图像形成设备和使用该图像形成设备的图像形成方法

摘要

本发明公开了一种图像形成设备和使用该图像形成设备的图像形成方法，该图像形成设备可以通过对取决于各个图像形成设备的个体性的调色剂消耗量和调色剂供应量的偏差进行校正，防止打印图像由于调色剂浓度未能落入适当范围内而导致图像质量下降，并且实现了对与调色剂浓度相关联的故障原因的准确识别。调色剂供应装置根据来自控制器的指令，通过开口将调色剂供应到显影器皿。基于供应调色剂时来自磁导率传感器的输出变化来检测调色剂降落的存在或不存在。控制器监视磁导率传感器的输出电压水平，并且根据该输出电压水平调整输入增益，从而控制调色剂浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种诸如复印机、打印机、传真机等的电子照相图像形成 设备和一种使用该设备的图像形成方法。

背景技术

传统地，在基于电子照相术的图像形成设备中，用于在感光鼓上形成 调色图像的显影剂大致被分为两种类型，即，包括单一调色剂的单组分型 显影剂以及含有非磁性调色剂和磁性载体的双组分型显影剂。

由于单组分显影剂适合于使得系统紧凑但是不适合于高速显影，因此 在许多情况下，对于高速、使用期限长的图像形成设备，采用双组分显影 系统。在使用双组分显影剂的显影装置中，载体本身不随双组分显影剂被 消耗，而是留在显影装置中且没有减少。另一方面，调色剂被显影操作消 耗和减少。在该配置中，为了防止图像质量由于构成双组分显影剂的调色 剂的减少而变得不稳定，实施调色剂浓度控制，用于适当地供应调色剂， 以保持双组分显影剂中的调色剂浓度落入适当的范围内。

一般地，在许多情况下，调色剂浓度控制是通过组合使用两种控制方 法来执行的。一种是通过基于输入图像的覆盖率计算调色剂的消耗量来供 应调色剂的方法。另一种是如下方法：检测在静电潜像承载体(感光鼓) 的表面上形成的标准调色图像的密度，并且基于检测结果与预定密度水平 的比较执行调色剂供应。

作为用于实现以上调色剂浓度控制的一部分，图像形成设备包括用于 检测调色剂空的装置，例如，检测被供应到显影装置中的调色剂的降落的 存在或不存在的磁导率传感器。由于磁导率传感器在输出电压水平超出适 当范围的情况下呈现出较低的灵敏度，因此调色剂降落的检测准确度变得 降低。为此，不可能精确地检测调色剂降落，除非定期调整磁导率传感器 的输入增益，以保持输出电压水平在适当范围内。

为了处理该问题，在专利文献1(日本专利申请早期公开2002-72661) 中有如下技术提议：其中，通过计算输入到磁导率传感器的模拟电压检测 值的增益与预定值的偏离程度并且校正输出电压水平，执行调色剂浓度控 制。

在以上调色剂浓度控制中，在基于覆盖率的调色剂供应的情况下，根 据输入图像中的像素数算出的调色剂消耗不能表示实际消耗的正确的显 影剂量，并且也不可能检查是否基于算出的调色剂消耗而供应了正确的调 色剂量。因此，如果取决于各个图像形成设备的个体性，调色剂的消耗量 和/或调色剂的供应量大大偏离算出的值，则该情况提出了如下问题：调 色剂浓度超出适当范围，从而使得打印图像的图像质量下降。

另一方面，在以上调色剂控制中，当基于标准调色图像的密度执行调 色剂供应时，可以取决于各个图像形成设备的个体性，在一定程度上补偿 调色剂浓度偏离适当范围的趋势。然而，由于磁导率传感器的输入增益受 显影剂的调色剂浓度的改变、显影剂的流动性和其它物理特性的改变以及 操作环境中的温度和湿度的改变的影响，因此即使基于标准调色图像的密 度进行校正，也无法确切地校正调色剂的消耗量和调色剂的供应量，因而 提出了无法确定地计算调色剂浓度的偏差的问题。

此外，当调色剂浓度超出适当范围时，无法确定麻烦是归因于各个图 像形成设备的个体性的可控误差还是归因于图像形成设备的故障的不可 控误差，因而提出了无法适当地确定要允许的图像打印操作或者要禁止的 图像打印操作的问题。

发明内容

本发明是考虑到以上情形而做出的，因此，本发明的目的是提供一种 图像形成设备以及提供一种使用该设备的图像形成方法，该图像形成设备 可以通过对取决于各个图像形成设备的个体性的调色剂消耗量和调色剂 供应量的偏差进行校正，防止打印图像由于调色剂浓度未能落入适当范围 内而导致图像质量下降，并且该图像形成设备实现了对与调色剂浓度相关 联的故障原因的准确识别。

为了实现以上目的，本发明的各个图像形成设备被配置如下：

一种本发明的图像形成设备包括：调色剂容器，其存储调色剂；显影 单元，其使用含有调色剂和载体的双组分显影剂来执行显影；调色剂供应 单元，其将调色剂从调色剂容器供应到显影单元；调色剂传感器，其检测 被供应到显影单元中的调色剂的降落的存在或不存在；以及控制单元，其 控制图像形成的操作，该控制器包括调色剂浓度控制器，该调色剂浓度控 制器进行控制以使得双组分显影剂的调色剂浓度将落入预定范围内，并且 该图像形成设备的特征在于，当检测到调色剂传感器的输入增益超出预定 范围时，调色剂浓度控制器调整调色剂传感器的输入增益以落入预定范围 内，并然后控制调色剂的供应量。

本发明的图像形成设备的特征在于，调色剂传感器的输入增益的预定 范围包括一对第一阈值和一对第二阈值，其中，该一对第一阈值作为用于 根据调色剂传感器的输入增益来确定是否应该通过执行反馈控制进行调 色剂的供应的标准，并且该一对第二阈值作为用于确定图像形成设备是否 处于故障状态从而应该禁止图像形成操作的标准。

在本发明的图像形成设备中，控制单元包括：计算器，其根据图像的 覆盖计算调色剂的消耗量；以及过程控制单元，其执行作为形成图像时的 图像校正处理的过程控制，并且该控制单元的特征在于，调色剂浓度控制 器基于进行调色剂消耗量的计算和过程控制时的显影偏压水平，控制调色 剂的供应量。

在本发明的图像形成设备中，过程控制单元通过检测在静电潜像承载 体的表面上形成的标准调色图像的密度并且根据检测到的密度施加显影 偏压，执行过程控制。

在本发明的图像形成设备中，调色剂浓度控制器还在过程控制被进行 时控制输入增益。

在本发明的图像形成设备中，调色剂传感器使用磁导率传感器。

本发明的图像形成方法是一种用于在图像形成设备中使用的图像形 成方法，该图像形成设备包括：调色剂容器，其存储调色剂；显影单元， 其使用含有调色剂和载体的双组分显影剂来执行显影；调色剂供应单元， 其将调色剂从调色剂容器供应到显影单元；调色剂传感器，其检测被供应 到显影单元中的调色剂的降落的存在或不存在；以及控制单元，其控制图 像形成的操作，并且其特征在于，该图像形成方法包括：调色剂浓度控制 步骤，其执行控制，以使得双组分显影剂的调色剂浓度将落入预定范围内； 以及调色剂供应控制步骤，其中，当调色剂传感器的输入增益超出预定范 围时，调整调色剂传感器的输入增益以落入预定范围内，从而控制调色剂 的供应量。

本发明的图像形成方法的特征在于，调色剂传感器的输入增益的预定 范围包括一对第一阈值和一对第二阈值，其中，该一对第一阈值作为用于 根据来自调色剂传感器的输入增益来确定是否应该通过执行反馈控制进 行调色剂的供应的标准，并且该一对第二阈值作为用于确定图像形成设备 是否处于故障状态从而应该禁止图像形成操作的标准，并且控制调色剂供 应量的调色剂供应控制步骤包括依照第一阈值和第二阈值执行控制的步 骤。

根据本发明，图像形成设备包括：调色剂容器，其存储调色剂；显影 单元，其使用含有调色剂和载体的双组分显影剂来执行显影；调色剂供应 单元，其将调色剂从调色剂容器供应到显影单元；调色剂传感器，其检测 被供应到显影单元中的调色剂的降落的存在或不存在；以及控制单元，其 控制图像形成的操作，该控制器包括调色剂浓度控制器，该调色剂浓度控 制器进行控制以使得双组分显影剂的调色剂浓度将落入预定范围内。当检 测到调色剂传感器的输入增益超出预定范围时，调色剂浓度控制器调整调 色剂传感器的输入增益以落入预定范围内并然后控制调色剂的供应量。因 此，该配置实现了这样的控制，使得调色剂浓度恒定地落入适当范围内， 并且证明显著有效地依照归因于各个图像形成设备的个体性的调色剂浓 度改变而控制调色剂浓度。

根据本发明，调色剂传感器的输入增益的预定范围包括一对第一阈值 和一对第二阈值，其中，该一对第一阈值作为用于根据调色剂传感器的输 入增益来确定是否应该通过执行反馈控制进行调色剂的供应的标准，并且 该一对第二阈值作为用于确定图像形成设备是否处于故障状态从而应该 禁止图像形成操作的标准。因此，可以控制归因于各个机器的个体性的调 色剂浓度改变、由于取决于显影剂的流动性和其它物理特性以及操作环境 的温度、湿度和其它因素的输入增益变化而导致的调色剂浓度改变。此外， 本发明提供了如下出色的效果：当调色剂浓度达到不可控水平并且磁导率 传感器的输入增益已移动到预定范围时，清楚地检测图像形成设备的故障 的出现。

根据本发明，图像形成设备的控制单元包括：计算器，其根据图像的 覆盖计算调色剂的消耗量；以及过程控制单元，其执行作为形成图像时的 图像校正处理的过程控制，并且调色剂浓度控制器基于进行调色剂消耗量 的计算和过程控制时的显影偏压水平，控制调色剂的供应量。因此，该配 置显著有效地用于确切地检测调色剂的消耗量。

根据本发明，图像形成设备的过程控制单元通过检测在静电潜像承载 体的表面上形成的标准调色图像的密度并且根据检测到的密度施加显影 偏压，执行过程控制。因此，该配置显著有效地用于确切地检测调色剂的 消耗量。

根据本发明，由于图像形成设备的调色剂浓度控制器还在过程控制被 进行时控制输入增益，因此该配置提供了如下出色的效果：可以定期地将 调色剂传感器的输出电压水平调整至最佳的输出电压水平。

根据本发明，一种用于在图像形成设备中使用的图像形成方法，该图 像形成设备包括：调色剂容器，其存储调色剂；显影单元，其使用含有调 色剂和载体的双组分显影剂来执行显影；调色剂供应单元，其将调色剂从 调色剂容器供应到显影单元；调色剂传感器，其检测被供应到显影单元中 的调色剂的降落的存在或不存在；以及控制单元，其控制图像形成的操作， 并且该图像形成方法包括：调色剂浓度控制步骤，其执行控制，以使得双 组分显影剂的调色剂浓度将落入预定范围内；以及调色剂供应控制步骤， 其中，当调色剂传感器的输入增益超出预定范围时，调整调色剂传感器的 输入增益以落入预定范围内从而控制调色剂的供应量。因此，该配置实现 了这样的控制，使得调色剂浓度恒定地落入适当范围内，并且证明显著有 效地依照归因于各个图像形成设备的个体性的调色剂浓度改变而控制调 色剂浓度。

在根据本发明的图像形成方法中，两个第一阈值和两个第二阈值是通 过加上取决于显影剂使用期限的校正值、取决于环境变化的校正值以及取 决于覆盖率的校正值中的一个或其之和而产生偏移值来灵活地设置的。因 此，可以依照显影剂使用期限、操作环境以及覆盖率的变化而执行调色剂 供应控制。此外，该配置提供了如下出色的效果：当调色剂浓度达到了不 可控水平并且磁导率传感器的输入增益已移动到预定范围时，清楚地检测 图像形成设备的故障的出现。

在根据本发明的图像形成方法中，调色剂传感器的输入增益的预定范 围包括一对第一阈值和一对第二阈值，其中，该一对第一阈值作为用于根 据来自调色剂传感器的输入增益来确定是否应该通过执行反馈控制进行 调色剂的供应的标准，并且该一对第二阈值作为用于确定图像形成设备是 否处于故障状态从而应该禁止图像形成操作的标准，并且控制调色剂供应 量的调色剂供应控制步骤包括依照第一阈值和第二阈值执行控制的步骤。 因此，可以控制归因于各个机器的个体性的调色剂浓度改变、由于取决于 显影剂的流动性和其它物理特性以及操作环境的温度、湿度和其它因素的 输入增益变化而导致的调色剂浓度改变。此外，本发明提供了如下出色的 效果：当调色剂浓度达到不可控水平并且磁导率传感器的输入增益已移动 到预定范围时，清楚地检测图像形成设备的故障的出现。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的图像形成设备的配置的示意图；

图2是示出根据本实施例的显影装置的配置的示意图；

图3是示出本实施例的图像形成设备的配置的框图；

图4是示出根据本实施例的、磁导率传感器的输出电压水平与磁导率 之间的关系的图的示例；

图5是示出本实施例的、用于借助于磁导率传感器确定调色剂降落的 存在或不存在的处理的前一半的流程图；

图6是示出本实施例的、用于借助于磁导率传感器确定调色剂降落的 存在或不存在的处理的后一半的流程图；

图7是示出根据本实施例的、执行磁导率传感器的输入增益控制的处 理的流程图；

图8是示出根据本实施例的、磁导率传感器的输入增益与显影剂的调 色剂浓度之间的关系的图的示例；

图9是给出根据本实施例的、磁导率传感器的输入增益与各个区域的 供应系数之间的关系的表的示例；

图10是示出根据本实施例的、操作环境校正值相对于操作温度和湿 度环境比率的关系的图；

图11是示出根据本实施例的、显影剂使用期限校正值相对于显影剂 使用期限比率的关系的图；以及

图12是示出根据本实施例的、覆盖率校正值相对于覆盖率的关系的 图。

具体实施方式

接下来，将描述本发明的图像形成设备100。图1是示出根据本实施 例的图像形成设备100的配置的示意图。

如图1所示，图像形成设备100根据经由通信网络从外部传送的图像 数据或从外部存储装置(未示出)输入的图像数据，在记录介质(纸)上 形成多色或单色图像。

图像形成设备100包括曝光单元1、显影装置2(2a、2b、2c以及2d)、 感光鼓3(3a、3b、3c以及3d)、清洁器单元4(4a、4b、4c以及4d)、 充电器5(5a、5b、5c以及5d)、中间转印带单元6、定位辊7、转印辊8、 定影单元9、馈纸托盘14、控制单元10、纸输送路径S以及纸输出托盘 13。

在图像形成设备100中，图像数据包括用于支持彩色图像的各个颜色 (即，黑色(K)、青色(C)、品红(M)以及黄色(Y))的数据。因此， 设置四个显影装置2(2a、2b、2c以及2d)、四个感光鼓3(3a、3b、3c 以及3d)、四个清洁器单元4(4a、4b、4c以及4d)以及四个充电器5(5a、 5b、5c以及5d)来形成不同颜色的四种静电潜像。这里，各个部件被指 定为“a”用于黑色、“b”用于青色、“c”用于品红或者“d”用于黄色， 从而形成四个图像站(image station)。尽管在该实施例中，利用四种颜 色来执行彩色图像形成，但是本发明也可以应用于使用六种颜色的多色图 像形成以及应用于单色图像形成。

曝光单元1是使用激光二极管作为激光光源的激光扫描单元(LSU)。 曝光单元1根据输入图像数据利用光照射已经由充电器5均匀地充电的各 个感光鼓3的外围表面，以便在感光鼓3的外围表面上形成与图像数据对 应的静电潜像。这里，也可使用诸如EL(电发光)和LED(发光二极管) 写入头的发光元件阵列来取代激光二极管。

显影装置2分别利用黑色(K)、青色(C)、品红(M)以及黄色(Y) 调色剂显现在感光鼓3上形成的静电潜像。稍后将描述显影装置2的细节。

清洁器单元4包括清洁刮板(未示出)。该清洁刮板是沿着并且与感 光鼓3的外部外侧相抵接(或者滑动接触)地布置的，以在调色图像的显 影和转印之后除去并收集残留在感光鼓3的表面上的调色剂。

每个感光鼓3被布置成使得外部外侧的部分与中间转印带60的表面 相接触，同时作为电场发生器的充电器5、显影装置2以及清洁单元4沿 着并且靠近鼓的外侧而布置。

充电器5是用于以预定电势对感光鼓3的外部外侧均匀地充电的充电 单元。尽管在本实施例中使用放电型充电器作为充电器5，但是可使用辊 式充电器、刷式(brush type)充电器等来取代放电型充电器。

中间转印带单元6被布置在感光鼓3上方，并且包括中间转印带60、 中间转印带驱动辊61、中间转印带被动辊62以及中间转印带清洁单元65。 此外，中间转印带60是由中间转印带驱动辊61、中间转印带被动辊62、 中间转印带张紧机构63以及中间转印辊64支撑和张紧的，并且在图1 中箭头B的方向上循环地被驱动。

中间转印带60与各个感光鼓3相抵接地布置。在感光鼓3上形成的 彩色图像被相继分层地转印到中间转印带60，以在中间转印带60上形成 彩色调色图像(多色调色图像)。该中间转印带60是由大约100μm至150 μm厚的环状胶片形成的带状部分。中间转印带60基本上由聚酰亚胺、 聚碳酸酯、热塑性弹性体合金等形成。

在感光鼓3上形成的调色图像借助于中间转印辊64而被转印到中间 转印带。中间转印辊64被旋转地支撑在中间转印带单元6的中间转印带 张紧机构63中的中间转印辊装配部分(fitting portion)(未示出)处。施 加到中间转印辊64的是用于将调色图像从感光鼓3转印到中间转印带60 的转印偏压。

高压转印偏压(与调色剂上的静电荷的极性(-)相反的极性(+)的 高压)被施加到中间转印辊64，以便转印调色图像。中间转印辊64是由 直径为8mm至10mm的金属(例如，不锈钢)基轴(base shaft)和覆 在轴表面上的导电弹性材料(诸如乙烯-丙烯-二烯亚甲基(EPDM)、泡沫 聚氨酯等)构成的辊。该导电弹性材料的使用使得高压能够均匀地施加到 中间转印带60。尽管在本实施例中使用辊形元件作为转印电极，但是也 可以替代地使用电刷或其它零件。

由感光鼓3上的静电潜像的各个颜色如此显现的调色图像在中间转 印带60上被层压成与输入图像数据对应的图像。调色图像的层压通过中 间转印带60的旋转而被传递到转印辊8被布置的位置。转印辊8施加有 电压(与调色剂上的静电荷的极性(-)相反的极性(+)的高压)用于将 调色图像转印到记录介质(纸)。此外，中间转印带60和转印辊8在预定 压印(nip)压力下相对于彼此被挤压。为了使转印辊8恒定地具有压印 压力，转印辊8或中间转印带驱动辊61由硬材料(金属等)形成，而另 一个由软材料(弹性橡胶辊或泡沫树脂辊)形成。

由于与感光鼓3的接触而附着于中间转印带60的调色剂或者残留在 中间转印带60上而没有被转印辊8转印到纸的调色剂将在下一操作引起 颜色的污染，因而中间转印带清洁单元65除去和收集该调色剂。中间转 印带清洁单元65包括清洁刮板(未示出)作为与中间转印带60相抵接的 清洁构件。中间转印带60在该清洁刮板与中间转印带60相抵接的区域， 由中间转印带被动辊62从中间转印带60的内侧支撑。

馈纸托盘14是用于堆叠要用于图像形成的记录介质(纸)的托盘， 并且被布置在曝光单元1下方。布置在图像形成设备100的顶部的纸输出 托盘13是用于面朝下堆叠打印纸的托盘。

图像形成设备100还包括用于利用转印辊8和定影单元9将纸从馈纸 托盘14引导到纸输出托盘13的、近似垂直地布置的纸输送路径S。邻近 从馈纸托盘14到纸输出托盘13的纸输送路径S布置的是搓纸辊11(11a、 11b)、定位辊7、转印辊8、定影单元9的加热辊9a和压辊9b以及馈送 辊12(12a至12i)。

馈送辊12是多个沿着纸输送路径S布置的小直径辊，以促进并辅助 记录介质(纸)的输送。搓纸辊11a是布置在馈纸托盘14的末端的、用 于每次从馈纸托盘14拾取一张纸并将其从馈纸托盘14供应到纸输送路径 S的辊。

定位辊7是暂时地悬置正在纸输送路径S上输送的纸的辊。控制单元 10使定位辊7在预定位置停止已在纸输送路径S上输送的纸，并且在适 当地定时再次旋转以释放。即，定位辊在纸的前端与在中间转印带60上 形成的调色图像的前端相遇的这样的定时，朝向转印辊8被布置的转印部 分传递纸。

定影单元9包括加热辊9a和压辊9b。这些加热辊9a和压辊9b旋转 以便压印其之间的纸。控制单元基于来自未示出的温度检测器的信号，控 制加热辊9a，以便保持预定的定影温度。加热辊9a与压辊9b配合地热 挤压纸，并且熔化、混合并挤压转印在纸上的多色调色图像，从而将调色 图像热定影到纸上。

其上定影有多色调色图像的纸由馈送辊12b和12c输送到纸输送路径 S的反转纸排放通路，并且以反转的位置(其中多色调色图像面朝下放置) 被排放到纸输出托盘13上。

接下来参照图2，将描述显影装置2的细节，该显影装置2用于通过 向静电潜像供应调色剂，对在感光鼓3的表面(外部外侧)上形成的静电 潜像进行显影。

显影装置2利用调色剂显现在作为静电潜像承载体的一个示例的感 光鼓3上形成的静电潜像。显影装置2包括：显影器皿20，其用于存储 含有调色剂和载体的双组分显影剂AG；显影辊21，其与感光鼓3相对地 并且靠近地布置，以将双组分显影剂AG从显影器皿20供应到感光鼓3； 一对输送螺旋(conveying screw)22a和22b，其用于搅拌显影器皿20中 的双组分显影剂AG并朝向显影辊21输送该双组分显影剂AG；以及刮 刀23，其用于限制要供应到显影辊21的显影剂的量。

布置在显影器皿20顶部的是开口25，其打开并关闭，以将调色剂供 应到显影器皿20中。用于供应新的调色剂的调色剂供应装置26布置在开 口25的顶部。

调色剂供应装置26包括：调色剂存储容器26a，其用于存储调色剂T； 调色剂搅拌器26b，其用于搅拌存储在调色剂存储容器26a中的调色剂T； 以及调色剂供应辊26c，其用于在搅拌的同时供应来自调色剂存储容器 26a的调色剂。如图3所示，调色剂供应装置26根据来自控制单元10的 命令，通过开口25将调色剂T供应到显影装置2。

布置在开口25下方的显影器皿20的底部的是磁导率传感器24。磁 导率传感器24检测双组分显影剂AG中的调色剂和载体的浓度(混合比 率)以及调色剂的残留量。当调色剂浓度高时，因为大量的调色剂附着于 磁性载体从而使得单位体积的显影剂中的磁性材料的量减少，因此磁导率 传感器24将检测到低电压水平。因此，磁导率传感器24将检测到的电压 水平(输入增益)与之前存储在存储装置28中的阈值电压进行比较，并 且输出关于调色剂浓度的信息(输出电压水平)。另外，基于执行调色剂 供应时来自磁导率传感器24的输出的变化，检测调色剂降落的存在或不 存在。

现在，将描述来自磁导率传感器24的输出电压水平V与磁导率T之 间的关系。在磁导率传感器24检测调色剂降落的存在或不存在时，如图 4所示，当磁导率传感器24的输出电压水平位于可以输出的电压范围的 中间(Vo)时，磁导率传感器24的检测灵敏度变为最大。这里，假设当 输出电压水平落入Vo±Vα的范围内时，传感器给出适当的灵敏度。在下 文中，Vo被称为最佳输出电压水平。

控制单元10监视磁导率传感器24的输出电压水平，并且当预定磁导 率处的输出电压水平超出Vo±Vα的范围时，调整磁导率传感器24的输入 增益，以便保持输出电压水平落入Vo±Vα的范围内。

如图4所示，当磁导率传感器24的输入增益被设置为G1时，磁导 率A处的输出电压超出Vo±Vα的范围，并且取Vo+Vβ的值(图4中的点 C1)。控制单元10将输入增益从G1调整到G2，以便将磁导率A处的输 出电压水平降低至Vo(点C2)，从而将磁导率传感器24的检测灵敏度保 持在合理的状况。

以此方式，控制单元10可以基于磁导率传感器24的输出电压水平的 变化，检测调色剂降落的存在或不存在。此外，尽管磁导率传感器24的 输出电压水平取决于调色剂浓度、显影剂的流动性以及周围温度和湿度而 改变，但是控制单元10监视磁导率传感器24的输出电压水平并且根据输 出电压水平调整输入增益，从而可以维持磁导率传感器24的良好检测灵 敏度，将调色剂浓度控制在适当的范围中，以及以稳定的调色剂浓度来执 行图像形成。

接下来，将描述根据本实施例的控制单元10。图3是示出根据本实 施例的图像形成设备100的框图。

图像形成设备100包括用于控制设备的操作的控制单元10。控制单 元10包括以下：例如，微计算机；存储控制程序的ROM(只读存储器)， 该控制程序示出了要由微计算机执行的序列过程；提供用于处理的工作区 的RAM(随机存取存储器)；输入电路，其从暂时存储算出的总调色剂 供应时间的EEPROM(电可擦除可编程ROM)非易失性存储器、磁导 率传感器24以及未示出的开关接收信号的输入，并且该输入电路包括输 入缓冲器和A/D转换电路；输出电路，其包括用于驱动马达、螺线管、 灯等的驱动器；以及其它。这些存储装置概括称为存储装置28。

如图3所示，控制单元10还包括过程控制单元35和调色剂浓度控制 器30。在下文中将描述控制单元10的各个部件和操作。

为了获得不受感光鼓和显影剂与时间相关的变化影响的不变的调色 剂浓度和图像输出，图像形成设备100在调整各种处理条件的同时工作。 该调整称为过程控制。过程控制的具体示例包括对充电电势、曝光量、调 色剂浓度的校正值、显影偏压水平、转印电压水平、定影温度以及其它的 调整。

过程控制单元35校正过程控制中的显影偏压的控制参数值(过程控 制设置)。过程控制单元35在感光鼓3或中间转印带6上形成预定的中间 色调的调色剂斑(toner patch)(实心图像(solid image))，并且借助于 包括未示出的光传感器的读取装置读取从调色剂斑反射的光的量，以执行 半色调伽玛校正(gamma correction)处理。

具体地，在半色调伽玛校正处理中，对光传感器进行校准以设置准备 调色剂斑(实心图像)时的充电电势、光强度以及显影偏压(过程控制设 置39)，从而校正调色剂斑的形成条件。然后，在感光鼓3或中间转印带 6上形成预定的半色调调色剂斑。光传感器读取从调色剂斑反射的光的强 度，并且将所读取的调色剂斑的光传感器输出值与存储在存储装置28中 的参考值或目标值进行比较，从而计算打印图像的密度的校正量。基于算 出的校正量，对可以用于显示图像时的亮度和色彩的伽玛校正的转换表 (半色调伽玛校正表)进行校正。利用该过程，可以获得恒定的半色调伽 玛特性，因而稳定了打印图像的密度。这里，转换表(半色调伽玛校正表) 已预先记录在存储装置28中。

接下来，将描述控制单元10的调色剂浓度控制器30。如图3所示， 调色剂浓度控制器30包括覆盖率检测器31、调色剂消耗计算器32、调色 剂供应时间计算器33以及总调色剂供应时间存储装置34。

覆盖率检测器31基于关于原始图像的信息(输入的原始图像的打印 密度信息、打印像素区域或实心比率(原始的一页中黑色像素与所有像素 的比率))，计算关于原始图像的覆盖率(即，原始图像的要打印的像素(要 以调色剂形成的点)与所有像素的比率)的信息。即，覆盖率检测器31 对点(像素)进行计数，以确定与图像中所有像素的比率。

调色剂消耗计算器32从覆盖率检测器31获取关于原始图像的覆盖率 信息，并且计算打印操作要消耗的第一调色剂消耗。

调色剂供应时间计算器33从调色剂消耗计算器32获取关于每个原始 图像的调色剂消耗的信息，并且计算与该信息对应的第一调色剂供应时 间。同时，参考在过程控制单元35执行的过程控制中校正的、显影偏压 的控制参数值(过程控制设置39)，根据过程控制设置39计算第二调色 剂消耗。

调色剂供应时间计算器33计算与第二调色剂消耗对应的第二调色剂 供应时间。对于第二调色剂供应时间，也可以指定负值。即，如果根据过 程控制设置39需要用于减小调色剂浓度的校正，则指定负值。随后，将 算出的以上第一和第二调色剂供应时间的结果相加，以确定总调色剂供应 时间。

总调色剂供应时间存储装置34将每个输入的原始图像的、从调色剂 供应时间计算器33获得的所有调色剂供应时间加和，并且将总时间(总 调色剂供应时间)存储在其中。当该总时间超过固定时间(M秒(M是 预定的任意数字))时，向调色剂供应装置26做出M秒的调色剂供应请 求，并且从总时间减去M秒。此外，当计算总时间(总调色剂供应时间) 时，调色剂浓度控制器30将用于调整调色剂浓度的、指导调色剂供应的 调色剂控制请求发送到控制单元10。

然后，从调色剂浓度控制器30接收到调色剂控制请求时，控制单元 10根据总调色剂供应时间计算要供应的调色剂量，以控制调色剂浓度。

接下来，将描述使用磁导率传感器24确定调色剂空的处理。图5和 6是用于通过磁导率传感器24检测调色剂降落的存在或不存在以确定调 色剂空的流程图。

当从调色剂浓度控制器30接收到指导调色剂供应的调色剂供应请求 时(步骤100)，控制单元10将调色剂供应订单(order)发送到调色剂 供应装置26，以供应算出的调色剂量(步骤110)。同时，开始磁导率传 感器24的输出电压水平的采样(检测)(步骤120)。

当通过开口25从调色剂供应装置26供应算出的调色剂量时(步骤 130)，调色剂供应装置26进入调色剂供应挂起模式预定时间(N秒(N 是任意数字))，以禁止另外的调色剂供应(步骤140)。这是为了保证磁 导率传感器24确定调色剂降落的存在或不存在所需的时间(N秒)。如果 在上述N秒过去之前接收到另一调色剂供应订单，则将该订单暂时锁存 (搁置)在存储装置28中以等待N秒过去。当在N秒过去之后(步骤 150)没有锁存调色剂供应订单(步骤160：否)时，结束输出电压水平 的采样(步骤170)。当锁存有调色剂供应订单(步骤160：是)时，在该 调色剂供应订单之后执行另一调色剂供应(步骤130)。

控制单元10在从调色剂供应开始到N秒过去的持续时期中(即，在 输出电压水平的采样持续时期中)继续磁导率传感器24的输出电压水平 的采样(检测)，以监视输出电压水平的改变。控制单元10计算采样持续 时期中的最大和最小输出电压水平(步骤180)。

控制单元10基于采样持续时期期间的输出电压水平的变化确定调色 剂降落的存在或不存在(步骤190)。如果确定不存在调色剂降落(步骤 190：否)，则确定调色剂供应装置为调色剂空并且停止图像形成的操作(步 骤200)。当确定存在调色剂降落(步骤190：是)时，控制返回至开始， 并且在来自控制单元10的调色剂供应订单之后重复调色剂供应操作。

如果实际检测到调色剂降落，则显影剂的磁导率在采样持续时期期间 显著改变。因此，磁导率传感器24的输出电压水平的变化变得较大。相 反，当没有检测到调色剂降落时，显影剂的磁导率较少改变，从而磁导率 传感器24的输出电压水平的变化较小。以此方式，控制单元10可以基于 磁导率传感器24的输出电压水平的变化确定调色剂降落的存在或不存在 (调色剂空的出现)。

接下来，将描述控制单元10如何调整磁导率传感器24的输入增益。

如上所述，为了保持磁导率传感器24的检测灵敏度良好，控制单元 10监视磁导率传感器24的输出电压水平，并且根据输出电压水平调整输 入增益。图7是示出控制单元10执行的磁导率传感器24的输入增益控制 的处理的流程图。

当磁导率传感器24的输出电压水平超出适当范围(步骤300：是) 时，控制单元10停止图像打印操作并且禁止调色剂供应(步骤310)。另 一方面，如果磁导率传感器24的输出电压水平没有超出适当范围(步骤 300：否)，则控制前往步骤360，以便允许图像打印操作和调色剂供应。

然后，控制单元10对磁导率传感器24的输出电压水平进行采样(步 骤320)并且基于检测到的输出电压水平调整磁导率传感器24的输入增 益(步骤330)。

在磁导率传感器24的输入增益调整之后，再次对调整后的输入增益 的输出电压水平进行采样(步骤340)。控制单元10将再检测到的输出电 压水平与最佳的输出电压水平Vo进行比较。如果其等于最佳的输出电压 水平Vo(步骤350：是)，则允许图像形成操作的开始和调色剂供应(步 骤360)。

在再检测到的输出电压水平与最佳的输出电压水平Vo的比较中，如 果其不等于最佳的输出电压水平Vo(步骤350：否)，则重复磁导率传感 器24的输入增益的调整，直至输出电压水平变得等于最佳的输出电压水 平Vo。

另外，在本实施例中，输入增益的调整的实践不仅限于当磁导率传感 器24的输出电压水平超出Vo±Vα的适当范围时的情况，而是当与输出电 压水平的采样值无关地进行过程控制时，总是执行磁导率传感器24的输 入增益调整。

由于每次执行过程控制时都调整磁导率传感器24的输入增益，因此 定期地将磁导率传感器24的输出电压水平调整至最佳的输出电压水平 Vo。结果，在图像打印操作期间较少出现磁导率传感器24的输出电压水 平偏离Vo±Vα的适当范围，从而可以防止降低图像形成效率。

接下来，将描述如何检测图像形成设备100的故障和如何控制取决于 各个图像形成设备的个体性的调色剂浓度改变。

一般地，关于图像形成设备，调色剂浓度的改变不是均匀的，但是归 因于调色剂消耗和调色剂降落量的调色剂浓度改变取决于机器的制造并 且取决于各个机器的个体性而不同。实际的调色剂浓度也可能由于图像形 成设备之间的个体差异而逐渐脱离算出的值并且偏离适当的范围。还存在 图像形成设备由于调色剂浓度偏离适当范围而出故障的风险。

为了限制调色剂浓度由于各个图像形成设备的个体性而偏离适当的 范围，定期地将归因于各个设备的个体性的调色剂消耗量和调色剂降落量 反馈回到控制单元10的调色剂浓度控制器30，以便使得调色剂浓度落入 适当的范围内。

此外，如果调色剂浓度的偏离变得更坏达到难以使调色剂浓度落入适 当范围内的阶段，则控制单元10停止图像打印操作，并且在未示出的控 制显示器上显示维修建议消息。

现在参照图8，将关于磁导率传感器24的输入增益与阈值(用于控 制调色剂浓度的阈值)之间的关系进行描述，其中，该阈值是当控制单元 10的调色剂浓度控制器30确定归因于调色剂消耗量和调色剂降落量的调 色剂浓度的标准。

图8是示出磁导率传感器24的输入增益V与显影剂的调色剂浓度T 之间的关系的图。如图8所示，当在25℃的温度和50％的湿度的正常周 围环境情况下，在根据本实施例的图像形成设备中对记录介质(纸)执行 图像形成操作时，磁导率传感器24的输入增益被给出为输入增益曲线 (Con2)。

如图8所示，调色剂浓度被分为三类。调色剂浓度T1被定义为小于 调色剂惯用值T_EL的区域和等于或大于T_EH的区域，其中，观察到打印图 像劣化、载体转印到感光鼓3以及其它问题。调色剂浓度T2被定义为等 于或大于调色剂惯用值T_EL并且小于T_EH的区域，其中，获得适当的调色 剂浓度。调色剂浓度T3被定义为等于或大于调色剂惯用值T_L并且小于 T_H的区域，其中，获得适当的调色剂浓度并且呈现出允许调色剂浓度变 化裕量的理想调色剂浓度。

除调色剂浓度之外，磁导率传感器24的输入增益和输出电压水平还 受诸如显影剂的流动性的物理特性和操作环境(包括温度和湿度)的影响。 因此，由上述调色剂浓度控制器30调整的输入增益还受这些因素的影响。

当通过改变以上实验的周围环境温度和湿度来测量磁导率传感器24 的输入增益时，获得输入增益曲线(Con1)作为磁导率传感器24的输入 增益的上界，并且获得输入增益曲线(Con3)作为下界。

如图8所示，作为调色剂浓度控制器30确定归因于调色剂消耗量和 调色剂降落量的调色剂浓度时的标准的、磁导率传感器24的输入增益的 阈值(用于控制调色剂浓度的阈值)被给出为输入增益值G_L、G_EL、G_H以及G_EH。

输入增益值G_L被给出作为与理想调色剂浓度的下限值T_L对应的、 输入增益曲线(Con1)上的值。输入增益值G_H被给出作为与理想调色剂 浓度的上限值T_H对应的、输入增益曲线(Con3)上的值。从输入增益值 G_L到输入增益值G_H的范围被命名为区域A1。

输入增益值G_EL被给出作为与适当调色剂浓度的下限值T_EL对应的、 输入增益曲线(Con2)上的值。输入增益值G_EH被给出作为与适当调色 剂浓度的上限值T_EH对应的、输入增益曲线(Con3)上的值。从输入增 益值G_EL到小于输入增益值G_E的范围以及从输入增益值G_H到小于输入 增益值G_EH的范围分别被命名为区域A2和A3。小于输入增益值G_EL的 范围被命名为区域A4，并且大于输入增益值G_EH的范围被命名为区域A5。 尽管以上述方式来创建五个区域，但是可通过进一步设置详细的条件来进 行区域分类。

在区域A1内，控制单元10的调色剂浓度控制器30允许图像打印操 作而无需执行任何反馈控制。在区域A2和A3中，控制单元通过使用反 馈控制调整调色剂浓度来允许图像打印操作。在区域A4和A5中，控制 单元禁止图像打印操作并且停止图像打印的操作。

在调色剂浓度控制器30的反馈控制中，如果在区域A2的条件下在 计算第一和第二调色剂供应时间时设置负值，或者如果在区域A3的条件 下在计算第一和第二调色剂供应时间时设置正值，则总调色剂供应时间存 储装置34可将算出的调色剂供应时间视为无效并且禁止存储调色剂供应 时间。

此外，在调色剂浓度控制器30的反馈控制中，在计算第一和第二调 色剂供应时间时，还可以通过乘以取决于输入增益区域的预定校正系数来 调整调色剂浓度。如图9所示，对于每个区域66，实验性地定义本实施 例的磁导率传感器的各个输入增益区域的供应系数67。

接下来，将描述基于操作环境校正、显影剂使用期限校正以及覆盖率 校正来偏移第一和第二阈值。

如图10所示，操作环境校正值DC是如下校正值：其要被相加，以 基于图像形成设备的操作环境(诸如，温度、湿度等)的变化来移动调色 剂浓度水平。例如，操作环境比率TR表示用于通过如下方式来维持适当 的显影性能的校正值：通过降低高温和高湿度环境中的调色剂浓度以保证 调色剂上的静电荷量，这是因为在这样的环境中调色剂上的静电荷下降， 以及通过提高低温和低湿度环境中的调色剂浓度以抑制调色剂上的静电 荷量，这是因为在这样的环境中调色剂上的静电荷增加。

如图11所示，显影剂使用期限校正值LC是基于由于显影剂的老化 导致的变化而算出的校正值。存在如下趋势：随着显影剂使用期限比率 LR增加，显影剂的调色剂上的静电荷量下降。

如图12所示，覆盖率校正值PC是基于取决于PR(即，输入原始图 像的每页的覆盖率)的变化而算出的校正值。

在以上实施例中，两个输入增益值(G_L、G_H)和两个输入增益值(G_EL、 G_EH)被视为作为用于确定调色剂传感器的输入增益是否落入预定范围内 的标准的第一和第二阈值。然后，通过将操作环境温度和湿度的变化、显 影剂使用期限以及覆盖率纳入考虑来灵活地设置第一和第二阈值。

通过采用基于取决于显影剂老化的显影剂使用期限校正值、取决于操 作环境变化的操作环境校正值以及取决于覆盖率变化的覆盖率校正值中 的一个或其之和的偏移值，确定两个输入增益值(G_L、G_H)和两个输入 增益值(G_EL、G_EH)作为考虑了以上变化因素的阈值，其中，两个输入 增益值(G_L、G_H)作为用于根据来自调色剂传感器的输入增益来确定是 否通过执行反馈控制进行调色剂供应的标准，两个输入增益值(G_EL、G_EH) 作为用于确定图像形成设备是否处于故障状态以便禁止图像形成操作的 标准。

在下文中将示出具体示例。尽管在图8中，第一阈值(第一较低阈值) 被给出作为输入增益值G_L，但是第一阈值(第一较低阈值)也可被给出 作为输入增益值G_L、操作环境校正值、显影剂使用期限校正值以及覆盖 率校正值的和。类似地，尽管在图8中第一阈值(第一较高阈值)被给出 作为输入增益值G_H，但是第一阈值(第一较高阈值)也可被给出作为输 入增益值G_H、操作环境校正值、显影剂使用期限校正值以及覆盖率校正 值的和。此外，尽管在图8中第二阈值(第二较低阈值)被给出作为输入 增益值G_EL，但是第二阈值(第二较低阈值)也可被给出作为输入增益值 G_EL、操作环境校正值、显影剂使用期限校正值以及覆盖率校正值的和。 另外，尽管在图8中第二阈值(第二较高阈值)被给出作为输入增益值 G_EH，但是第二阈值(第二较高阈值)也可被给出作为输入增益值G_EH、 操作环境校正值、显影剂使用期限校正值以及覆盖率校正值的和。以上情 况以通过使用三个变化因素作为校正值调整(set off)原始阈值来指定新 的阈值为例，但是也可使用其中的任何一个或两个来相加。

以此方式，由于以通过将取决于显影剂的老化的显影剂使用期限校正 值、取决于操作环境变化的操作环境校正值以及取决于覆盖率变化的覆盖 率校正值中的一个或其之和与原始阈值相加而取得偏移值的灵活方式来 设置第一和第二阈值，因此可以依照显影剂使用期限、操作环境以及覆盖 率的变化来执行调色剂供应控制。

此外，由于调色剂浓度控制器30执行反馈控制以使得磁导率传感器 24的输入增益将移动并落入区域A1内，因此可以执行控制以便处理归因 于各个机器的个体性的调色剂浓度改变、由于取决于显影剂的流动性和其 它物理特性、以及操作环境的温度、湿度和其它因素的输入增益变化而导 致的调色剂浓度改变。此外，当调色剂浓度达到了不可控水平并且磁导率 传感器24的输入增益落入区域A4或A5中时，控制单元10能够确定地 检测图像形成设备的故障的出现。另外，当调色剂浓度超出适当范围时， 可以识别是归因于各个图像形成设备的个体性的可控原因还是归因于图 像形成设备的故障的不可控原因引起了麻烦。