JP2007052297A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のパターンの画像濃度を測定し、それを基にトナー残量を予測することで、膨大なテーブルを作成する必要が無く、精度の良いドットカウンタによるトナー残量検知が可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 印字要求画像のドット数をカウントするカウント手段１と、カウント手段１のカウント値に対して画像パターンにより所定の重みをつけてトナー消費量を予測する予測手段２と、画像の濃度を測定する濃度測定手段３と、トナー消費量の累積のカウント値が所定値以上か否かを判定する判定手段４と、判定手段４が所定値以上と判定したときにトナーエンプティを表示する表示手段５と、全体を統括制御する制御手段７とを備え、制御手段７は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量に対する重みを変化させてトナーエンプティ制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真画像形成装置では、潜像を可視化するものとして、トナーを使用している。この場合、メンテナンス性の向上のため、また、トナー不足による画像欠損を防止するため、トナーカートリッジ内のトナー残量を検知して、トナー補給のタイミングを予め表示し（ニアエンプティ表示）、トナーカートリッジの寿命を管理する必要がある。
トナー残量検知手段として、従来は光学方式を用いていた。これは、トナーが残っている時はセンサから出力される光が遮られるが、トナーが無くなると光が遮られなくなるという性質を利用して、光の透過率によりトナーの残量を予測するものである。しかし実際は、トナーの噴煙等の影響により予測精度が低いことが課題であった。また、光学式センサを用いる必要があるため、コストがかかっていた。
そこで、最近では、画像形成の際の印字ドットを参考にして、トナー消費量を予測する方式が用いられる場合がある。この場合、光学式センサのように高コストな部品を使う必要がないため、比較的低コストでトナーの寿命を管理することが可能になる。
しかし、印字ドットでトナー消費を管理する場合は、画像濃度とトナーの消費量が比例せず、低濃度部では、現像しないためトナー消費が予測よりも少なく、逆に高濃度部では、ドット潰れが生じるためトナー消費が予測よりも多いといった現象が生じる。このため、ドットカウンタのみでは、精度の高いトナー消費量の算出は困難である。
そこで、それぞれの画像の集まり状態により、ドットのカウンタに重みをつけることで、補正を行うことも提案されている。しかし、この場合も、感光体の劣化や、環境によるトナー帯電量の変化、現像ローラ表面のフィルミング等、複数の要因が複雑に変化すると、それに伴って、トナー消費量が変化してしまう。
前記誤差を全て考慮して、特許文献１では、テーブルにより、トナー消費量を予測する技術を提案している。
特開２００４−１６３５５３公報

上記従来技術の場合は、膨大な数のテーブルが必要となり、開発段階でのテーブルの作成に多大の人件費が掛かる。また、テーブルを多数持つことにより、装置本体のメモリを増やす必要が生じ、コストアップが生じることとなる。
本発明は、複数のパターンの画像濃度を測定し、それを基にトナー残量を予測することで、膨大なテーブルを作成する必要が無く、精度の良いドットカウンタによるトナー残量検知が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、印字要求画像のドット数をカウントするカウント手段と、カウント手段のカウント値に対して画像パターンにより所定の重みをつけてトナー消費量を予測する予測手段と、画像の濃度を測定する濃度測定手段と、トナー消費量の累積のカウント値が所定値以上か否かを判定する判定手段と、判定手段が所定値以上と判定したときにトナーエンプティを表示する表示手段と、全体を統括制御する制御手段とを備え、制御手段は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量に対する重みを変化させてトナーエンプティ制御を行う画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、カウント手段は、連続して印字されているドット数または連続して印字していないドット数をカウントする機能を持ち、制御手段は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量を算出する機能を持つ画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記２種類以上の画像パターンとして、印字する面積を変化させた画像パターンを用いることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、温度・湿度の変化を測定する変化測定手段を備え、前記制御手段は、現像器の使用頻度と変化測定結果を併せて再度重みを設定する機能を持つことを特徴とする。

本発明によれば、印字要求画像のドット数をカウントするカウント手段と、カウント手段のカウント値に対して画像パターンにより所定の重みをつけてトナー消費量を予測する予測手段と、画像の濃度を測定する濃度測定手段と、トナー消費量の累積のカウント値が所定値以上か否かを判定する判定手段と、判定手段が所定値以上と判定したときにトナーエンプティを表示する表示手段と、全体を統括制御する制御手段とを備え、制御手段は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量に対する重みを変化させてトナーエンプティ制御を行うことで、膨大なテーブルを作成する必要が無く、精度の良いドットカウンタによるトナー残量検知が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の機能ブロック図である。本画像形成装置は、印字要求画像のドット数をカウントするカウント手段１と、カウント手段１のカウント値に対して画像パターンにより所定の重みをつけてトナー消費量を予測する予測手段２と、画像の濃度を測定する濃度測定手段３と、トナー消費量の累積のカウント値が所定値以上か否かを判定する判定手段４と、判定手段４が所定値以上と判定したときに、トナーエンプティを表示する表示手段５と、温度・湿度の変化を測定する変化測定手段６と、全体を統括制御する制御手段７とを備えており、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量に対する重みを変化させてトナーエンプティ制御を行うものである。

図２は画像濃度とトナー消費量の理想関係を示す特性図である。理想的には、画像濃度とトナー消費量は比例するため、画像濃度に対応した重みも、同じ比率にすることが可能である。この場合は、画像濃度Ｄ（ｎ）の濃度のドットカウント数をＣ（ｎ）とすると、
〔トナー消費カウント〕＝ΣＣ（ｎ）×１倍
となる。
ここでトナー消費カウントとは、トナーの消費量を計る指標であり、このカウントが、予め定めた所定の値より大きくなると、トナーニアエンプティや、トナーエンプティを表示する。
しかし、接触現像方式を用いた場合には、図３のように、Ｐ_Ａ点で示している濃度以下の画像では現像されず、トナーが消費されない。また、Ｐ_Ｂで示している濃度以上の画像は、ベタと同じ濃度となり、予測よりもトナーが多く消費される。Ｐ_ＡからＰ_Ｂまでは、濃度と消費量は直線的であるが、理想直線に比べて傾きが急になるため、前記理想的な場合より、トナー消費量が多かったり、少なかったりする。前記Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｃの点（位置）は、様々な外的要因（環境）や現像機の構成や状態（耐久）により変化する。非接触現像方式を用いた場合は、Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｃの点が変わる。

図４のように、画像濃度Ｄ（ｎ）を変化させた複数のパッチ、即ち、印字ドットの数を順番に変化させていき、画像の面積を増やしていくことで、画像濃度を変化させるパッチを作成し、その濃度を濃度測定手段３により測定する。濃度測定手段３により測定した値をＶＤ（ｎ）とする。測定結果を図５に示す。
ここで、濃度Ｄが１００％（ベタ）の場合を基準とした理想直線をβとおくと、それぞれの画像濃度での、濃度測定結果と、直線βからのズレを計算し、その計算結果を基に、図６に示すトナー消費量の重みテーブルを参照する。その後、ユーザからのプリント要求に対応して、プリントされた画像濃度Ｄ（ｎ）のドットカウント値をＣ（ｎ）とし、それに対応する重みをＷ（ｎ）とすると、トナー消費カウントは、
〔トナー消費カウント〕＝ΣＣ（ｎ）×Ｗ（ｎ）
で求めることができる。
求めたトナー消費カウントは、一枚印刷されるごとに、制御手段７で、前回までのトナー消費カウントと足し合わされる。その後、その値が、設定されたエンプティまたはニアエンプティ値よりも小さい場合は、その後、そのデータを制御手段７内のメモリに保存する。また、その値が、設定されたエンプティまたは、ニアエンプティ値よりも大きい場合は、表示手段５により、トナーカートリッジの交換を促す旨の表示を行う。

図７に示すように、トナー消費量はドットが孤立で存在しているか集まっているかでも変化する。特に低階濃度もしくは高濃度部は大きく影響を及ぼす。このため、予め、連続して印字しているパッチと孤立して印字しているパッチを作成して、その濃度を濃度測定手段３で測定して、それぞれの場合の重みを予測する。
ユーザから要求された画像に対して、孤立もしくは連続して印字されているドット数をカウントし、実施例１に記載の重みに加えて、集合度合いにより更に重みを加えて演算を行う。
具体的には、ドットが孤立しているパターンの数ｔ（ｎ）、２つ連続しているパターンの数ｕ（ｎ）、３つ連続しているパターンの数ｒ（ｎ）を測定して、それぞれのパターンの濃度を濃度測定手段３により測定して、その値により、図８に示すそれぞれの重みｗ（ｔ）、ｗ（ｕ）、ｗ（ｒ）を選択して、下記式によりトナー消費カウントを計算する。
〔トナー消費カウント〕
＝ΣＷ（ｎ）×（ｗ（ｔ）×ｔ（ｎ）＋ｗ（ｕ）×ｕ（ｎ）＋ｗ（ｒ）×ｒ（ｎ））
ここでＣ（ｎ）＝ｔ（ｎ）＋ｕ（ｎ）＋ｒ（ｎ）とする。
求めた消費カウントは、一枚印刷されるごとに、制御手段７で、前回までのトナー消費カウントと足し合わされる。その後、その値が設定されたエンプティまたはニアエンプティ値よりも小さい場合は、その後、そのデータを不揮発性のメモリに保存する。また、その値が設定されたエンプティまたはニアエンプティ値よりも大きい場合は、表示手段５により、トナーカートリッジの交換を促す旨の表示を行う。

画像濃度を濃度測定手段で読み取る際、全ての濃度Ｄ（ｎ）を測定すると測定に時間が掛かる。そのため、画像濃度の中心Ｄ（ｎ／２）と、その前後Ｄ（ｎ／４）、Ｄ（３ｎ／４）の３点を測定する。その３点から直線近似を行い、前記Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｃを求める。これにより、濃度の測定時間を３／ｎに短縮することができる。ここでは、３つのパッチの測定を行い近似を行ったが、２つもしくは４つ以上のパッチでも可能である。

画像濃度Ｄ（ｎ）とトナー消費量が変化する場合、重みＷｎも適宜変えていかないと、トナー消費量予測に誤差が生じてしまう。この画像濃度Ｄ（ｎ）とトナー消費量の関係は、主に図９に示すように、環境の変動また現像器の状態により変化することがわかっている。つまり温度、湿度が大きく変化したり、現像器の使用頻度が高い場合（Ｈ／Ｈ）は、低い場合（Ｌ／Ｌ）に比べてトナー消費量が大きくなる。
そのため、以前重みを設定した環境（温度、湿度）や、現像器の状態（耐久枚数）を記憶しておき、予め設定していた変化以上それらが変化した場合に、再度重みを設定するための動作を行う。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の機能ブロック図。 トナー消費量と画像濃度の関係を示す図（その１）。 トナー消費量と画像濃度の関係を示す図（その２）。 パッチパターンを示す図。 濃度測定手段測定結果と画像濃度の関係を示す図。 トナー消費量の重みを示す図（その１）。 濃度測定手段出力とドット連続数の関係を示す図。 トナー消費量の重みを示す図（その２）。 トナー消費量と画像濃度の関係を示す図（その３）。

符号の説明

１ カウント手段
２ 予測手段
３ 濃度測定手段
４ 判定手段
５ 表示手段
６ 変化測定手段
７ 制御手段

Claims (4)

1. 印字要求画像のドット数をカウントするカウント手段と、カウント手段のカウント値に対して画像パターンにより所定の重みをつけてトナー消費量を予測する予測手段と、画像の濃度を測定する濃度測定手段と、トナー消費量の累積のカウント値が所定値以上か否かを判定する判定手段と、判定手段が所定値以上と判定したときにトナーエンプティを表示する表示手段と、全体を統括制御する制御手段とを備え、制御手段は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量に対する重みを変化させてトナーエンプティ制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記カウント手段は、連続して印字されているドット数または連続して印字していないドット数をカウントする機能を持ち、前記制御手段は、２種類以上の画像パターンの濃度情報から、トナー消費量を算出する機能を持つことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記２種類以上の画像パターンとして、印字する面積を変化させた画像パターンを用いることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１に記載の画像形成装置において、温度・湿度の変化を測定する変化測定手段を備え、前記制御手段は、現像器の使用頻度と変化測定結果を併せて再度重みを設定する機能を持つことを特徴とする画像形成装置。

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