像テ
スト領域にある現像トナー質量の測定値が得られる。検
出されたトナー質量は図３ではｉｒｄと呼ばれている。

【００２７】現像ステーションＣは、トナーディスペン
サ１１０からトナーを受け取る。トナー供給源が容器１
１２内に保持されており、交流モータ１１８の励磁時に
はいつも一定速度で駆動される混合オーガ１１６を介し
て現像剤溜め１１４へ送られる。交流モータ１１８の励
磁はオーガ１１６を駆動するだけでなく、オーガへのト
ナーの流れを調整するメータローラ（図示せず）も駆動
する。例えば、オーガ１１６は、管にコイルばねを挿入
して構成されており、ばねの回転によってトナーが管内
を前進して、現像剤溜め１１４から再循環した現像剤と
混ぜ合わされるようになっている。モータ１１８の励磁
は、本発明のトナー送り出し制御ループから信号が送ら
れる送り出しモータ制御部１２６によって直接的に制御
される。このようにしてトナーを導入することによって
、未帯電トナーが現像ステーションＣ内へ直接的に導入
されることがないようにすることができる。

【００２８】トナーメンテナンスシステムをさらにわか
りやすくするため、図３に示されているフィードバック
制御システムを表すため、数学的モデルを導き出した。５つの部分からなるモデルは特に、常微分方程式を用い
てトナーの摩擦電荷（ｔｒ（ｔ）　）及び現像剤のトナ
ー濃度（ｔｃ（ｔ）　）を表している。

【００２９】図３において、トナー濃度は次式によって
モデル化される。

【００３０】

【数１】

【００３１】但し、ｕ（ｔ）　は現像剤溜め１１４内の
現像剤にトナーを添加する割合であって、制御信号１５
０で示され、ｖ（ｔ）　は静電潜像の現像によってトナ
ーが現像剤から取り除かれる割合であり、Ｍｃ　は現像
剤内のキャリアの質量である。一般的に、現像剤は正味
トナー投入流に対するインテグレータとして作用する。

【００３２】第２に、光導電ベルト上に現像されたトナ
ーの量は摩擦電荷、トナー濃度及びベルト１０に印加さ
れている電圧の関数である。１バッチのトナー粒子の合
計質量に対するトナー粒子の合計電荷の割合として以下
に定められる摩擦電荷の簡略化モデルは、次のように一
次微分方程式で表される。

【００３３】

【数２】

【００３４】但し、βはトナー粒子の帯電率、ｔｒ　∞
は最大可能摩擦電荷を表す定数、ＭＴ　は現像剤内のト
ナーの質量、ｔｒｉ　は図１の容器１１２から送り出さ
れた後のトナーの初期電荷である。

【００３５】次に、トナー現像剤モデルを次の経験的関
係から定めた。

【００３６】

【数３】

【００３７】但し、ｄｍａ（ｔ）はトナーの現像された
質量であって、信号１５２で示され、Ｖｄｅｖ　はバイ
アス現像電圧、ｔｒ（ｔ）　は現像剤内のトナーの摩擦
電荷であって、信号１５４で示され、ｔｃ（ｔ）　は現
像剤内のトナー濃度であって、信号１５６で示されてい
る。さらに、パラメータａ、ｂ及びｃはシステム従属定
数である。

【００３８】第４に、上記混合オーガ１１６及び交流モ
ータ１１８で構成されているトナーディスペンサを調べ
て、オーガの管の長さをトナー粒子が移動するために必
要な時間を特徴付けた。トナー粒子をオーガに実際に添
加した時間と、その粒子が再循環現像剤と混合されてオ
ーガからでる時間との間には固有の遅れ時間がある。こ
の搬送遅れは次のようにモデル化される。

【００３９】

【数４】

【００４０】但し、μは約２５秒の遅れ時間を表す定遅
れで、ブロック１５８で示され、ｕ’（ｔ）　はモータ
がトナーを送り出す割合で、信号１５０で示され、ｕ（
ｔ）　は現像剤ハウジング内でトナーが使用可能となる
（すなわちそれがオーガ１１６の端部に達した時の）割
合であって、信号１６０で示されている。一般的に、送
り出し制御戦略は、各サンプリング期間で交流モータ１
１８を「オン」及び「オフ」にトグルすることである。さらに、Ｔがサンプリング期間、ｄｃ（ｋ）　がｋ番目
のサンプリング期間における交流モータ１１８のデュー
ティーサイクル、ｕｍａｘ　が交流モータ１１８が「オ
ン」の時にトナーがオーガ１１６へ送り出される割合で
ある場合、ｋ番目のサンプリング期間に送り出されるト
ナーの量はＴｄｃ（ｔ）　ｕｍａｘとなる。

【００４１】最後に、赤外線センサであるモジュール１
２０は、反射率をデジタル表示（ｉｒｄ（ｔ）　）に変
換するが、これを用いてテスト領域で現像されたトナー
の質量を概算することができる。信号１６２で示される
モジュール１２０の出力ｉｒｄ（ｔ）　と、信号１５２
で示される現像質量ｄｍａ（ｔ）　との一般的関係は、
次のように一次式で表される。

【００４２】

【数５】

【００４３】但し、ｍ１　及びｍ２　は定数である。現
像テスト領域の反射率は、テスト領域が現像ステーショ
ンＣを通過後に測定されるため、制御ループに時間遅れ
が入り込むことに注意することが重要である。そのよう
な遅れはｉｒｄ測定値に組み入れることができるが、ト
ナー送り込みモデル（方程式４）に組み込まれている遅
れ及びベルト１０の速度から、センサ方程式に遅れは組
み入れられていない。さらに、ｄｍａ設定値０．５２ｍ
ｇ／ｃｍ２は、入力信号１６６で示されているｉｒｄ設
定値約８５ｉｒｄビットに相当することを決定した。こ
のｄｍａ設定値は本実施例では一般的な値であるが、装
置の機械的形状及び現像剤に使用されているトナーの形
式によってこの値は変更可能である。

【００４４】トナーメンテナンスサブシステムは、図３
に示されている線形フィードバック制御システムによっ
て制御される。トナーメンテナンスシステムの個々の構
成部をモデル化した後、潜像の現像によってトナーが失
われることにより発生する現像質量の定常誤差を低減さ
せるための制御法則を設計する必要があった。最初に、
非線形状態及び出力方程式、すなわち方程式１、２及び
３を線形化する。続いて、トナー送り出しがパルス幅変
調式に行なわれると仮定して、線形化モデル方程式を離
散化した。制御信号のパルス幅変調（ＰＶＭ）は、振幅
変調の変更形であり、アクチュエータが「オン」または
「オフ」の交流モータであるために発生する。ＰＷＭの
ため、得られた微分方程式は再び非線形となり、別の線
形化ステップが必要であった。最後に、離散時間フィー
ドバックシステムを合成して、必要条件に合わせた離散
時間比例積分（ＰＩ）補償装置の選択を含めたゼロ定常
誤差調整を行った。微分方程式として表された結果の制
御法則は次の通りである。

【００４５】

【数６】

【００４６】但し、α１　及びα２　は定数、δ（ｋ）
　は現在の差であって信号１６８で示され、δ（ｋ−１
）　は先行の差である。ｅ（ｋ）　＝ｄｍａ（ｋ）　−
０．５２である場合、誤差ｅ（ｋ）　は実際の現像質量
と目標の現像トナー質量である０．５２ｍｇ／ｃｍ２　
とのずれを表している。また、先行誤差項ｅ（ｋ−１）
　は、先行測定トナー質量ｄｍａ（ｋー１）　と目標質
量である０．５２ｍｇ／ｃｍ２　との先行ずれを表して
いる。実際には、誤差項ｅ（ｋ）　及びｅ（ｋ−１）　
は、入力ｉｒｄ信号と上記ｉｒｄ設定値である８５との
ずれを計算することによって決定された。あるいは、目
標トナー質量は、特定の文書形式に従って、または他の
システム係数に応答して変化する変数にしてもよい。さ
らに、信号１６４で示される交流モータ１１８のデュー
ティーサイクルｄｃ（ｋ）　は、次の正規化方程式によ
ってδ（ｋ）　に関連づけられる。

【００４７】

【数７】

【００４８】好適な実施例では、制御法則はまた、範囲
ｄｃ（ｋ）　∈〔０．２　　０．８〕で制限され、下限
は現像サブシステム内の慣性に勝つために必要なタイマ
ーの量を数量化することによって定められる。上限は、
トナーの所定の最大送り出し量を得るために必要なデュ
ーティーサイクル部分に基づいている。上限は、交流モ
ータ１１８が駆動される割合の関数であるため、モータ
が６０Ｈｚで駆動される時には０．８の限界が、モータ
が５０Ｈｚで駆動される時には１．０の限界が必要であ
る。さらに、制御範囲は、コントローラ１２４に連結さ
れているメモリ、好ましくは不揮発メモリ（ＮＶＭ）に
設定してもよい。制御法則及び関連の制約条件は以下の
通り実行される。　　もし　　δ（ｋ）　＋０．５≦０．１　　　　　　
　　　　　　　　＊＊超過または零デューティー　　　
　　　ならば　　ｄｃ（ｋ）　＝０；　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　サイクル＊＊　　さもな
くば　　もし　　δ（ｋ）　＋０．５≦０．２　　＊＊
低デューティーサイクル＊＊　　　　　　ならば　　ｄ
ｃ（ｋ）　＝０．２；　　さもなくば　　もし　　δ（
ｋ）　＋０．５≦０．８　　＊＊通常デューティーサイ
クル＊＊　　　　　　ならば　　ｄｃ（ｋ）　＝δ（ｋ
）　＋０．５；　　さもなくば　　もし　　δ（ｋ）　
＋０．５＞０．８　　＊＊高デューティーサイクル＊＊
　　　　　　ならば　　ｄｃ（ｋ）　＝０．８；

【００
４９】上記制御法則の実行において、ソフトウェア及び
演算処理の観点からさらに効率的に実行するため、一定
の変更を加えた。すなわち、制御法則を次のように書き
換えた。

【００５０】

【数８】

【００５１】但し、ＣＤ（ｎ）　は現在必要なトナー送
り出しレベルδ（ｎ）　、ＣＤ（ｎ−１）　は先行トナ
ー送り出しレベルδ（ｎ）　、Ｅ（ｎ）　は現在の誤差
ｅ（ｎ）　、Ｅ（ｎー１）　は先行誤差ｅ（ｎ−１）　
を表している。ＭＤ（ｎー１）　は、制御変数の符号チ
ェックをする必要をなくすため、δ（ｎ）　に対して負
の値を追跡するためのものである。例えば、δ（ｎ）　
が正の値である時、ＣＤ（ｎ）　はδ（ｎ）　に等しく
、ＭＤ（ｎ）　はゼロにリセットされる。さらに、δ（
ｎ）　が負の値である時、ＭＤ（ｎ）　は−δ（ｎ）　
にセットされ、ＣＤ（ｎ）　はゼロにリセットされる。このように、２つの独立した変数を介して結果の差の符
号が追跡される。

【００５２】次に図４及び５を参照しながら説明すると
、トナー濃度制御処理は、ステップ２１０で開始される
。以下に説明する好適な実施例で実行される制御処理は
、上記方程式８に基づいており、マイクロコントローラ
またはマイクロプロセッサ（例えばインテル（登録商標
）８０８５）によって処理を制御できるようにするため
のわずかな変更が加えられている。ステップ２１２にお
いて、図２のコントローラ１２４は、図２の変換回路１
２２を介して赤外線検出器から送られたｉｒｄ信号とｉ
ｒｄ信号設定値との差を計算することによって、現在の
トナー濃度誤差項Ｅ（ｎ）　を決定する。次に、ステッ
プ２１４において、先行制御期間中に計算されて記憶さ
れている先行トナー濃度誤差項Ｅ（ｎー１）　がメモリ
から検索される。ステップ２１６及び２１８では、先行
制御期間中に発生した先行送り出しレベル（ＣＤ（ｎー
１）　）及び過剰値（ＭＤ（ｎー１）　）がメモリから
検索される。次に、ステップ２２０で方程式８に従って
現在のトナー送り出しレベル（ＣＤ（ｎ）　）が計算さ
れ、適当な定数すなわち重み係数ａ１　及びａ２　を代
入する。

【００５３】ステップ２２０で現在の送り出しレベルＣ
Ｄ（ｎ）　を計算した後、コントローラはステップ２２
２でＣＤ（ｎ）　の符号を調べる。ＣＤ（ｎ）　の符号
が負の場合、ＣＤ（ｎ）　は過剰トナー濃度を表してい
る。従って、トナーは現像剤に添加されない。しかし、
過剰トナー濃度を追跡するため、ステップ２２４におい
てＣＤ（ｎ）　の符号に無関係に過剰トナー濃度値ＭＤ
（ｎ）　がＣＤ（ｎ）　の大きさと同じ値にセットされ
る。次に、ステップ２２６において、前述したようにＣ
Ｄ（ｎ）　がゼロにリセットされて、トナーが現像剤に
添加されないようにする。決定ステップ２２２の結果、
ＣＤ（ｎ）　が正の値であることがわかった場合、ステ
ップ２２８で過剰濃度値ＭＤ（ｎ）　がゼロにリセット
されて、過剰トナー誤差がそれ以上に広がるのを防止す
る。

【００５４】全ての現在値が定められてから、ステップ
２３０でそれらは次の制御期間中に使用できるようにセ
ーブされる。すなわち、ステップ２３０は以下のように
値を記憶する。ＣＤ（ｎー１）　←ＣＤ（ｎ）Ｅ（ｎー１）　←Ｅ（ｎ）ＭＤ（ｎー１）　←ＭＤ（ｎ）

【００５５】また、このステップは、システム限界によ
って発生する大きい誤差の広がりを制限するため、ＣＤ
（ｎ）　及び／またはＭＤ（ｎ）　の値を制限する能力
を備えている。例えば、ＣＤ（ｎ）　が無制限であると
すると、多くの期間の間に誤差が蓄積されて、システム
がそれに従って応答できるとすると、過剰量のトナーが
現像剤に添加されることになる。

【００５６】後続のステップでは、交流モータのデュー
ティーサイクルが上記制御法則に従って決定される。一
般的に、制御法則は、ソフトウェアでプログラム化され
たＣＡＳＥまたはＳＥＬＥＣＴ命令として実行されるが
、わかりやすくするために図５では一連の決定ステップ
として記載されている。ステップ２３２は、まずＣＤ（
ｎ）　を調べて、それがトナーの送り出しを開始するた
めに必要な最低レベル以下であるかを決定する。決定ス
テップ２３２では、ＣＤ（ｎ）　が値（ＭＩＮ−１００
）と比較される。値（ＭＩＮ−１００）は、トナーを装
置に添加しない限界レベル（すなわちシステムが目標ト
ナー濃度の許容誤差内にあること）を表す。ＣＤ（ｎ）
　が値（ＭＩＮ−１００）より小さい場合、ステップ２
３４でデューティーサイクルがゼロにセットされ、トナ
ーは図２の容器１１２から現像剤溜め１１４へ送り出さ
れない。

【００５７】ステップ２３６では、ＣＤ（ｎ）　を調べ
て、それが最大送り出しレベル（ＭＡＸ）以上であるか
どうかが決定され、ここでＭＡＸは制御法則に定められ
た限界０．８の正規化表現である。ＣＤ（ｎ）　がＭＡ
Ｘ以上である場合、ステップ２３８で交流モータのデュ
ーティーサイクルが所定の高デューティーサイクルにセ
ットされる。一般的に、５０または６０Ｈｚ交流電力を
用いた時の交流モータ１１８の性能の差異を補償するた
め、この高デューティーサイクルは装置の設置時に決定
される。ＣＤ（ｎ）　がＭＡＸよりも小さい場合、ステップ２４
０でＣＤ（ｎ）　をＭＩＮと比較する検査が継続され、
ここでＭＩＮは制御法則の限界０．２の正規化表現であ
る。ＣＤ（ｎ）　がＭＩＮよりも小さい場合、低固定デ
ューティーサイクルに入り、ステップ２４４でデューテ
ィーサイクルが通常（ＮＯＲＭＡＬ）にセットされ、こ
の通常デューティーサイクルも高デューティーサイクル
と同様にして決定される。ＣＤ（ｎ）がＭＩＮ以上の場
合、ステップ２４２でデューティーサイクルはＣＤ（ｎ
）に比例した値に定められる。すなわち、デューティー
サイクルはＣＤ（ｎ）の値の関数として決定される。

【００５８】交流送り出しモータ１１８に対して非ゼロ
デューティーサイクルが決定されると、ステップ２４６
において図２に示されているコントローラ１２４から送
り出しモータ制御部１２６へ送られる信号を介してモー
タが励磁される。待機ステップ２４８は、デューティー
サイクル時間に達するまで、さらなる処理を遅らせ、そ
の時間に達した時点で処理はステップ２５０へ進む。ス
テップ２５０は、交流モータ１１８をやはり送り出しモ
ータ制御部１２６を介して停止させて、それ以上にトナ
ーが添加されないようにする。ステップ２５０で制御処
理が完了し、ステップ２１０で次の制御サイクルが開始
されるまで、制御処理を出る。

【００５９】従って、本発明によれば、上記目的及び利
点を完全に満足させる装置が提供されていることがわか
るであろう。以上に本発明を好適な実施例について説明
してきたが、様々な変更及び変化を加えることができる
ことは、当業者には明かであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の装置を組み込んだ現像装置を設け
た電子写真印刷装置の概略的立面図である。

【図２】　　本発明の電気機械構成部を示すブロック図
である。

【図３】　　本発明のフィードバック制御システムのブ
ロック図である。

【図４】　　本発明の制御ステップを示すフローチャー
トの１である。

【図５】　　本発明の制御ステップを示すフローチャー
トの２である。

【符号の説明】

１１８　　交流送り出しモータ１２０　　赤外線ランプ／検出器モジュール１２２　　
変換回路１２４　　コントローラ１２６　　送り出しモータ制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　キャリア及びトナーからなる現像剤内
のトナーの濃度を制御するための、次のものを含む装置
：現像剤内のトナーの濃度を定期的に測定する手段；第
１期間に作動して、測定トナー濃度と第１目標トナー濃
度とのずれを表す第１濃度誤差を決定する手段；第１期
間に続く第２期間に作動して、測定トナー濃度と目標ト
ナー濃度とのずれを表す第２濃度誤差を決定する手段；
第１期間と第２期間との間に現像剤に添加されたトナー
の量を決定する手段；第１濃度誤差、第２濃度誤差及び
第１期間と第２期間との間に添加されたトナーの量に応
答して、現像剤へのトナー粒子の添加を制御する手段。
【請求項２】　　前記制御手段が、次のものを含む請求
項１記載の装置：第１重み係数と第１濃度誤差との積を
表す重み付き第１誤差値を計算する手段；第２重み係数
と第２濃度誤差との積を表す重み付き第２誤差値を計算
する手段；重み付き第１誤差値、重み付き第２誤差値及
び第１期間と第２期間との間に添加されたトナーの量に
応答して、現在のトナー送り出しレベルを決定する手段
；前記現在のトナー送り出しレベルをデューティーサイ
クルに変換する手段；デューティーサイクルに応答して
トナー供給機構を作動させることによって、デューティ
ーサイクルの長さに比例した量のトナーを現像混合剤に
添加する手段。
【請求項３】　　前記制御手段はフィードバックコント
ローラを有しており、前記フィードバックコントローラ
は、トナーが現像剤への導入後に摩擦電荷を蓄積する割
合に応答するものである、請求項２記載の装置。