JP2006284670A - 画像形成装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーカートリッジの寿命管理および装置の管理を適切に行うことのできる技術を提供する。
【解決手段】 現像バイアスを最大値に設定して形成したパッチ画像の濃度検出結果が所定濃度に達しなかったときには例外処理＃１を実行する。６段階の現像バイアス値で形成したパッチ画像の濃度検出結果Ｄv(１)〜Ｄv(６)がいずれも所定値を超えていなければ、単なるトナー残量不足ではなく、装置の動作自体に異常があると判断し（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、所定のサービスコールＢを表示する（ステップＳ２０７）。また、トナーカウンタのカウント値から現像器のトナー残量をチェックし（ステップＳ２０３）、残量の少ないエンド状態であればトナーカウンタを補正する一方（ステップＳ２０５）、エンド状態でない場合には異常判断し所定のサービスコールＣを表示する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、トナーを貯留するトナーカートリッジから供給されるトナーによりトナー像を形成する像形成手段と、該トナーカートリッジのトナー消費量をカウントするカウント手段とを備える画像形成装置およびその制御方法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。トナーの消費量を求めるための技術（以下、「トナーカウント技術」という）については従来より数多くの提案がなされているが、装置特性のばらつき等に起因して、トナー消費量を高精度に求めることは容易でない。そこで、本願出願人は、トナーカウンタの誤差を除ききれない場合に対応するために、トナーカウンタのトナーカウント値を補正する技術を先に開示した（特許文献１参照）。

この技術においては、トナーカウント値が示すトナーカートリッジ内のトナー残量が初期値の半量以下であり、しかもパッチ画像として形成したトナー像の濃度が所定濃度に達しないときには、トナーカウント値がある程度のトナー残量があることを示していたとしてもトナーエンドとして扱われるように、トナーカウント値を補正している。

特開２００４−３５４６６６号公報（例えば、段落００９９）

この種の画像形成装置では、高温・高湿度など装置にとって過酷な環境下での動作や突発的な装置の不調など、トナー切れ以外の原因によって画像濃度が低下するという事態が起こりうる。しかしながら、上記従来技術においては、トナーカウント値がある程度進んだ状態でこのような偶発的な濃度低下が起こった場合、実際に濃度低下を引き起こした原因が何であるかにかかわらず、強制的に当該トナーカートリッジのトナー切れと見なされてしまう。その結果、実際には十分な量のトナーが残っており使用可能なトナーカートリッジであっても、無効となって以後の画像形成に使用することができなくなったり、装置の異常に対し適切に対応することができないなどの問題を含んでいた。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トナーカートリッジの寿命管理および装置の管理を適切に行うことのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、トナーを貯留するトナーカートリッジと、前記トナーカートリッジから供給されるトナーによりトナー像を形成する像形成手段と、前記トナーカートリッジのトナー消費量をカウントするカウント手段と、前記像形成手段により形成された第１のトナー像の濃度が当該トナー像に対応して定められた第１の所定濃度に満たない濃度不足が発生したとき、該濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足に起因するものか、装置の他の部分の動作エラーに起因するものかを装置の状態を表す指標情報に基づいて判断し、前記濃度不足が前記動作エラーに起因するものと判断したときには所定のエラー処理を実行する制御手段とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかる画像形成装置の制御方法は、トナーを貯留するトナーカートリッジと、前記トナーカートリッジから供給されるトナーによりトナー像を形成する像形成手段と、前記トナーカートリッジのトナー消費量をカウントするカウント手段とを備える画像形成装置の制御方法において、上記目的を達成するため、前記像形成手段により形成された第１のトナー像の濃度が当該トナー像に対応して定められた第１の所定濃度に満たない濃度不足が発生したとき、該濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足に起因するものか、装置の他の部分の動作エラーに起因するものかを装置の状態を表す指標情報に基づいて判断し、前記濃度不足が前記動作エラーに起因するものと判断したときには所定のエラー処理を実行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、形成されたトナー像の濃度が所定濃度よりも低い場合には、該濃度不足の原因がトナーカートリッジにあるのか、装置の他の部分にあるのかを判定する。そのため、濃度不足の原因に応じて以後の処理を適切に行うことができる。その結果、この発明によれば、使用可能なトナーカートリッジが無効になったり、装置の異常に対し適切に対応することができないなどの問題を生じず、トナーカートリッジを含む装置の管理を適切に行うことができる。

例えば、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも大きいときには、前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断することができる。トナー残量が十分にあるにも関わらず濃度不足が生じたのであれば、それはトナー残量不足によるものではなく、他の動作エラーによると考えるのが妥当である。一方、トナー残量が所定量より少ない場合には判断が難しい。この状態ではトナーの残量不足による濃度不足が発生する可能性があり、また他の原因による濃度不足発生の可能性も依然として存在しその判別ができないからである。このような場合には、さらに他の指標情報を用いて判断を行うのが望ましい。

なお、本発明における指標情報としては、例えば、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを前記第１のトナー像の形成時とは異なる値に設定して前記像形成手段により形成した第２のトナー像の濃度検出結果を用いることができる。条件を変えて形成した画像の濃度を評価したり互いに比較することによって濃度不足の原因特定を図ることができるからである。

例えば、前記第２のトナー像が第２の所定濃度よりも高濃度であるときには、前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断することができる。他の条件で形成した画像が一定の濃度を有しているのであれば、少なくとも装置は何らかの画像を形成可能な状態にあることがわかる。したがって、この場合の濃度不足の原因は、装置の異常というよりトナーの残量不足である可能性が高いということができる。特に、トナー残量不足による濃度低下は後に形成される画像ほど顕著であるから、第２のトナー像が第１のトナー像よりも先に形成されたものである場合には、第１のトナー像の濃度不足はトナー残量不足に起因するものである可能性がより高くなる。一方、第２のトナー像も低濃度である場合には、トナー残量不足によるものか、装置の異常によるものかについては判断が難しい。しかし、これらのトナー像が極端に低濃度である場合には、装置の異常が原因であるとみてよい。通常の使用では、ほとんど画像濃度が出ないほどにまでトナーカートリッジが使用されることはまず考えられないからである。

また、前記像形成手段が、静電潜像を担持可能な感光体と、前記感光体を所定の表面電位に帯電させる帯電部と、帯電された前記感光体表面を露光して前記静電潜像を形成する露光部とを備える画像形成装置においては、前記帯電部に供給される動作電流の値を前記指標情報として、該動作電流が所定の適正値でないときには前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断する一方、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも小さく、かつ前記動作電流の値が前記適正値であるときには前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断するようにしてもよい。このように帯電電流の値を指標情報とすることで、感光体の帯電プロセスに異常がある場合とトナー残量不足の場合とを識別することが可能となる。

帯電部に流れる電流（帯電電流）が適正でない場合、当然に形成される画像の濃度に影響を与える。そこで、帯電電流が適正でない場合には装置の動作エラーであると判断することができる。また、帯電電流が適正値である場合には、少なくとも感光体の帯電は適正に行われているものと考えることができる。それにもかかわらず濃度不足が生じるのは、帯電部以外の異常か、トナー残量不足が原因である。特に、トナー残量が所定量を下回っている場合には、トナー残量不足が原因である可能性が高い。

また、静電潜像を担持可能な感光体と、所定の転写バイアスを印加されて前記静電潜像をトナーにより顕像化してなるトナー像を前記感光体から転写される転写媒体と、前記転写媒体上に転写されたトナー像の濃度を検出する検出器とを備える装置においては、前記検出器の出力に基づいて前記転写媒体上に転写された前記第１のトナー像の濃度を求めるとともに、前記転写媒体と前記感光体との間に流れる電流の値を前記指標情報として、該電流が所定の適正値でないときには前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断する一方、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも小さく、かつ前記転写媒体と前記感光体との間に流れる電流が所定の適正値であるときには前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断するようにしてもよい。こうすることで、感光体から転写媒体への転写の段階で生じる転写媒体上でのトナー像の濃度異常と、トナー残量不足に起因する濃度不足とを識別することができる。その理由は上記した帯電電流による場合と同様である。

ここで、前記第１の所定濃度は、例えば、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを前記第１のトナー像よりも低濃度となるような条件に設定して前記像形成手段により形成した第３のトナー像の濃度あるいはその濃度に所定のオフセット値を加えた値とすることができる。このような条件では、装置が正常に動作していれば、第１のトナー像は第３のトナー像よりも高濃度となるはずである。それにもかかわらず、第１のトナー像の方が低濃度、あるいは、高濃度であってもその濃度差が想定されるよりも小さいような場合には、トナー残量不足を含めた何らかの異常が装置に生じている可能性がある。つまり、第１のトナー像の濃度が適正であるか否かを判断する基準となる濃度として、第３のトナー像の濃度検出結果を好適に利用することができる。

なお、前記像形成手段により形成されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを調整する濃度制御動作を実行可能に構成された装置においては、前記パッチ画像の少なくとも一部を前記第１のトナー像としてもよい。こうすることで、カウント手段の補正のために新たなトナー像を形成する必要がなくなり、トナーおよび処理時間の節約を図ることができる。また、上記した第２または第３のトナー像についても、濃度制御動作において形成されたトナー像を転用することが可能である。

ここで、前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断したときには、前記カウント手段のカウント値を、当該トナーカートリッジから供給可能な総トナー量に対応する値に補正するようにしてもよい。前記したように、トナー消費量のカウント値は不可避的に誤差を含むため、そのカウント値が示すトナーカートリッジのトナー残量が十分であっても、実際にはトナー残量が少なくなってしまっている場合がある。そこで、装置に他の異常が認められずトナー像の濃度不足がトナー残量不足に起因すると判断されたときには、そのときのトナー消費量のカウント値にかかわらずカウント値を補正して、当該トナーカートリッジのトナー残量がないことが示されるようにするのが好ましい。また、こうしてトナー残量なしとされたトナーカートリッジについては以後の動作に使用することができないようにすれば、同じトナーカートリッジが再度使用されて濃度の不足した画像が形成されるという問題を回避することができる。

一方、装置の動作エラーと判断したときには、前記エラー処理として、例えば前記動作エラーが発生したことをユーザに対し報知するようにしてもよい。こうすることで、装置の動作エラーに対して適切な措置をユーザに取らせることができる。また、動作エラーと判断したときには、その原因が取り除かれるまで、以後の動作が禁止されることが望ましい。

図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。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に設けられたＣＰＵ１０１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と当接してまたは所定のギャップを隔てて対向する所定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トナーを担持する現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ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。

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によりトナー像を定着され、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、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。

また、ローラ７５の近傍には濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像カートリッジに与える現像バイアスや、光ビームＬの強度などの調整を行っている。

この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の画像濃度に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。

また、図２に示すように、各現像カートリッジ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍおよび４Ｋには該現像カートリッジの製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像カートリッジ４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像カートリッジに関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像カートリッジ側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。

また、この装置では、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。

さらに、符号２００はトナー消費量を求めるためのトナーカウンタである。このトナーカウンタ２００は、画像形成動作の実行に伴って消費されるトナーの量を各トナー色毎に計算し記憶する。トナー消費量の計算方法は任意であり種々の公知技術を適用することができる。例えば、外部装置から入力された画像信号を解析して各トナー色ごとのトナードットの形成個数をカウントし、そのカウント値からトナー消費量を計算することができる。

そして、ＣＰＵ１０１は、トナーカウンタ２００により求められた各色ごとのトナー消費量を各現像器４Ｙ等に貯留されたトナー量の初期値から減算することにより、各時点における現像器内のトナー残量を把握する。そして、必要に応じて、各色ごとのトナー残量やトナー切れの発生などをユーザに知らせるためのメッセージを表示部１２に表示させる。

図３はこの装置における濃度制御動作を示すフローチャートである。上記のように構成された装置では、装置の電源が投入された直後や、スリープ状態から復帰した直後など、所定のタイミングで、各トナー色ごとに図３に示す濃度制御動作を実行する。このような電源投入後に実行される調整動作については多くの公知技術があるので、ここでは動作の概要のみを簡単に説明する。

まず、現像バイアスを多段階（ここでは、最も小さいバイアス値Ｖ1から最大のＶ6まで６段階で次第に増加させてゆくものとする）に変更設定しながら、各設定値でパッチ画像として例えばベタ画像をそれぞれ形成する（ステップＳ１０１）。ベタ画像では、感光体２２の帯電電位や露光ユニット６からの光ビームＬの強度が画像濃度に及ぼす影響が小さいので、パッチ画像をベタ画像とすることで現像バイアスの調整を精度よくかつ容易に行うことができる。そして、それらのパッチ画像の濃度を濃度センサ６０により検出する（ステップＳ１０２）。ここで、各パッチ画像のうち、現像バイアスを最大値に設定して形成したパッチ画像の濃度検出結果Ｄv(６)が適正値であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

図４は現像バイアスと画像濃度との関係を示す図である。なお、この図４および以下の説明では、次のように定義される評価値を用いて画像濃度を表すこととする。この評価値は、中間転写ベルト７１上におけるトナーの濃度を正規化して０から１までの範囲の数値で表したものである。すなわち、中間転写ベルト７１上に全くトナーが付着していない状態のときに評価値は０となる一方、中間転写ベルト７１表面をトナーが完全に覆った状態のときに評価値は１となる。つまり、当該トナーを使用して実現可能な最大濃度のトナー像が評価値１を有する。より一般的なトナー像の評価値は０から１までの間の数値を取る。

装置が正常に動作しており、また現像器内に十分な量のトナーがあるときには、図４の曲線Ｐに示すように、画像濃度（評価値）は現像バイアスの増加に伴って増大する。しかしながら、トナー残量が少なくなると、曲線Ｒに示すように、現像バイアスを大きくしても画像濃度の増分Ｔ1は小さくなる。より甚だしい場合には、曲線Ｑに示すように、現像バイアスを大きくしているのに画像濃度が低下してしまい画像濃度の増分Ｔ2がマイナスとなることがある。これは、残り僅かなトナーが初めに形成されるパッチ画像のために消費されてしまい、後の方で形成するパッチ画像の現像に供されるトナーの量が不足するためである。

したがって、トナーの残量不足に起因してパッチ画像濃度が示す濃度異常のパターンとしては、
（１）最大現像バイアスＶ6で形成したパッチ画像の濃度Ｄv(６)が所定濃度（例えば評価値で０．９）に満たない；
（２）最大現像バイアスＶ6で形成したパッチ画像の濃度Ｄv(６)と、最小現像バイアスＶ1で形成したパッチ画像の濃度Ｄv(１)との濃度差が所定値よりも小さい；
（３）最大現像バイアスＶ6で形成したパッチ画像の濃度Ｄv(６)が、最小現像バイアスＶ1で形成したパッチ画像の濃度Ｄv(１)と同程度またはこれよりも低い；
などが挙げられる。これらのいずれか、あるいはこれらを適宜組み合わせてなる判断基準により、パッチ画像濃度Ｄv(６)が適正であるか、異常であるかを判定することができる。

一方、パッチ画像濃度が異常な値を示す原因としては、上記したトナー残量不足以外にも、装置に何らかの異常が発生したことによるものがある。この種の異常では、図４の曲線Ｘに示すように現像バイアスの設定値によらずほとんど画像濃度が出ないか、あるいは画像像度が現像バイアスに対する依存性を示さずランダムな値を取ることが多い。しかしながら、このような異常が発生した場合にも上記判断基準が適合してしまうことになり、結局、上記判断基準のみでは、濃度不足の原因をトナーの残量不足であると結論付けるには十分ではない。そこで、この実施形態では、他の判断基準との組み合わせによって濃度不足の原因を推定し、その原因に応じた対応を取るようにしている。濃度が異常であるときに実行される例外処理＃１、＃２の詳細については後述する。

図３に戻って濃度制御動作の説明を続ける。ステップＳ１０３において、現像バイアスＶ6で形成されたパッチ画像の濃度検出結果Ｄv(６)が適正であった場合には、続いて最適現像バイアス値を算出する（ステップＳ１０４）。すなわち、各バイアス値で形成された各パッチ画像の濃度検出結果から、画像濃度が目標濃度と一致する、または最も近くなるような現像バイアスの値を最適現像バイアスとする。

次に露光パワーの調整を行う。現像バイアスを上記で求めた最適現像バイアスに設定した状態で、露光ユニット６から感光体２２に照射される光ビームＬの強度（露光パワー）を多段階（ここでは４段階とする）に変更設定しながらパッチ画像としてのハーフトーン画像を形成する（ステップＳ１０７）。ハーフトーン画像では露光パワーにより画像濃度が大きく変動するので、パッチ画像としてハーフトーン画像を用いることで露光パワーの調整を精度よく行うことができる。

そして、各パッチ画像の濃度を濃度センサ６０により検出する（ステップＳ１０６）。この場合にも、検出された濃度が適正であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。ここでは、現像バイアス調整時に形成されたパッチ画像の濃度が適正であったことから、トナー残量の不足や根本的な装置の異常は考えにくい。この場合に起こりうる濃度異常としては、露光ユニット６の光ビーム出射窓の汚れにより露光量が低下することによる濃度低下が第１に挙げられる。そこで、露光パワーを最大値に設定して形成したパッチ画像の濃度Ｄe(４)が所定値（例えば、評価値で０．１２５）に満たない場合には、その濃度不足は露光ユニット６の汚れによるものとみなす。そして、例外処理＃３として、表示部１２に所定のエラーメッセージ（サービスコールＡ）を表示し、サービスマンに点検を依頼するようユーザに促す（ステップＳ１０９）。サービスコールについては後述する。

パッチ画像の濃度検出結果が適正であった場合には、続いてそれらの検出結果から最適露光パワーを算出する（ステップＳ１０８）。こうして１つのトナー色について現像バイアスおよび露光パワーの最適値が求まる。上記処理を各トナー色について行う。

次に、図３の濃度制御処理のステップＳ１０３において、パッチ画像濃度Ｄv(６)の値が適正値でなかった場合の例外処理について説明する。ここでの例外処理としては、以下に説明する例外処理＃１、＃２のうちいずれかを実行することができる。

図５は例外処理＃１を示すフローチャートである。例外処理＃１では、まず未チェックの他のパッチ画像を含めた全てのパッチ画像の濃度検出結果をチェックする（ステップＳ２０１）。なお、濃度不足の原因を推定するという観点からは、他の現像バイアス値で形成された少なくとも１つのパッチ画像の濃度を確認すればよいが、ここではより正確を期すために、改めて全てのパッチ画像についてチェックを行うものとする。

現像バイアスＶ1ないしＶ6で形成された各パッチ画像の濃度検出結果Ｄv(１)ないしＤv(６)のうち、所定値以上のものが１つ以上あれば、少なくとも、装置が全く画像を形成することのできない状態に陥っているのではないと推測される。この場合は次のステップＳ２０３に進む。一方、いずれの濃度も所定値に達していない場合には、そもそも画像が形成されていない可能性がある。そこで、所定のエラーメッセージ（サービスコールＢ）を表示部１２に表示し（ステップＳ２０７）、異常があることをユーザに報知して濃度制御動作を終了する。ここでの所定値は、ベタ画像の濃度としては実用にならない程度の低濃度であり、かつ装置が故障した状態では出せないような濃度に対応する値とすることが望ましい。ここでは、評価値０．３を上記した所定値とする。

各パッチ画像のうちその濃度が評価値０．３以上のものが１つでもある場合には、続いてトナーカウンタ２００のカウント値をチェックする（ステップＳ２０３）。カウント値が下記のエンド状態であるときには、トナーカウンタ２００のカウント値の補正を行うとともに（ステップＳ２０５）、ユーザに対し現像器の交換を促す旨のメッセージを表示部１２に表示する（ステップＳ２０６）。また、現像器がエンド状態でなければ、エラーメッセージ（サービスコールＣ）を表示部１２に表示する（ステップＳ２０８）。

図６は現像器のエンド状態を説明するための図である。現像器のトナー残量は、初期の充填量からトナーカウンタ２００のカウント値を差し引くことで求められる。現像器が新品の状態ではトナーカウンタ２００のカウント値は０であり、当然にトナー残量は１００％である。現像器が使用されるにつれてトナーカウンタ２００のカウント値は増えてゆき、トナー残量は次第に減少してゆく。トナーカウンタ２００のカウント値がＴＣendに達したとき、現像器内のトナー残量は初期量の５％にまで低下している。また、カウント値がＴＣmaxに達するとトナー残量は０となる。ここでいうトナー残量０とは、現像器内のトナーが完全になくなった状態を指すものではなく、これ以上トナーを使用することができない、つまりこのような現像器を使用したのでは実用上十分な画像濃度を得られない状態のことである。

トナー残量が５％以下にまで減少した状態では、形成される画像に濃度不足やかすれなどの画像欠陥を生じる可能性が次第に増大する。したがって、画質を良好に維持するためには、トナー残量が５％に低下した時点で現像器が交換されることが望ましい。しかしながら、より有効にトナーを使いたいユーザの要求に応えるため、この装置ではトナー残量が０ないし５％の範囲にある場合にも画像形成動作を実行できるようにしている。このように、トナーカウンタ２００のカウント値が、トナー残量に換算して初期量の０ないし５％に相当する範囲、すなわちカウント値がＴＣendからＴＣmaxまでにある状態を「エンド状態」と称している。

エンド状態にある現像器を使用した場合でも、ある程度の画像濃度で画像を形成することができるはずである。それにもかかわらず必要な画像濃度が得られなかったとすれば、トナーカウンタ２００の誤差にその原因がある可能性がある。つまり、トナーカウンタ２００の誤差に起因して、そのカウント値がＴＣmaxに達していなかったとしても、実際のトナー残量が０％となってしまっている可能性がある。そこで、トナーカウンタ２００のカウント値がエンド状態を示している場合には、トナーカウンタ２００のカウント値を強制的にＴＣmaxに変更する。これにより、これ以後、当該現像器のトナー残量は０％と見なされる。

一方、トナーカウンタ２００のカウント値がエンド状態でない、つまりＴＣendに達していない場合には、そのカウント値に誤差が含まれているとしても、顕著な画像濃度の低下を生じるほどトナー残量が低下しているとは考えにくい。したがって、この状態で画像の濃度低下が生じた場合には装置の他の部分に問題が起きている可能性が高い。そこで、この場合にはカウント値の補正を行うのではなく、サービスコールＣの表示によりユーザまたはサービスマンに点検を促すようにしている。

つまり、この実施形態では、パッチ画像として形成したトナー像の濃度が所定濃度に達しないときであって、トナーカウンタ２００のカウント値がエンド状態を示しており、かつ装置の他の部分の異常を窺わせる兆候が見当たらないときに限り、画像の濃度低下はトナーの残量不足によるものと判断してトナーカウンタ２００のカウント値を補正するようにしている。一方、他の部分に異常がある可能性があるときには、エンド状態であってもカウント値の補正を行わない。こうすることにより、トナー残量がほとんどなく正常な画像を形成することのできない現像器はトナー残量０として扱われる一方、まだ使用可能な現像器がトナー残量０と見なされることがなくなり、現像器の寿命管理を適正に行うことが可能となる。また、現像器以外で生じた異常についてはそれに対応するエラー処理を実行することで、装置の動作エラーにも適切に対応することができる。

図７は例外処理＃２を示すフローチャートである。この例外処理＃２では、より直接的に装置の異常を検出するようにしている。すなわち、現像バイアスＶ6で形成されたパッチ画像の濃度Ｄv(６)が適正でなかったとき、装置各部の情報を取得し（ステップＳ３０１）、その値が適正値であるか否かによって濃度不足の原因を推定する（ステップＳ３０２）。以後の動作（ステップＳ３０３〜Ｓ３０８）は基本的に例外処理＃１と同様である。ただし、異常の原因を推定するための条件が異なることに起因して、ステップＳ３０７において表示するエラーメッセージ（サービスコールＤ）が例外処理＃１の場合とは相違している。

図８は感光体周辺で生じる動作異常を説明するための図である。感光体２２は円筒形状に形成され電気的に接地された金属製のローラ２２ａの表面に感光体層２２ｂが設けられた構造を有しており、帯電ユニット２３は感光体層２２ｂを所定の電位に帯電させる。帯電ユニット２３は、感光体２２に近接配置された帯電ワイヤ２３ａと、それを取り囲むように設けられたシールド電極２３ｂと、電源２３ｃとを備えている。電源２３ｃから帯電バイアスが帯電ワイヤ２３ａに印加されると、帯電ワイヤ２３ａと感光体層２２ｂとの間でコロナ放電が発生し、感光体層２２ｂが帯電される。このときに帯電ワイヤ２３ｂに流れる電流Ｉwの大きさは電源２３ｃにより制御されている。本明細書では、この電流Ｉwを「帯電電流」と称している。

帯電電流Ｉwは基本的に一定値でありこれにより感光体２２の表面が均一な電位に帯電される。しかしながら、帯電ワイヤ２３ａの断線、劣化、汚れや、シールド電極２３ｂへのリーク、感光体２２との間の放電の発生等によって帯電電流Ｉwが変動することがある。このような電流の変動は、感光体２２の帯電不良や表面電位の変動を引き起こし、最終的には画像濃度の変動につながることがある。

また、感光体２２から中間転写ベルト７１へのトナー像の転写の過程で濃度異常を生じる場合もある。中間転写ベルト７１は、絶縁性樹脂からなる基材７１ａ、導電性樹脂または金属箔からなる導電性中間層７１ｂ、および、該中間層よりも高い抵抗率を有する中抵抗材料からなりトナー像を直接担持する絶縁性の表面層７１ｃを積層した無端状ベルトである。このうち、導電性中間層７１ｂには、感光体２２から表面層７１ｃへのトナー像の転写を促進するために電源７１１から所定の一次転写バイアスが印加されている。装置が正常であれば、電源７１１から中間層７１ｂに流れる転写電流Ｉdevはごく僅か（例えばμＡオーダー）である。しかしながら、感光体２２と中間転写ベルト７１との間で放電が起こる場合があり、この場合には大きな電流が流れることとなる。また、このような放電が起こるとトナー像が正しく中間転写ベルト７１に転写されなくなり、中間転写ベルト７１上において検出されるパッチ画像の濃度に異常を生じることとなる。

これらのことから、帯電電流Ｉwおよび転写電流Ｉdevを検出することによっても、装置の異常を発見することが可能である。そこで、例外処理＃２（図７）では、これらの電流の一方あるいは両方を装置情報として検出し、その値が適正であるか否かによって、パッチ画像の濃度不足が現像器のトナー残量不足によるものか、あるいは他の原因によるものかを推定することができる。この実施形態では、転写電流Ｉdevを検出し異常原因の推定に用いている。このように、例外処理＃２では、装置の異常の原因をより直接的に判断することが可能である。ただし、電流検出のための構成を別途設ける必要がある。

以上のように、例外処理＃２においては、パッチ画像として形成したトナー像の濃度が所定濃度に達しないときであって、トナーカウンタ２００のカウント値がエンド状態を示しており、かつ転写電流Ｉdevに異常がないときに、トナーカウンタ２００のカウント値を補正するようにしている。一方、転写電流Ｉdevが異常である場合やトナーカウンタ２００がエンド状態を示していないときにはカウント値の補正を行わない。こうすることにより、例外処理＃１の場合と同様に、トナー残量がほとんどなく正常な画像を形成することのできない現像器はトナー残量０として扱われる一方、まだ使用可能な現像器がトナー残量０と見なされることがなくなり、現像器の寿命管理を適正に行うことが可能となる。

図９はサービスコールの種類を示す図である。この実施形態では、装置に異常があると判断されたとき、想定される異常の内容に応じて４種類のサービスコールのいずれかを表示するエラー処理が用意されている。このうちサービスコールＡは、露光パワーの調整が正常に行えないときに出されるコールであり、この場合に想定されるのは露光ユニット６の出射窓の汚れである。したがって、サービスコールＡにはその旨が付記される。なお、出射窓がユーザにより清掃可能な装置構成である場合には、サービスコールＡに代えて、出射窓の清掃をユーザに促す旨のメッセージを表示部１２に表示するようにしてもよい。

サービスコールＢは、全てのパッチ画像がごく低い濃度であった場合に対応するコールである。このような症状から想定される異常は、例えば帯電バイアスや現像バイアスを発生するための高圧電源の異常である。そこで、サービスコールＢにはその旨が付記される。また、サービスコールＤは、過剰な転写電流Ｉdevが検出されたときに出されるコールである。このコールに対応する異常としては、例えば転写ユニット７の異常がある。

なお、サービスコールＣは上記のように原因を推定できるもの以外の異常に対応するものである。この場合、原因を特定することに至っていないので、単に「画像形成動作における異常」として扱われる。これらのサービスコールについては、上記したように一般ユーザにも異常の原因がわかるような内容とする必要は必ずしもなく、専任のサービスマンやオペレータにのみ理解可能な略号やエラーコード等によって報知されてもよい。

一方、トナー残量の低下に起因する濃度低下は、装置の異常と言うには当たらない現象である。このような濃度低下は、古い現像器を新たな現像器に交換することによって解消可能なものであるから、この場合の後処理としては、ユーザに対し現像器の交換を促すメッセージを表示部１２に表示させることで足りる。

以上のように、この実施形態では、パッチ画像として形成したトナー像の濃度が所定濃度に満たなかったとき、さらに装置の動作状態に関する指標情報を取得し、その結果に基づいて、濃度不足の原因が現像器内のトナー残量不足であるのか、他の原因であるのかを判断している。そして、残量不足と判断したときにはトナーカウンタ２００のカウント値を補正することで、以後は当該現像器がまだ使用可能であるとの誤った判断がなされることがなくなる。

また、トナー残量不足以外の原因によると判断した場合には、想定されるエラー原因に対応したエラーメッセージが表示部１２に表示される。このため、装置の動作エラーに対して、ユーザに適切な措置を取らせることができる。また、現像器に異常がないのにトナーカウンタ２００のカウント値が補正されてしまい、以後その現像器が使用できなくなってしまうという事態は回避される。なお、サービスコールを表示した場合には、サービスマンあるいはオペレータにより異常が取り除かれるまでの間、装置の動作を禁止することが望ましい。

以上説明したように、この実施形態では、現像器４Ｃ，４Ｋ，４Ｍ，４Ｙがいずれも本発明の「トナーカートリッジ」として機能している。また、この実施形態では、トナーカウンタ２００およびエンジンコントローラ１０が本発明の「カウント手段」および「制御手段」としてそれぞれ機能している。また、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能しており、露光ユニット６、感光体２２、帯電ユニット２３、濃度センサ６０および中間転写ベルト７１がそれぞれ「露光部」、「感光体」、「帯電部」、「検出器」および「転写媒体」に相当している。また、この実施形態では、現像バイアスＶ6およびＶ1で形成されたパッチ画像がそれぞれ本発明の「第１のトナー像」および「第３のトナー像」に相当する一方、他のバイアス値で形成された各パッチ画像が本発明の「第２のトナー像」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、現像バイアスを最大値に設定しながら形成したパッチ画像を本発明の「第１のトナー像」として用いているが、他のバイアス値や、上記と異なる条件で形成した画像を用いてもよい。また、この実施形態では、濃度制御動作のために形成したパッチ画像を用いているが、これに限定されるものでなく、本発明の目的のため、あるいは他の目的のために形成される画像を用いてもよい。ただし、本実施形態のように、本来別の目的のために形成される画像の濃度検出結果に基づいて処理を行うようにすれば、本発明の実施のために別途画像を形成する必要はなく、トナーおよび処理時間の無駄を省くことが可能となる。

また、上記実施形態では、画像の濃度不足をパッチ画像の濃度検出結果から判定するようにしているが、例えばユーザが目視により濃度不足を確認し、その旨を操作入力により装置に伝えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の「指標情報」として、パッチ画像の濃度検出結果Ｄv(１)〜Ｄv(６)、帯電電流Ｉw、転写電流Ｉdevなどを用いているが、これ以外に、例えば装置各部のバイアス電圧を検出したり、露光ユニット６の光源の点灯を確認するための信号等を指標情報としてもよい。

また、上記実施形態の例外処理＃１および＃２では、パッチ画像濃度や転写電流値などの情報のチェックを行ってからトナーカウンタのカウント値のチェックを行っているが、この順序を入れ替えてもよい。

また、上記実施形態では、トナー残量不足以外の異常と判断した場合には単にその旨のメッセージを表示するのみのエラー処理を行っているが、エラー処理の内容はこれに限定されるものではない。例えば、装置にトナー残量不足以外の異常が発生したと判断したときに、所定の自己診断用プログラムを起動してエラーの原因をより詳細に調査したり、解消可能なエラーについては自動的にまたはユーザに所定の操作を行わせることでその解消を図るようにしてもよい。

また、上記実施形態は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナーを用いて画像を形成する装置に本発明を適用したものであるが、トナー色の種類および数については上記に限定されるものでなく任意である。また、本発明のようなロータリー現像方式の装置のみでなく、各トナー色に対応した現像器がシート搬送方向に沿って一列に並ぶように配置された、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に対しても本発明を適用可能である。

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。 この装置における濃度制御動作を示すフローチャート。 現像バイアスと画像濃度との関係を示す図。 例外処理＃１を示すフローチャート。 現像器のエンド状態を説明するための図。 例外処理＃２を示すフローチャート。 感光体周辺で生じる動作異常を説明するための図。 サービスコールの種類を示す図。

符号の説明

４Ｃ，４Ｋ，４Ｍ，４Ｙ…現像器（トナーカートリッジ）、 ６…露光ユニット（露光部）、 １０…エンジンコントローラ（制御手段）、 ２２…感光体、 ２３…帯電ユニット（帯電部）、 ６０…濃度センサ（検出器）、 ７１…中間転写ベルト（転写媒体）、２００…トナーカウンタ（カウント手段）、 ＥＧ…エンジン部（像形成手段）

Claims (11)

1. トナーを貯留するトナーカートリッジと、
   前記トナーカートリッジから供給されるトナーによりトナー像を形成する像形成手段と、
   前記トナーカートリッジのトナー消費量をカウントするカウント手段と、
   前記像形成手段により形成された第１のトナー像の濃度が当該トナー像に対応して定められた第１の所定濃度に満たない濃度不足が発生したとき、該濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足に起因するものか、装置の他の部分の動作エラーに起因するものかを装置の状態を表す指標情報に基づいて判断し、前記濃度不足が前記動作エラーに起因するものと判断したときには所定のエラー処理を実行する制御手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも大きいときには、前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを前記第１のトナー像の形成時とは異なる値に設定して前記像形成手段により形成した第２のトナー像の濃度検出結果を前記指標情報とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記第２のトナー像が第２の所定濃度よりも高濃度であるときには、前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断する請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記像形成手段は、静電潜像を担持可能な感光体と、前記感光体を所定の表面電位に帯電させる帯電部と、帯電された前記感光体表面を露光して前記静電潜像を形成する露光部とを備え、
   前記制御手段は、前記帯電部に供給される動作電流の値を前記指標情報として、該動作電流が所定の適正値でないときには前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断する一方、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも小さく、かつ前記動作電流の値が前記適正値であるときには前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断する請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記像形成手段は、静電潜像を担持可能な感光体と、所定の転写バイアスを印加されて前記静電潜像をトナーにより顕像化してなるトナー像を前記感光体から転写される転写媒体と、前記転写媒体上に転写されたトナー像の濃度を検出する検出器とを備え、
   前記制御手段は、前記検出器の出力に基づいて前記転写媒体上に転写された前記第１のトナー像の濃度を求めるとともに、前記転写媒体と前記感光体との間に流れる電流の値を前記指標情報として、該電流が所定の適正値でないときには前記濃度不足が前記動作エラーによるものと判断する一方、前記カウント値により示される前記トナーカートリッジ内のトナー残量が所定量よりも小さく、かつ前記転写媒体と前記感光体との間に流れる電流が所定の適正値であるときには前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断する請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記第１の所定濃度は、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを前記第１のトナー像よりも低濃度となるような条件に設定して前記像形成手段により形成した第３のトナー像の濃度あるいはその濃度に所定のオフセット値を加えた値である請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記像形成手段により形成されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて、画像濃度に影響を与える前記像形成手段の動作パラメータを調整する濃度制御動作を実行し、
   前記パッチ画像の少なくとも一部を前記第１のトナー像とする請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、前記濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足によるものと判断したときには、前記カウント手段のカウント値を、当該トナーカートリッジから供給可能な総トナー量に対応する値に補正する請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御手段は、前記エラー処理として、前記動作エラーが発生したことをユーザに対し報知する請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置。
11. トナーを貯留するトナーカートリッジと、前記トナーカートリッジから供給されるトナーによりトナー像を形成する像形成手段と、前記トナーカートリッジのトナー消費量をカウントするカウント手段とを備える画像形成装置の制御方法において、
    前記像形成手段により形成された第１のトナー像の濃度が当該トナー像に対応して定められた第１の所定濃度に満たない濃度不足が発生したとき、該濃度不足が前記トナーカートリッジのトナー残量不足に起因するものか、装置の他の部分の動作エラーに起因するものかを装置の状態を表す指標情報に基づいて判断し、前記濃度不足が前記動作エラーに起因するものと判断したときには所定のエラー処理を実行する
    ことを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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