JPH04367883A - 画像濃度制御装置 - Google Patents

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】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置における
画像濃度制御装置に関する。本発明は電子写真プロセス
を用いた各種装置、例えば、複写機、ファックス、レー
ザプリンタ等に使用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、いろいろな条件下において、
安定したコピー画像を得るために、複写機には各種の現
像制御の方法が提案されている。例えば、コピー枚数に
応じて現像バイアスを変化させる方法、新たなる原稿一
枚毎に感光体上に測定用画像パターンを現像し、その濃
度を光学的検知手段で読み取る方法などがある（特公昭
６３−３３７０４号等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法は、次のような問題点がある。 １．提案されている現像装置においては、２成分現像方
式及び１成分現像方式共に、現像能力の変動に対する原
因系が複雑で制御を行なうためのモデル化ができない。 ２．トナーの帯電能力や現像剤のコーティング剥がれ、
スペント化等のように直接測定が不可能なパラメータが
多い。 ３．トナー補給応答時間に数枚分の遅れが生じるため、
連続する大量のトナー消費に弱い。 ４．現像装置の設計開発時に必要な実験データが膨大で
ある。 ５．トナー濃度測定のために測定用画像パターンを作成
する方法の場合、コピー速度の低下およびクリーニング
部への負担がかかる。

【０００４】本発明の目的は、電子写真プロセスにおい
てトナー補給を行なう際、感光体やトナー濃度等の特性
変化に対して安定した画像を得られるよう制御する画像
濃度制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
感光体ドラム等の画像形成部材上のトナー濃度を測定す
る画像濃度センサと、書き込み画像の画像面積を検出す
る書き込み画像検出部と、現像装置へのトナー補給を行
なうトナー補給装置と、前記画像濃度センサから出力さ
れるトナー濃度情報と前記書き込み画像検出部からの書
き込み画像情報とを入力とするトナー補給値決定部と、
を有した構成とされている。

【０００６】請求項２記載の発明は、書き込み画像の画
像面積を検出する書き込み画像検出部と、画像形成部材
上のトナー濃度を測定する画像濃度センサと、電子写真
プロセス機構内に設けられた表面電位計、ドラム電流計
、ドラム回転数計、コピー枚数計、露光時間計、温度計
、湿度計、現像装置内トナー補給部に取付けたトナー濃
度計、等の各種センサ部と、トナー濃度情報判定用ニュ
ーラルネットワークと、前記トナー補給部へのトナー補
給の制御を行なうトナー補給制御部と、前記画像濃度セ
ンサから出力されるトナー濃度情報とトナー濃度情報判
定用ニューラルネットワークからのトナー濃度情報と前
記書き込み画像検出部からの書き込み画像情報とが入力
されるトナー補給値決定部とを有した構成とされている
。

【０００７】

【作用】請求項１記載の発明では、トナー補給値決定部
が、画像濃度センサからの信号によりトナー濃度を推定
するメンバーシップ関数と、書き込み画像検出部からの
書き込み画像情報からトナー濃度を推定するメンバーシ
ップ関数とが予め登録されている。そして決められたフ
ァジィルールを用いて所定のファジィ合成演算を行ない
、その結果得られたメンバーシップ関数を非ファジィ化
することによりトナー補給装置へのトナー補給操作値を
決定する。これにより、実際の感光体ドラム上のトナー
濃度と書き込み画像の画像面積とを考慮した上での最適
なトナー補給を行なうことができる。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、トナー濃度
情報判定用ニューラルネットワークの学習時には、その
入力層に前記各種センサ部からの情報を入力し、前記画
像濃度センサから入力されるトナー濃度情報をトナー濃
度情報判定用ニューラルネットワークの出力層から与え
る学習データとして学習を行なう。また、制御時には、
学習時と同様にトナー濃度情報判定用ニューラルネット
ワークの入力層に各種センサ部からの情報を入力し、出
力層から得られるトナー濃度情報と前記書き込み画像検
出部からの画像情報及び前記画像濃度センサから入力さ
れるトナー濃度情報を基に、トナー補給値決定部が、予
め登録されたファジィルールを用いて所定のファジィ合
成演算を行ない、その結果得られたメンバーシップ関数
を非ファジィ化することによりトナー補給操作値を決定
する。つまり、センサ出力情報からトナー濃度情報を得
るためのニューラルネットワークを使用することで、感
光体や各種条件の特性変化に対して、安定した画像を得
られる最適なトナー補給量を決定する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の第１実施例に係る画像濃度制御装置のブロック図
である。本画像濃度制御装置は原稿画像を読み取るスキ
ャナ部２と、感光体ドラム等の画像形成部材上のトナー
濃度を測定する画像濃度センサ１０と、スキャナ部２か
らの書き込み画像情報と画像濃度センサ１０からのトナ
ー情報からトナー補給操作値を決定するトナー補給値決
定部１２と、トナー補給操作値に従ってトナー補給を行
なうトナー補給制御部１４と、トナー補給装置１６とか
ら構成されている。

【００１０】スキャナ部２は画像情報を読み取る光セン
サとしてのＣＣＤ４と、ＣＣＤ４のアナログ情報をデジ
タル情報に変換するＡ／Ｄ変換器６と、それらデジタル
情報から原稿画像のトナー消費量を推定する原稿画像処
理部８とから構成されている。

【００１１】図２は本実施例の画像濃度制御装置を複写
機に適用した構成を示す図である。この複写機は原稿台
１８に載置された原稿２０をランプ２２により照射し、
その反射光を前記したＣＣＤ４で読み取るように構成さ
れている。同じく、原稿２０からの光は不図示の走査光
学系により、感光体ドラム２６に照射されるように構成
されている。感光体ドラム２６の周りには、感光体ドラ
ム２６に電荷を付与する帯電器２８、現像ローラ３０を
有する現像部３２、転写器３４、分離器３６、画像濃度
センサ１０がそれぞれ配設されている。現像部３２には
、トナー補給装置１６が設けられ、現像部３２へのトナ
ー補給を行なっている。画像濃度センサ１０は、現像部
３２により現像された感光体ドラム２６上の像を光学的
に読み取り、画像濃度を検出するセンサである。なお、
図２において、給紙カセット４０からの紙は送り出しロ
ーラ４２によって送り出され、転写器３４及び分離器３
６を経て、排出ローラ４４によって排出されるように構
成されている。なお、第２図において、センサ部は２重
枠で囲んで示してある。

【００１２】図１及び図２に示すトナー補給値決定部１
２には、予めトナー濃度に関するファジイルールと、原
稿画像処理部８からの書き込み画像情報のファジイルー
ルが保持されており、画像濃度センサ１０からのトナー
濃度情報と、スキャナ部２からの書き込み画像情報が入
力されるとトナー濃度を所定の濃度に安定させるように
操作値が決定される。

【００１３】この決定の様子を図３及び図４に従って説
明する。例えば、トナー濃度がレベル２５％で、かつ書
き込み画像情報が５３％であったとき、図３に示すよう
に、それぞれのルールにしたがってトナー補給操作値（
後件部）のメンバーシップ関数（斜線部分）が決定され
る。図３において、（ａ），（ｃ）は前件部のメンバー
シップ関数を示し、（ｂ），（ｄ）はそれらにより求ま
る後件部のメンバーシップ関数を示したものである。 （ａ）は横軸にトナー濃度、縦軸に度合いを取り、（ｃ
）は横軸に書き込み画像情報（原稿画像に占める黒部分
の割合の情報に相当する）、縦軸に度合いをとっている
。図３（ａ）に示すファジイルールによって、トナー濃
度が２５％の場合のメンバーシップ関数が、（ｂ）のよ
うに求まる。同様に、書き込み画像情報においては、書
き込み画像情報が５３％であるから、（ｂ）に示すファ
ジイルールによって、（ｄ）に示すようなメンバーシッ
プ関数が求まる。

【００１４】その後、図４（ｅ）に示すトナー濃度に関
するメンバーシップ関数と、図４（ｆ）に示す書き込み
画像情報に関するメンバーシップ関数とをＭＡＸ合成し
、図４（ｇ）に示すような最終的なメンバーシップ関数
（斜線部分）を得る。このメンバーシップ関数を非ファ
ジィ化することによりトナー補給操作値が決定される。 非ファジィ化の方法にはいくつかあるが、例えばメンバ
ーシップ関数（斜線部分）の重心点を計算すること（マ
ックス・ミニ法）により、図に示すように−３％として
ファジイ推論が得られる。

【００１５】このようにして第１実施例においては、ト
ナー補給値決定部１２からトナー補給制御部１４へトナ
ー補給操作値が出力され、図２に示すトナー補給装置１
６が駆動される。これにより、感光体２６上のトナー濃
度とその時の読み取り画像の黒部の量に応じた最適なト
ナー補給量が決定されることなる。

【００１６】次に本発明の第２実施例について説明する
。図５は本発明の第２実施例に係る画像濃度制御装置の
ブロック図である。第２実施例の画像濃度制御装置は、
画像形成部材上のトナー濃度を測定する画像濃度センサ
１０と、トナー濃度計をはじめトナー消費に関するパラ
メータを測定する各種センサ部５０と、センサ部５０か
らの出力を基にトナー濃度を判定するトナー濃度情報判
定用ニューラルネットワーク５２と、第１実施例と同様
なスキャナ部２、トナー補給制御部１４、及びトナー補
給装置１６と、ニューラルネットワークの学習に対応し
たトナー補給値決定部５４とから構成されている。 トナー補給値決定部５４は、ニューラルネットワーク５
２の出力層から得られるトナー濃度情報と、書き込み画
像検出部８からの画像情報、及び画像濃度センサ１０か
らのトナー情報を基に、予め登録されたファジィルール
を用いて所定のファジィ合成演算を行ない、その結果得
られたメンバーシップ関数を非ファジィ化することによ
りトナー補給操作値を決定する働きがある。

【００１７】図５に示す画像濃度制御装置を複写機に適
用した場合の構成を図６に示す。図６において、図２に
おいて説明した要素は省略して説明する。この実施例に
おいては、感光体ドラム２６周りの温度を検知する温度
センサ６０、また、湿度を検知する湿度センサ６２、感
光体ドラム２６の回転数を計測するドラム回転数カウン
タ６４、感光体ドラム２６に流れる感光体電流を検出す
るドラム電流計６６、送り出しローラ４２に設置された
コピー枚数を計測するコピーカウンタ６８がそれぞれ配
設されている。現像部３２のトナー収容部にはトナー濃
度計３８が設けられている。また、帯電器２８には帯電
操作値決定部７６からの信号に基づき、帯電制御部７８
の制御を受けて帯電量が決定される。原稿画像処理部８
からの信号は、露光操作値決定部７０を経て、露光制御
部７２から原稿２０からの画像光が照射されるように構
成されている。露光制御部７２は露光時間、強度等を制
御するもので、露光時間を計測する露光時間カウンタ７
４が接続されている。感光体ドラム２６周りで、現像部
３２の上には感光体ドラム２６の表面電位を測定する表
面電位計８０が配設されている。また、現像部３２によ
り現像された感光体ドラム２６上の像を光学的に読み取
り、画像濃度を検出する画像濃度センサ１０も設けられ
ている。これら各種のセンサは画像濃度センサ１０を除
き、すべてトナー濃度情報判定用ニューラルネットワー
ク５２に入力されるように構成されている（図において
、端子Ａで示す）。画像濃度センサ１０の出力はトナー
補給値決定部５４に入力される（図において、端子Ｂで
示す）。なお、第６図において、センサは２重枠で囲ん
で示してある。

【００１８】次に、上記センサ部に関して、トナー濃度
に影響するパラメータの例と算出方法を以下に列挙して
示す。 ＜使用するセンサ等＞　　トナー濃度計３８、＜パラメ
ータ名称＞トナー濃度、 ＜パラメータの算出方法、意味＞２成分現像方式の場合
、トナーボックス中のトナーと現像剤の重量比を得る。 ＜使用するセンサ等＞　　表面電位計８０、＜パラメー
タ名称＞ドラム表面電位、 ＜パラメータの算出方法、意味＞所定の潜像パターンを
ドラム上に作成し、画像部と白地部の表面電位を測定す
る。この表面電位を目標値に安定させることが潜像制御
の目標となる。

【００１９】＜使用するセンサ等＞　　ドラム電流計６
６、 ＜パラメータ名称＞ドラム通過電荷量、＜パラメータの
算出方法、意味＞帯電器２８から感光体ドラム２６に供
給された電流を使用時間で積分して得られる。感光体ド
ラム２６は長期的な帯電／除電の繰り返しにより次第に
感度が低下する。感光体ドラム２６の使用限度値（最大
定格値）に対する百分率で表現する。

【００２０】＜使用するセンサ等＞　　ドラム回転数カ
ウンタ６４、 ＜パラメータ名称＞ドラム磨耗量、 ＜パラメータの算出方法、意味＞感光体ドラム２６はク
リーニング部やブレード等によって削られ、静電容量が
低下する。この磨耗量はほぼ感光体ドラム２６の総回転
数に比例するため、この値で、感光体ドラム２６磨耗量
の代用特性とする。感光体ドラム２６の使用限度値（最
大定格値）に対する百分率で表現する。 ＜使用するセンサ等＞　　露光時間カウンタ７４、＜パ
ラメータ名称＞露光疲労量、 ＜パラメータの算出方法、意味＞感光体ドラム２６は短
期的な露光の繰り返しによっても感度が変化する。この
露光による感度低下は露光時間に比例するため、この値
で露光疲労量の代用特性とする。感光体ドラム２６の使
用限度値（最大定格値）に対する百分率で表現する。

【００２１】＜使用するセンサ等＞　　コピーカウンタ
６８、 ＜パラメータ名称＞連続使用度、 ＜パラメータの算出方法、意味＞連続使用度は現在から
過去の所定時間内に何枚のコピーが行なわれたかを示す
値である。これは短期的な使用時間と休止時間の割合を
意味する。感光体ドラム２６は連続使用により感度が低
下したり、残留電位が発生したりする。 ＜使用するセンサ等＞　　温度センサ６０、＜パラメー
タ名称＞温度値、 ＜パラメータの算出方法、意味＞温度値及びその変化に
よって感光体の感度は大きく影響を受ける。これは静電
容量の変化や帯電時、帯電後の漏れ電流等によるが直接
的な関係を把握することは難しい。

【００２２】＜使用するセンサ等＞　　湿度センサ６２
、＜パラメータ名称＞湿度値、 ＜パラメータの算出方法、意味＞湿度値及びその変化に
よって感光体の感度は大きく影響を受ける。これは静電
容量の変化や帯電時、帯電後の漏れ電流等によるが直接
的な関係を把握することは難しい。 ＜使用するセンサ等＞　　画像濃度センサ１０、＜パラ
メータ名称＞画像濃度、 ＜パラメータの算出方法、意味＞レーザタイオードとフ
ォトセンサからなるＰセンサ等を使用し、反射率の違い
により感光体の画像部に付着したトナーの量を測定する
。

【００２３】次に、本実施例の動作について説明する。 従来の電子写真プロセスのトナー補給制御は、画像濃度
センサを用いて、トナー濃度を測定しトナー補給を行う
。この場合、一般にトナー濃度が低い場合にはトナー補
給を行ない、高い場合には補給を停止する。しかし、本
実施例では、出力画像の濃度は、トナー濃度に影響を与
える様々な情報と実際のトナー濃度との関係をニューラ
ルネットワーク５２に学習させておくことにより、制御
時にトナー濃度測定パターンを作成せずにトナー補給制
御を行なうことを可能とする。

【００２４】以下、ニューラルネットワーク５２をそれ
らの学習時と判定時に分けて説明する。 ■．ニューラルネットワーク５２の学習時：まず、トナ
ー濃度判定用ニューラルネットワーク５２の学習につい
て説明する。　　学習時にはトナー濃度判定用パターン
を作成しながら、各センサ情報を取得する。図７はトナ
ー濃度判定用ニューラルネットワーク５２の一構成例を
示す模式図である。トナー濃度判定用ニューラルネット
ワーク５２には、センサ出力情報が入力される入力層と
、中間層、トナー濃度情報が出力される出力層とそれら
を結ぶネットワークで構成されている。それらの内、ト
ナー濃度判定用ニューラルネットワーク５２の入力層に
は、トナー濃度に影響を与えるパラメータを入力し、出
力層には画像濃度センサ１０の出力値を教師値として与
える。教師値としての信号の流れを図７において、破線
の矢印で示している。トナー濃度に影響を与えるパラメ
ータとしては、前述したように、トナーボックス内のト
ナー濃度、感光体上の帯電電位を測定する表面電位計、
帯電部から感光体ドラム２６に流入した電流を測定する
ドラム電流、ドラムの長期的劣化に影響するドラム磨耗
量と露光疲労量、複写機の稼働頻度を現す連続使用度、
感光体の静電容量やトナーの摩擦帯電量等に影響を与え
る温度、湿度等がある。

【００２５】このような学習により、入力層と中間層間
の結合係数Ｗｋｊのネットワーク及び中間層と出力層間
の結合係数Ｓｊｉのネットワークは、トナー濃度に影響
を与える様々な情報を考慮した上で、最適な制御とする
ことができる。なお、画像濃度センサ１０からの出力は
ニューラルネットワーク５２の学習データとして使用さ
れると同時に、トナー補給値決定部５４においてトナー
補給量を決定するために使用される。このトナー補給値
決定部５４ではトナー濃度を入力とし、最適なトナー補
給操作値を出力するように予め調整しておく必要がある
。この調整作業はニューラルネットワーク学習データ取
得時と平行して行なうことが可能である。

【００２６】■．制御実行時：制御実行時には、トナー
濃度測定パターンの作成をできる限り避けたいため、コ
ピー数枚以上ごとにパターン作成を行なう。よってパタ
ーン作成を行なわない数枚の間はトナー濃度が測定でき
ない。そこで、本実施例では上記ニューラルネットワー
ク５２を用いて任意のタイミングでトナー濃度を推定し
、トナー補給制御を行なう。例えば、１枚ごとに帯電電
位やドラム電流等のセンサ情報を取得し、ＣＣＤ４から
得られる書き込み画像情報と合わせてトナー濃度情報を
推定することにより１枚ごとに最適なトナー補給が行な
える。この場合、トナー補給値決定部５４は、第１実施
例のように、ニューラルネットワーク５２の出力層から
得られるトナー濃度情報と、書き込み画像検出部８から
の画像情報と、画像濃度センサ１０のトナー濃度情報を
基に、予め登録されたファジィルールを用いて所定のフ
ァジィ合成演算を行ない、その結果得られたメンバーシ
ップ関数を非ファジィ化することによりトナー補給操作
値を決定する。このファジィ推論は第１実施例とほぼ同
じ原理の処理を行なう。

【００２７】本発明は前記実施例に限らず、各種の変形
が可能である。例えば、トナー濃度に影響を与える様々
な情報を検出するセンサは前記実施例に限定されること
なく、各種のセンサを使用することができる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、書き込み
画像情報を実際に考慮したトナー補給が行なえるので、
電子写真プロセスにおいてトナー補給を行なう際、安定
した画像を得られるよう制御することができる。

【００２９】請求項２記載の発明によれば、従来の様に
ドラムの劣化要因を特定しない制御方式に比べ、各劣化
要因に対して最適な制御を実施できるため、制御範囲が
広くまた暴走等を防ぐことが可能となり、急激なトナー
消費量の変動に対しても制御可能である。従って、電子
写真プロセスにおいてトナー補給を行なう際、感光体や
トナー濃度等の特性変化に対して安定した画像を得られ
る効果がある。また、現像系などの複雑な系の制御用モ
デル同定の必要がないので、プロセス設計開発時に行な
う実験量を軽減できるため、複写機の開発期間、開発コ
ストを低減できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る画像濃度制御装置のブロック
図である。

【図２】第１実施例を複写機に適用した構成図である。

【図３】トナー補給制御に使用するファジィルールの例
を示す図である。

【図４】トナー補給制御に使用するファジィルールの例
を示す図である。

【図５】第２実施例に係る画像濃度制御装置のブロック
図である。

【図６】第２実施例を複写機に適用した構成図である。

【図７】トナー濃度判定用ニューラルネットワークの構
成例を示す図である。

【符号の説明】

８　　　　　　原稿画像処理部 １０　　　　　　画像濃度センサ １２　　　　　　トナー補給値決定部 １６　　　　　　トナー補給装置 ３８　　　　　　トナー濃度計 ５０　　　　　　各種センサ部 ５２　　　　　　トナー濃度情報判定用ニューラルネッ
トワーク ５４　　　　　　トナー補給値決定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像形成部材上のトナー濃度を測定する画
   像濃度センサと、書き込み画像の画像面積を検出する書
   き込み画像検出部と、現像装置へのトナー補給を行なう
   トナー補給装置と、前記画像濃度センサから出力される
   トナー濃度情報と前記書き込み画像検出部からの書き込
   み画像情報とを入力とするトナー補給値決定部とを有し
   、そのトナー補給値決定部が予め登録されたファジィル
   ールを用いて所定のファジィ合成演算を行ない、その結
   果得られたメンバーシップ関数を非ファジィ化すること
   により前記トナー補給装置へのトナー補給操作値を決定
   することを特徴とする画像濃度制御装置。
2. 【請求項２】書き込み画像の画像面積を検出する書き込
   み画像検出部と、画像形成部材上のトナー濃度を測定す
   る画像濃度センサと、電子写真プロセス機構内に設けら
   れた表面電位計、ドラム電流計、ドラム回転数計、コピ
   ー枚数計、露光時間計、温度計、湿度計、現像装置内ト
   ナー補給部に取付けたトナー濃度計、等の各種センサ部
   と、トナー濃度情報判定用ニューラルネットワークと、
   前記トナー補給部へのトナー補給の制御を行なうトナー
   補給制御部と、前記画像濃度センサから出力されるトナ
   ー濃度情報とトナー濃度情報判定用ニューラルネットワ
   ークからのトナー濃度情報と前記書き込み画像検出部か
   らの書き込み画像情報とが入力されるトナー補給値決定
   部とを有し、前記トナー濃度情報判定用ニューラルネッ
   トワークの学習時には、その入力層に前記各種センサ部
   からの情報を入力し、前記画像濃度センサから入力され
   るトナー濃度情報をトナー濃度情報判定用ニューラルネ
   ットワークの出力層から与える学習データとして学習を
   行ない、制御時には、学習時と同様にトナー濃度情報判
   定用ニューラルネットワークの入力層に各種センサ部か
   らの情報を入力し、出力層から得られるトナー濃度情報
   と前記書き込み画像検出部からの画像情報を基に、予め
   登録されたファジィルールを用いて所定のファジィ合成
   演算を行ない、その結果得られたメンバーシップ関数を
   非ファジィ化することによりトナー補給操作値を決定す
   ることを特徴とする画像濃度制御装置。