JP2006154073A - 画像形成装置、トナーカウンタおよびトナー消費量算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置におけるトナー消費量を精度よく求める。
【解決手段】 ビデオ信号に基づき、トナーを付着させるべきトナードット部のサイズと、トナーを付着させないオフドット部のサイズとを、トナードットカウンタ２０２、オフドットカウンタ２０１によりそれぞれ検出する。その結果からルックアップテーブル２０３を参照し、トナードット部およびオフドット部のサイズの組み合わせに応じた係数Ｋvを呼び出す。トナードットカウンタ２０２のカウント値Ｃdotと係数Ｋvとの積をアキュムレータ２０５で積算し、１ページ分の積算値にベタ画像におけるトナー付着率に相当する係数Ｋ0を乗じると、当該ページについてのトナー消費量ＴＣが求められる。
【選択図】 図６

Description

この発明は、画像形成装置におけるトナーの消費量を算出する技術に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ装置など、トナーを使用して画像を形成する電子写真方式の画像形成装置においては、トナー補給などメンテナンスの都合上、トナーの消費量あるいは残量を把握する必要がある。そこで、トナーの消費量を精度よく求めるための技術（以下、「トナーカウント技術」という）が従来より提案されている。例えば、特許文献１に記載のトナー消費量検出方法では、印刷ドット列をそのドットの連続状態に応じて複数のパターンに分類し、それらの発生回数を個別に計数する。そして、それらの計数値にそれぞれ所定の係数を乗じて加算することによって全トナー消費量を算出する。こうすることによって、ドットの連続状態の差異に起因するドット個数とトナー付着量との間の非線形性によらず高精度にトナー消費量を求めている。

特開２００２−１７４９２９号公報（図２）

上記従来技術では、ドットの連続状態によってトナー付着量が相違するという現象に着目し、トナー消費量の算出精度の向上を図っている。しかしながら、本願発明者は、さらに種々の実験を行った結果、各ドットにおけるトナー消費量は、当該ドットに隣接する他のドットとの間の間隔によっても相違することを見出した。そして、この知見をトナーカウント技術に応用することによって、さらなる精度向上を図ることが可能であることを見出した。

この発明は上記知見に基づいてなされたものであり、画像形成装置におけるトナー消費量を精度よく求めることのできる技術を提供することを目的とする。

本願明細書においては、用語の意味を以下のように定義する。トナー像は多数のドットの集合体であり、各ドットは、トナーを付着させるべき「トナードット」、トナーを付着させない「オフドット」のいずれかである。そして、微視的には、トナー像内において、トナードットは、１ドットのみが孤立して存在する、つまり、当該トナードットに隣接するトナードットがなく当該トナードットがオフドットに取り囲まれている場合と、いくつかのトナードットが連続して一塊のトナードット群を形成している場合とがある。オフドットについても同様である。

本願明細書では、トナーを付着させるべきドット、付着させないドットの１つ１つを、それぞれ「トナードット」、「オフドット」と称する。単に「ドット」という場合には、トナードットとオフドットとを特に区別しないものとする。また、１つまたは連続する複数のトナードットからなるトナードットの塊を「トナードット部」と称する。同様に、１つまたは連続する複数のオフドットからなるオフドットの塊を「オフドット部」と称する。

本願発明者は、形成するトナードット部のサイズおよび隣接するトナードット部間の間隔を変化させた種々のパターンの画像を形成し、そのときのトナー消費量を測定する実験を行った。その結果、各トナードット部におけるトナー消費量は、トナードット部のサイズおよび他のトナードット部との間隔の変化に応じて複雑に変化することが明らかになった。すなわち、各トナードット部の形成に消費されるトナーの量は、当該トナードット部のサイズと、当該トナードット部近傍のオフドット部のサイズとの双方の影響を受ける。

上記知見に鑑み、この発明は、静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成装置、該装置に用いられるトナーカウンタおよびトナー消費量算出方法において、前記静電潜像のうちトナーを付着させるべきトナードット部のサイズと、前記静電潜像のうちトナーを付着させないオフドット部のサイズとに基づきトナー消費量を算出することを特徴としている。このように構成された発明では、トナー像を構成するトナードット部およびオフドット部の双方のサイズを加味してトナー消費量を算出しているので、トナードットの連続状態すなわちトナードット部のサイズのみを考慮している上記従来のトナーカウント技術に比べて、より精度よくトナー消費量を求めることが可能である。

なお、各トナードット部が、１つまたは複数のトナードットが隣接配置されたものと考えてよい場合には、そのトナードット部のサイズを、当該トナードット部を構成するトナードットの個数で表してもよい。オフドット部についても同様である。

ここで、前記トナー像を構成する各トナードット部の形成に消費されるトナーの量については、例えば、当該トナードット部のサイズと、当該トナードット部に隣接するオフドット部のサイズとに応じて求めることができる。というのは、トナードット部のトナー消費量はそのサイズによって異なるが、それに隣接するオフドット部のサイズによっても大きな影響を受けるからである。そこで、当該トナードット部とそれに隣接するオフドット部とのサイズからトナー消費量を求めることで、トナー消費量を精度よく求めることができる。また、こうして求めた各トナードット部ごとのトナー消費量を積算すれば、前記トナー像全体のトナー消費量を求めることができる。

より具体的には、例えば、前記トナー像を構成する各トナードット部および各オフドット部のサイズを判定する判定部と、トナードット部およびオフドット部のサイズとトナー消費量とを関連付けた参照テーブルとを設けて、前記判定部の判定結果に基づいて前記参照テーブルを参照し、その参照結果に基づいて前記トナー消費量を求めることができる。すなわち、トナー像を構成するトナードット部およびオフドット部それぞれのサイズの組み合わせに応じたトナー消費量を予め求めてテーブル化しておき、実際に形成されるトナードット部およびオフドット部のサイズの組み合わせに基づいてこのテーブルを参照すれば、その組み合わせにおけるトナー消費量を簡単に求めることができる。

また、他の方法として、例えば、前記トナー像を構成する各トナードット部のサイズに、当該トナードット部および隣接するオフドット部のサイズに応じて定められる係数を乗じることによって、当該トナードット部の形成に消費されるトナーの量を算出するようにしてもよい。上記したように、トナードット部のトナー消費量はそのサイズによって異なるだけでなくそれに隣接するオフドット部のサイズによっても大きな影響を受ける。そこで、当該トナードット部およびそれに隣接するオフドット部のサイズに応じた係数をトナードット部のサイズに乗じ、当該トナードット部に与える重み付けを異ならせるようにすれば、当該トナードット部および隣接するオフドット部のサイズに応じたトナー消費量を求めることが可能となる。この場合の各係数は、単位面積当たりのトナー付着量に相当する値となる。

また、本発明を適用された画像形成装置が、静電潜像を担持可能に構成された潜像担持体と、１ライン分の画像データに基づいて、前記潜像担持体上にライン状潜像を形成する潜像形成手段とを備えるように構成されている場合には、前記画像データに基づいて前記トナードット部および前記オフドット部のサイズを求めるようにしてもよい。このような画像データは、各ドットのオン・オフに関する情報を含んでいるからである。例えば、所定の表面電位に帯電された感光体の表面をレーザ光源やＬＥＤアレイなどの露光手段でライン状に露光することで感光体上に静電潜像を形成するように構成されている装置においては、露光手段の光源をオン・オフするための制御信号データからトナードット部およびオフドット部のサイズを把握することが可能である。特に、その制御信号がオン・オフの２値データに展開されている場合には、その２値データによりトナードット部およびオフドット部の長さを簡単に求めることができる。そして、このようなラインを複数本形成することによって１枚の画像を得ている場合には、その１ラインごとに求めたトナー消費量を合算することで、１枚分の画像に対するトナー消費量を求めることができる。

図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態の構成を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色の帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。

上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。

また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

図３はこの装置における信号処理ブロックを示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。

また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。

なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。

この階調補正部１１５は、色変換部１１４から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。

こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１７に入力する。ハーフトーニング処理の内容は、形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画かグラフィック画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。

このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色のトナードットのサイズおよびその配列を示す多値信号であり、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオインターフェースを介してエンジンコントローラ１０に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット６の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２２上に形成する。このようにして画像信号に対応した画像形成を行う。

また、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、前記した階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。

この階調制御処理では、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０が読み取り、その濃度センサ６０からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。そして、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。

また、この画像形成装置では、トナー消費量を求めるために、図３に示すように、メインコントローラ１１のパルス変調部１１７から出力されるパルス信号（ビデオ信号）に基づいてトナー消費量を算出するトナーカウンタ２００または３００（後述）がエンジンコントローラ１０に設けられている。トナー像は多くのトナードットで構成されており、各トナードットの形成に消費されるトナー量の合計を求めることで全体のトナー消費量が求められる。本願発明者は、種々の実験を行った結果に基づき、後に詳述するトナーカウンタを構築するに至った。なお、以下では代表的にブラック色トナーについて行った検討の結果を説明するが、他のトナー色についても同様に考えることができる。

また、本明細書では、トナードット部およびオフドット部のサイズを、露光ユニット６による露光ビームＬのビームスポット径に相当するサイズのドットの個数によって表すこととする。ただし、トナードット部およびオフドット部のサイズとしては１ドット単位でなくこれより細かい刻みで設定可能である。というのは、露光ユニット６は露光ビームＬにより感光体２２表面を走査露光することによって感光体２２に静電潜像を形成しているので、その連続点灯（および消灯）時間を調節することによって露光される部分の長さを任意に設定することができるからである。したがって、１走査ラインによって形成されるトナードット部およびオフドット部のサイズ（長さ）は、露光ビームＬの走査方向（主走査方向）においては連続的に変化する。一方、これに直交する方向（副走査方向）におけるトナードット部およびオフドット部のサイズ（幅）はほぼ１ドット相当である。以下で用いるトナードット部およびオフドット部の「サイズ」は主走査方向におけるサイズを現すものとする。なお、走査速度が一定であれば、トナードット部およびオフドット部の長さは、露光ビームＬの連続点灯時間および連続消灯時間にほぼ比例することとなる。

図４はトナードット部のサイズとトナー付着率との関係の一例を示す図である。本願発明者は、そのサイズが種々に異なるトナードット部を形成し、トナー消費量を実測した。トナードット部における単位面積当たりのトナー消費量の実測結果を「トナー付着率」と定義すると、図４に示すように、トナー付着率は一定ではなく、トナードット部のサイズによって変化する。つまり、トナードット部を形成する際のトナー消費量は、トナードット部の面積に比例するわけではない。

より詳しくは、図４に示すように、トナードット部のサイズが比較的小さい範囲では、そのサイズの増加とともにトナー付着率が大きくなる。しかし、さらにサイズが大きくなるとトナー付着率は減少に転じ、一定値に漸近する。この一定値は、ベタ画像における単位面積当たりのトナー付着量に相当する値であり、ここではこの値を記号Ｋ0により表すこととする。実験に使用した装置の構成では、トナードット部のサイズが２ドット程度のときにトナー付着率が最大となった。

また、本願発明者は、複数のトナードット部間の間隔とトナー付着率との関係についても実験を行った。具体的には、トナードット部のサイズを同一とし、複数のトナードット部間の間隔だけを様々に異ならせてトナー消費量を実測した。以下では、「２つのトナードット部間の間隔」を、２つのトナードット部間に形成されるオフドット部のサイズにより表すこととする。

図５はオフドット部のサイズとトナー付着率との関係の一例を示す図である。図５に示すように、トナードット部のサイズを一定とし、それに隣接するオフドット部のサイズを変化させると、トナー付着率が変化する。より詳しくは、オフドット部のサイズを大きくするにつれて、トナー付着率はいったん増加した後減少し、再び増加に転じて緩やかに増加を続ける。実験に使用した装置の構成では、オフドット部のサイズが１ドット程度のときに極大、１．５ドット程度のとき極小となった。また、オフドット部のサイズがゼロのとき、つまりトナードット部が切れ目なく連続しているときのトナー付着率が、上記したベタ画像におけるトナー付着率Ｋ0に相当する。

このようにトナードット部のサイズおよびオフドット部のサイズによってトナー付着率が変化する理由としては、次のようなものが考えられる。静電潜像を形成された感光体２２表面では、トナードット部とオフドット部とで表面電位が異なっているが、両者の境界付近では表面電位は緩やかに変化している。そのため、２つのトナードット部が比較的近接した位置にあると、これらのトナードット部とその間にあるオフドット部との表面電位の差が小さくなる。その結果、２つのトナードット部に挟まれたオフドット部にもある程度のトナーが付着し、その量はオフドット部のサイズによって変わるので、オフドット部のサイズによりトナー付着率が変化することとなる。なお、本明細書でいうトナー付着率は、トナードット部およびその周辺のオフドット部に付着するトナーの総量をトナードット部の面積で除したものであるので、オフドット部のトナー付着量の大小もトナー付着率に影響する。

また、静電潜像上においてトナードット部とオフドット部との境界付近には、表面電位勾配に伴う局所的な強い電界が生じているため比較的トナーが多く付着しやすい（エッジ効果）。またトナードット部のサイズが小さいとオフドット部との表面電位差が十分に確保できずトナーが付着しにくい。これらの理由によりトナードット部のサイズによってトナー付着率が変化する。

このように、トナー付着率は一定ではなく、トナードット部のサイズおよびオフドット部のサイズの組み合わせによって変化する。例えば図４に示す特性曲線は、当該トナードット部の周囲のオフドット部のサイズによって異なる。また、図５に示す特性曲線は当該トナードット部のサイズによって異なる。実際のトナー像では、種々のサイズのトナードット部およびオフドット部が様々な組み合わせで配列しており、各トナードット部におけるトナー付着率は、当該トナードット部のサイズとそれに隣接するオフドット部のサイズとによって様々に異なった値をとることになる。

したがって、トナー像を形成する際のトナー消費量を精度よく求めるためには、トナー像各部におけるトナードット部およびオフドット部の配列状態を考慮する必要がある。この実施形態では、次のようにしてトナー消費量を算出している。

感光体２２表面では、露光ユニット６からの露光ビームＬの走査により、その走査方向（主走査方向）に沿ってトナードット部およびオフドット部が交互に形成されてゆく。そこで、主走査方向に沿って相前後して形成される１つのトナードット部と１つのオフドット部とを１つのペアと考えると、１枚の画像は、何組かの上記ペアが主走査方向に並べられてなるライン状画像を主走査方向に直交する方向（副走査方向）に少しずつ位置を異ならせながら複数本並べたものであるといえる。なお、当然のことであるが、各ペアを構成するトナードット部およびオフドット部のサイズは様々な組み合わせを取り得る。

そして、各ペアごとに、当該ペアを成すトナードット部およびオフドット部それぞれのサイズの組み合わせに応じて当該ペアの形成に使用されるトナー消費量を見積もり、各ペアごとのトナー消費量の見積もり値を画像全体で合計すれば、画像全体の形成に使用されるトナーの量を算出することができる。より具体的には、例えば、以下に説明するトナーカウンタ２００（図６）またはトナーカウンタ３００（図８）を用いることにより、トナー消費量を算出することができる。

図６は本実施形態におけるトナーカウンタの第１の構成例を示す図である。このトナーカウンタ２００では、メインコントローラ１１のパルス変調部１１７から出力されるビデオ信号に基づきトナー消費量を算出する。ビデオ信号は、トナーカウンタ２００に設けられたオフドットカウンタ２０１およびトナードットカウンタ２０２に入力される。このうちオフドットカウンタ２０１は、主走査方向におけるオフドット部の長さをカウントする。すなわち、オフドットカウンタ２０１は、与えられたビデオ信号から露光ビームＬの連続消灯期間の長さを検出し、その期間の長さを単位ドット個数に換算してその連続個数をカウントする。すなわち、単位ドット長さの３倍の長さを有するオフドット部が検出されたとき、オフドットカウンタ２０１からは値３が出力される。一方、トナードットカウンタ２０２は、露光ビームＬの連続点灯期間の長さを検出し、その長さを単位ドット個数に換算してその連続個数をカウントすることで、トナードット部の長さをカウントする。

こうして各ペアにおけるオフドット部およびトナードット部のサイズが求まると、それらの値に基づきルックアップテーブル（ＬＵＴ）２０３を参照することにより係数Ｋvが導かれる。ルックアップテーブル２０３には、当該トナードット部へのトナー付着率に相当する値である係数Ｋvの候補値が格納されている。そして、ルックアップテーブル２０３から選択された係数Ｋvと、トナードットカウンタ２０２から出力される値（トナードット部の長さに相当する値）Ｃdotとが乗算器２０４により乗じられ、アキュムレータ２０５に入力される。アキュムレータ２０５は、自身に保持されている値と乗算器２０４から出力される値を加算しその結果を保持記憶する。つまり、このトナーカウンタ２００では、トナードットカウンタ２０２のカウント値Ｃdotと、ルックアップテーブルから選択された係数Ｋvとを乗じた値がアキュムレータ２０５により積算される。そして、１ページ分の画像データについて積算された積算値に、ベタ画像におけるトナー付着率に相当する係数Ｋ0が乗算器２０６により乗じられて、画像１ページ分のトナー消費量ＴＣが求められる。すなわち、この実施形態では、トナー消費量ＴＣは次式：
ＴＣ＝Ｋ0・Σ（Ｋv・Ｃdot） … （式１）
により求められる。

つまり、この実施形態では、トナードット部のサイズに、そのサイズおよび隣接するオフドット部のサイズに応じた重み付けをした上で積算し、その積算値に一律のトナー付着率を乗じることによってトナー消費量を算出する。与えられる重みは、トナー付着率が高いほど重くなるように配慮されているので、このような重み付けをすることによって、トナードット部および隣接するオフドット部のサイズの組み合わせごとのトナー付着率の差異に起因する算出結果のズレを補正し、算出精度を向上させることができる。

図７はルックアップテーブルの内容の一例を示す図である。ここではトナードット部のサイズを連続トナードット数で表し、オフドット部のサイズを連続オフドット数で表している。オフドットカウンタ２０１によりカウントされた連続オフドット数に対応する行と、トナードットカウンタ２０２によりカウントされた連続トナードット数に対応する列とが交わる欄の数値がそのときの係数Ｋvとなる。例えば、連続トナードット数が１、連続オフドット数が１０であったとすると（このとき形成される画像は１オン１０オフ画像である）、この組み合わせに対応する係数Ｋvの値は１．６２となる。また、例えば、連続トナードット数が３、連続オフドット数が２であったとすると（このとき形成される画像は３オン２オフ画像である）、この組み合わせに対応する係数Ｋvの値は１．０９となる。

なお、図７では記載を省略しているが、連続オフドット数が０であれば、１走査ライン中にオフドットがなくこのラインが完全に塗りつぶされることを示しているので、この場合の係数Ｋvの値は１．００とする。また、連続トナードット数が０であれば、当該走査ラインが全てオフドットで構成されていることを示しているので、この場合の係数Ｋvの値は０である（トナードットカウンタ２０２のカウント値Ｃdotがゼロであるので実際的には係数は幾らであってもよい）。

このように、ルックアップテーブル２０３には、トナードットカウンタ２０２のカウント値Ｃdotに乗じる係数Ｋvの候補値が格納されており、トナードット部およびそれに隣接するオフドット部のサイズに応じて候補値の中から１つの値が選択される。これらの候補値は、トナードット部およびオフドット部のサイズの組み合わせを種々に変化させたときのトナー付着率を予め実測またはシミュレーションにより求め（図４および図５参照）、それらの値をベタ画像におけるトナー付着率Ｋ0で正規化することによって得られる。

図８は本発明にかかるトナーカウンタによる計算の具体例を示す図である。ここでは、１走査ラインが３０ドットで構成されているものとする。また、「ドット配列」の段において、ハッチング付きの丸印を記した欄はトナードット、空欄はオフドットを示している。１つの走査ラインにおけるドット配列が図示のとおりであったとすると、このラインでは、まずオフドットが３個続いた後、１個のトナードットが出現する。このペアに対応する係数Ｋvは連続オフドット数３、連続トナードット数１の値からテーブル２０３を参照して、１．２８となる。

続いて、２個のオフドットの後に１個のトナードットが出現する。したがって、この場合の係数Ｋvは１．１７となる。以後も同様にして、オフドット部およびトナードット部からなる各ペアごとに係数Ｋvを定めることができる。

こうして求めた各ペアごとの係数Ｋvにそのペアを構成するトナードット部における連続ドット数を乗じて加算すると、その値は１４．４８となる。ここで、当該ラインを構成するトナードットの個数を単純にカウントすると１２となるが、この値にはトナードットの配列状態が全く反映されていない。そのため、このカウント値に１ドット当たりのトナー付着率を乗じたとしても正しいトナー消費量を求めることができない。これに対し、本実施形態における計算値は、トナードットの配列とそれに対応するトナー付着率とを考慮した「重み付けされたトナードット個数」であるので、その値にトナー付着率Ｋ0を乗じれば、トナー消費量をより精度よく算出することができる。

図９はこのトナーカウンタによる計算結果を示す図である。図９では、様々な種類の画像を形成し、それぞれの画像についてアキュムレータ３０３に積算されたカウント値を横軸に、そのときのトナー消費量の実測値を縦軸に取っている。図９に示すように、アキュムレータ３０３０によるカウント値と実際のトナー消費量との間には良好な比例関係がみられ（相関係数Ｒ^２＝０．９８４８）、本実施形態のトナーカウンタ２００によりトナー消費量を精度よく算出可能であることが確認された。

図１０は本実施形態におけるトナーカウンタの第２の構成例を示す図である。図１０に示すトナーカウンタ３００は、基本的に上記したトナーカウンタ２００（図６）と同じ考え方により構成されたものであり、このような構成によっても、上記トナーカウンタ２００と同様に、トナー消費量を精度よく求めることが可能である。このトナーカウンタ３００では、メインコントローラ１０から出力されるビデオ信号が判定回路３０１に入力されている。判定回路３０１の機能は、上記トナーカウンタ２００におけるオフドットカウンタ２０１およびトナードットカウンタ２０２の機能を合わせたものに類似している。すなわち、この判定回路３０１は、与えられたビデオ信号から、相前後して形成されるオフドット部およびトナードット部のペアについて、それぞれのサイズを判定する。図８の最初のペアを例にとると、オフドット部のサイズが３ドット、トナードット部のサイズが１ドットである。

この結果をもとに、ルックアップテーブル３０２を参照する。このルックアップテーブル３０２に格納されている候補値は、上記トナーカウンタ２００におけるテーブル２０３の場合とは異なり、当該ペアの形成に消費されると予想されるトナー量をトナー付着率Ｋ0で正規化した値である。この値は、図７に示す係数Ｋvの各候補値に、対応するトナードット部のサイズを乗じた値に相当する。そして、形成されるペアごとにそのトナー消費量をテーブル３０２から呼び出してアキュムレータ３０３により積算するとともに、乗算器３０４によりその積算値にトナー付着率Ｋ0を乗じることによって、全体としてのトナー消費量ＴＣを求めることができる。

なお、これらのトナーカウンタにおいては、上記のようにして計算されたトナー消費量ＴＣに、所定のオフセット値をさらに加算するようにしてもよい。その理由は次の通りである。各現像器に貯留されたトナーは、画像形成以外の用途に消費される場合がある。例えば、この種の画像形成装置では、感光体２２表面のうち本来ドットを形成すべきでない部分にまで微量のトナーが付着してしまう現象（カブリ）がよく知られている。カブリによるトナー消費量は、画像パターンとはあまり相関性がなく、むしろ形成した画像の総面積に左右される。したがって、カブリによるトナー消費量については、画像形成枚数や現像器の駆動時間など、画像面積に関連する値に一定の比率を乗じて求めることができる。また、ユーザの要求によらず装置内部で使用されるテストパターンなどを形成する場合には、これらによって消費されるトナーの量を別途計算する必要がある。そして、こうして求めた画像形成以外の用途に消費されたトナーの量をオフセット値として前記した計算式（式１）に加算すれば、装置全体としてのトナー消費量を精度よく求めることが可能となる。

以上のように、この実施形態では、トナー像を構成するトナードット部およびオフドット部のサイズに基づいて、該トナー像の形成に消費されるトナーの量を求めている。より詳しくは、形成される各トナードット部のサイズとそれに隣接するオフドット部のサイズとの組み合わせに応じて、当該組み合わせにおけるトナー消費量を見積もり、その見積もり量を積算することによって、これらのトナードット部およびオフドット部の集合体であるトナー像全体におけるトナー消費量を算出する。こうすることによって、従来のトナーカウント技術に比べ、より精度よくトナー消費量を求めることができる。

具体的には、隣接するオフドット部およびトナードット部のサイズの組み合わせごとのトナー付着率の大小に相当する値を予め求めてテーブル化しておき、ビデオ信号から検出されたオフドット部とトナードット部とのサイズの組み合わせによりこのテーブルを参照し、当該組み合わせにおけるトナー消費量を見積もっている。こうすることで、トナードット部およびオフドット部が様々なサイズおよび順序で配列されてなる任意のトナー像について、そのトナー消費量を精度よく、しかも簡単な構成により求めることができる。

以上説明したように、上記実施形態においては、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能している。また、トナーカウンタ２００およびトナーカウンタ３００が、いずれも本発明の「トナー消費量算出手段」および「トナーカウンタ」として機能している。さらに、上記実施形態では、感光体２２および露光ユニット６が、本発明の「潜像担持体」および「潜像形成手段」としてそれぞれ機能しており、パルス変調部１１７から出力されるビデオ信号が、オフドットのサイズを表す本発明の「画像データ」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、１ページ分の画像データに基づき、当該ページの形成に消費されるトナーの量を算出するようにしているが、これ以外に、例えばジョブ単位や１日単位など他の期間単位で計算するようにしてもよい。

また、上記実施形態のトナーカウンタでは、アキュムレータにより積算された積算値にトナー付着率に相当する係数Ｋ0を乗じてトナー消費量を算出しているが、テーブルから出力される値に係数Ｋ0を乗じてから積算するようにしても同様の機能を果たすことができる。また、テーブルに格納する各候補値をトナー付着率の次元にしておけば、係数Ｋ0を乗じる工程を省くことができる。

また、上記実施形態では、トナードット部およびオフドット部のサイズ（主走査方向の長さ）を単位ドットの個数で表している。しかしながら、実際のトナードット部やオフドット部のサイズは、露光ビームＬの点灯時間（または消灯時間）を増減することによって単位ドットのサイズより細かく変化させることが可能である。したがって、トナードット部やオフドット部のサイズは必ずしも単位ドットサイズの整数倍とならず、０．５ドット、１．５ドットといった値を取り得る。このような場合にも本発明は適用可能である（実際に、図４および図５には単位ドットの整数倍以外のサイズについての実験結果も含まれている）。この場合には、ルックアップテーブルにおけるサイズの刻みをより細かくするか、サイズを範囲で区分するようにすればよい。

また、上記実施形態では、１つのトナードット部およびそれに隣接する１つのオフドット部からなるペアを想定し、そのペアに対応する領域にどれだけのトナーが付着するかを求めている。しかしながら、一般的には１つのトナードット部は２つのオフドット部に挟まれた状態にあるので、さらなる算出精度の向上のためには、トナードット部のサイズおよび隣接する２つのオフドット部それぞれのサイズから当該トナードット部におけるトナー付着量を求めるのが望ましい。ただし、このようにする場合には、ルックアップテーブルとして格納しておくべきデータ量が膨大となってしまう可能性がある。

また、上記実施形態の画像形成装置は、感光体２２と現像ローラ４４とがギャップを隔てて対向配置された、いわゆる「非接触現像方式」の画像形成装置である。このような装置において本発明のトナー消費量算出方法は特に顕著な効果を奏するものであるが、感光体２２および現像ローラ４４が当接するように配置された「接触現像方式」の装置においても、本発明を適用することでトナー消費量算出の精度を向上させることが可能である。

さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

この発明にかかる画像形成装置の一実施形態の構成を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 この装置における信号処理ブロックを示す図。 トナードット部のサイズとトナー付着率との関係の一例を示す図。 オフドット部のサイズとトナー付着率との関係の一例を示す図。 本実施形態におけるトナーカウンタの第１の構成例を示す図。 ルックアップテーブルの内容の一例を示す図。 本発明にかかるトナーカウンタによる計算の具体例を示す図。 このトナーカウンタによる計算結果を示す図。 本実施形態におけるトナーカウンタの第２の構成例を示す図。

符号の説明

６…露光ユニット（潜像形成手段）、 ２２…感光体（潜像担持体）、 ２００，３００…トナーカウンタ（トナー消費量算出手段）、 ２０１…オフドットカウンタ（判定部）、 ２０２…トナードットカウンタ（判定部）、 ２０３，３０２…ルックアップテーブル（参照テーブル）、 ２０５，３０３…アキュムレータ、 ３０１…判定回路（判定部）、 ＥＧ…エンジン部（像形成手段）

Claims (8)

1. 静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する像形成手段と、
   前記トナー像の形成に消費されるトナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と
   を備え、
   前記トナー消費量算出手段は、前記静電潜像のうちトナーを付着させるべきトナードット部のサイズと、前記静電潜像のうちトナーを付着させないオフドット部のサイズとに基づきトナー消費量を算出する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー消費量算出手段は、前記トナー像を構成する各トナードット部の形成に消費されるトナーの量を、当該トナードット部のサイズと、当該トナードット部に隣接するオフドット部のサイズとに応じて求める請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費量算出手段は、前記各トナードット部の形成に消費されるトナーの量を積算することによって前記トナー像全体のトナー消費量を求める請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー消費量算出手段は、前記トナー像を構成する各トナードット部および各オフドット部のサイズを判定する判定部と、トナードット部およびオフドット部のサイズとトナー消費量とを関連付けた参照テーブルとを備え、
   前記判定部の判定結果に基づいて前記参照テーブルを参照し、その参照結果に基づいて前記トナー消費量を求める請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナー消費量算出手段は、前記トナー像を構成する各トナードット部のサイズに、当該トナードット部および隣接するオフドット部のサイズに応じて定められる係数を乗じることによって、当該トナードット部の形成に消費されるトナーの量を算出する請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記像形成手段が、静電潜像を担持可能に構成された潜像担持体と、１ライン分の画像データに基づいて、前記潜像担持体上にライン状潜像を形成する潜像形成手段とを備え、
   前記トナー消費量算出手段は、前記画像データに基づいて前記トナードット部および前記オフドット部のサイズを求める請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成装置に用いられるトナーカウンタにおいて、
   前記静電潜像のうちトナーを付着させるべきトナードット部のサイズと、前記静電潜像のうちトナーを付着させないオフドット部のサイズとに基づいて、前記トナー像の形成に消費されるトナー消費量を算出する
   ことを特徴とするトナーカウンタ。
8. 静電潜像をトナーにより顕像化してトナー像を形成する画像形成装置におけるトナー消費量算出方法において、
   前記静電潜像のうちトナーを付着させるべきトナードット部のサイズと、前記静電潜像のうちトナーを付着させないオフドット部のサイズとに基づいて、前記トナー像の形成に消費されるトナー消費量を算出する
   ことを特徴とするトナー消費量算出方法。

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