JP2008065128A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像能力指標値（現像γ特性）を参照することによって、より正確なトナー消費量の推定を可能とする画像形成方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明は、潜像担持体１の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像に現像手段４でトナーを供給して現像しトナー像を形成した後、該トナー像を直接若しくは中間転写体２１を介して記録媒体Ｐに転写して画像を形成する画像形成方法及び装置において、潜像担持体上若しくは中間転写体上に多階調パターンのトナー像を形成し、その多階調パターンのトナー像のトナー付着量を検知し、その値を演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数を計数することによって得られるドットカウント値を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定する。これにより、従来のドットカウント値のみを用いたトナー消費量推定よりも、正確な推定が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成方法及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に用いられる電子写真方式の画像形成装置において、ドット（画素）数を計数することによって出力画像の画像面積を算出し、トナー消費量の推定やトナー補給量の決定に利用する技術は、市場のマシンに搭載されている公知の技術である。この技術に関しては多くの発明が出願されており、下記の従来技術はその代表的なものである。

特許文献１（特開２００１−３０５８４５公報）に記載の「画像形成装置」は、画像情報に応じた静電潜像が形成される像担持体と、この像担持体上の静電潜像をトナーとキャリアからなる二成分現像剤により現像する現像装置と、この現像装置内の二成分現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段と、この現像装置に補給するための少なくともトナーを収容し着脱交換して使用される現像剤収容器と、この現像剤収容器内の少なくともトナーを前記現像装置に搬送して補給する現像剤補給装置と、この現像剤補給装置の動作を前記トナー濃度検出手段の検出情報に基づいて制御するとともに、その検出情報に基づいて前記現像剤収容器が空になったことを検知する制御手段と、前記現像剤収容器の交換作業時にも開閉される扉の開閉動作を検知する扉スイッチとを有し、前記現像剤収容器の交換動作を直接検知する検知手段が設けられていない画像形成装置において、前記制御手段が現像剤収容器の空を検知したときにカウント動作を開始し、静電潜像の画素数を積算カウントする画素カウンタ手段を備え、前記制御手段は、前記現像剤収容器の空を検知した以後も画像形成動作を実行可能に維持する一方で、前記画素カウンタ手段による積算値が閾値を超えたと判断した後に画像形成動作を強制終了させる制御を行うように構成されていることを特徴としている。

特許文献２（特開２００２−２４４３６６公報）に記載の「画像形成方法」は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用い、感光体上にテストパターンを光書き込みした後に現像し、光センサによりパターンの反射率を検知し、その検知した値に基づいて現像器へのトナー補給を行う画像形成方法において、機器の再動作開始後、現像剤および感光体の電気特性が安定するまでの所定時間経過後，光センサによる検知を実行することを特徴としている。
また、上記の画像形成方法において、機器の再動作開始後、現像剤および感光体の電気特性が安定するまでの間は、休止前の光センサにより検知した値と、画像面積比率によって求めた値とに基づきトナー補給を行うことを特徴としている。

特開２００１−３０５８４５公報 特開２００２−２４４３６６公報

前述の特許文献１に記載の従来技術は、現像装置内のトナー濃度をトナー濃度検出手段によって検出し、その検出情報に基づいて現像剤収容器（補給用トナー容器）が空になったことを検知し、これをトリガとして画素カウントを開始し、カウント値の積算値が閾値を越えた時点で画像形成動作を強制終了させるというものである。この従来技術は、補給用トナーカートリッジが空になってからも可能な限り画像形成動作を継続することを目的としており、そのためにトナーエンド後に画素カウントを行って、現有トナー量での可能プリント量を管理しようというものである。しかし、トナー消費量の推定を画素カウントのみに頼っているので、もし静電潜像の現像以外（地汚れ、トナー飛散など）でトナーが消費されてしまうと、トナー消費量の推定誤差となって強制終了タイミングに狂いが生じ、トナー濃度不足による異常画像の発生につながってしまう可能性がある。

また、特許文献２に記載の従来技術は、感光体上に形成したテストパターンの反射率を光センサによって検知し、その値に基づいてトナー補給を行うというものであり、特に電源スイッチを再投入後は電源ＯＦＦ前の反射率データと画像面積比率を用いてトナー補給を行うとしている。この従来技術の本質は前文の後半部分であるが、その土台となっている画像形成装置は、感光体上に作成したパッチパターンの濃度をＰセンサで読み取り、その画像濃度に応じてトナー補給を行うという方式である。この方式は市場のマシンに搭載されている公知の技術であるが、この従来技術においては、電源立ち上げ後にマシンの状態が安定するまでは、電源ＯＦＦ直前に検知したパッチ濃度とドットカウント値の併用でトナー補給を行うとしている。パッチ濃度データが古くて信頼性が低い分を、ドットカウント値の併用で補おうという考え方である。この従来技術ではこの様に特性値を併用しているが、いずれも静電潜像の現像で消費されるトナー量が対象であり、前述したようなそれ以外の部分（地汚れ、トナー飛散等）でのトナー消費があった場合には、トナー消費量若しくは補給量に誤差が生じてしまうことになる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、上述のように正規の現像（静電潜像の現像）以外の部分で消費されるトナー量が誤差となって累積していく点を補正しようというものであり、現像能力指標値（現像γ特性）を参照することによって（１）地汚れの出やすさ、（２）トナー飛散のしやすさ、等の情報を得て、より正確なトナー消費量の推定を可能とする画像形成方法及び画像形成装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、潜像担持体の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像に現像手段でトナーを供給して現像しトナー像を形成した後、該トナー像を直接若しくは中間転写体を介して記録媒体に転写して画像を形成する画像形成方法において、前記潜像担持体上若しくは前記中間転写体上に多階調パターンのトナー像を形成し、その多階調パターンのトナー像のトナー付着量を検知し、その値を演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数を計数することによって得られるドットカウント値を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定することを特徴とする。

本発明の第２の手段は、第１の手段の画像形成方法において、前記推定したトナー消費量に基づいて、前記現像手段内にトナーを補給するためのトナー補給手段を制御することを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１の手段の画像形成方法において、前記トナー補給手段にトナーを供給するための新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を推定することにより、前記補給用トナー容器内のトナー残量を推定することを特徴とする。
さらに本発明の第４の手段は、第１の手段の画像形成方法において、補給用トナーが規定値まで減ったことを検知するトナーニアエンド検知センサを用い、前記センサがトナーニアエンドを検知してから先のトナー消費量を、現像能力指標値とドットカウント値で推定することにより、トナーエンドのタイミングを推定することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第５の手段は、第４の手段の画像形成方法において、前記トナー補給手段にトナーを供給するための新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を現像能力指標値とドットカウント値で推定し、前記トナーニアエンド検知センサによってトナーニアエンドが検知された時点でトナー消費量の推定値と絶対値を比較し、ずれ量を考慮してトナー消費量推定計算式を補正することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第６の手段は、画像形成装置であって、第１〜第５のいずれか１つの手段の画像形成方法を用いることを特徴とする。

本発明の第７の手段は、静電潜像をその外周面に保持するための潜像担持体と、前記潜像担持体の表面を一様に帯電させるための帯電手段と、該一様に帯電された前記潜像担持体の表面を露光して静電潜像を形成するための露光手段と、前記潜像担持体の表面に形成された静電潜像にトナーを供給して現像するための現像手段と、該現像により潜像担持体上に形成されたトナー像を直接若しくは中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、前記現像手段内にトナーを補給するためのトナー補給手段と、前記トナー補給手段にトナーを供給する補給用トナー容器と、を備えた画像形成装置において、前記潜像担持体上若しくは前記中間転写体上に多階調パターンのトナー像を形成し、その多階調パターンのトナー像のトナー付着量を検知し、その値を演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数を計数することによって得られるドットカウント値を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定する制御手段を有することを特徴とする。

本発明の第８の手段は、第７の手段の画像形成装置において、前記制御手段は、推定したトナー消費量に基づいて、前記トナー補給手段を制御することを特徴とする。
また、本発明の第９の手段は、第７の手段の画像形成装置において、前記制御手段は、新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を推定することにより、前記補給用トナー容器内のトナー残量を推定することを特徴とする。
さらに本発明の第１０の手段は、第７の手段の画像形成装置において、補給用トナーが規定値まで減ったことを検知するトナーニアエンド検知センサを備え、前記制御手段は、前記センサがトナーニアエンドを検知してから先のトナー消費量を、現像能力指標値とドットカウント値で推定することにより、トナーエンドのタイミングを推定することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１１の手段は、第１０の手段の画像形成装置において、前記制御手段は、新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を現像能力指標値とドットカウント値で推定し、前記トナーニアエンド検知センサによってトナーニアエンドが検知された時点でトナー消費量の推定値と絶対値を比較し、ずれ量を考慮してトナー消費量推定計算式を補正することを特徴とする。

第１の手段の画像形成方法では、ドットカウント値によって静電潜像上に現像されるトナー量を推定し、現像能力指標値によって地汚れや飛散によって失われるトナー量を推定し、両者を合算することで、一定期間のトナー消費量を推定することができる。これにより、従来のドットカウント値のみを用いたトナー消費量の推定よりも、正確な推定が可能となるという長所がある。
また、第２の手段の画像形成方法では、第１の手段の方法に加え、より正確な推定値を元にトナー補給制御を行うことにより、より適切なトナー補給制御となり、現像装置内のトナー濃度を安定して保つことができる。
さらに第３の手段の画像形成方法では、第１の手段の方法に加え、補給用トナー容器のトナー残量を推定することにより、補給用トナー容器の交換タイミングを予め大まかに知ることができ、トナー切れによる異常画像発生等のトラブルを回避でき、記録媒体（用紙等）の浪費防止にもつながる。
さらに第４の手段の画像形成方法では、第１の手段の方法に加え、トナーニアエンドをセンサで検知することによってトナー残量を正確に知ることができ、新品の補給用トナー容器の使用開始以来のトナー消費量推定値の累積誤差を一旦リセットできるので、より正確にトナーエンドのタイミングを推定できる。
さらにまた、第５の手段の画像形成方法では、第４の手段の方法に加え、トナーニアエンド検知時にトナー消費量の絶対値と推定値を比較することができるので、両者のずれ量を認識でき、このずれ量に基づいてトナー消費量推定計算式を補正することができる。これによって、より正確なトナー消費量推定計算が可能となる。
さらにまた、第６の手段の画像形成装置では、第１〜第５のいずれか１つの手段の画像形成方法を用いることにより、上記のいずれかと同様の効果を奏することができる。

第７の手段の画像形成装置では、制御手段は、ドットカウント値によって静電潜像上に現像されるトナー量を推定し、現像能力指標値によって地汚れや飛散によって失われるトナー量を推定し、両者を合算することで、一定期間のトナー消費量を推定することができる。これにより、従来のドットカウント値のみを用いたトナー消費量の推定よりも、正確な推定が可能となるという長所がある。
また、第８の手段の画像形成装置では、第７の手段の構成に加え、前期制御手段は、より正確な推定値を元にトナー補給制御を行うことにより、より適切なトナー補給制御となり、現像装置内のトナー濃度を安定して保つことができる。
さらに第９の手段の画像形成装置では、第７の手段の構成に加え、前記制御手段は、補給用トナー容器のトナー残量を推定することにより、補給用トナー容器の交換タイミングを予め大まかに知ることができ、トナー切れによる異常画像発生等のトラブルを回避でき、記録媒体（用紙等）の浪費防止にもつながる。
さらに第１０の手段の画像形成装置では、第７の手段の構成に加え、前記制御手段は、トナーニアエンドをセンサで検知することによってトナー残量を正確に知ることができ、新品の補給用トナー容器の使用開始以来のトナー消費量推定値の累積誤差を一旦リセットできるので、より正確にトナーエンドのタイミングを推定できる。
さらにまた、第１１の手段の画像形成装置では、第１０の手段の構成に加え、前記制御手段は、トナーニアエンド検知時にトナー消費量の絶対値と推定値を比較することができるので、両者のずれ量を認識でき、このずれ量に基づいてトナー消費量推定計算式を補正することができる。これによって、より正確なトナー消費量推定計算が可能となる。

以下、本発明の具体的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置のシステムとしては、中間転写ユニット２０に沿って４つの画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを並設した、４連タンデム型中間転写方式のフルカラー機として描かれているが、これは画像形成装置の代表例として描いているだけであり、４連タンデム型直接転写方式や、１ドラム型中間転写方式などのフルカラー機でも良いし、また、直接転写方式のモノクロ機でも良い。
ここでは一例として、図１に示す画像形成装置の構成と画像形成動作を説明する。

図１において、この画像形成装置は、画像形成動作を行う画像形成装置本体１００と、その本体上部に設置され、原稿画像の読取りを行うスキャナ部２００と、そのスキャナ部２００の上部に開閉自在に設置され、スキャナ部２００の原稿台（コンタクトガラス）に原稿を搬送する自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）３００等で構成されている。

画像形成装置本体１００内には、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色に対応する４つの画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋが中間転写ユニット２０に沿って並設されている。この４つの画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、作像する画像の現像色が異なるだけで構成は同じあり、潜像担持体である光導電性の感光体１と、その感光体１の周囲に配設された帯電手段（例えば帯電チャージャ）２、現像手段である現像ユニット４、一次転写手段である一次転写ローラ５、感光体表面のクリーニング手段である感光体クリーニングユニット６、感光体表面の除電手段であるクエンチングランプ（ＱＬ）７を備えている。

また、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの上方には、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの感光体１に各色に対応した書込光を露光する書込ユニット３が設置されている。この書込ユニット３としては、レーザ光源と光偏向器と走査光学系を備えた光走査方式の書込装置や、ライン状の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと結像光学系を用いた書込装置等が用いられる。

並設された４つの画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの下には、中間転写ユニット２０が設置され、この中間転写ユニット２０は、複数のローラ２２，２３，２４に張架された無端ベルト状の中間転写体２１（以下、中間転写ベルトと言う）と、中間転写ベルトクリーニングユニット２５を備え、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの感光体１に形成される各色のトナー像が中間転写ベルト２１に一次転写される。
また、中間転写ユニット２０の下には、中間転写ベルト２１上の画像を記録媒体（例えば記録用紙）に二次転写するための二次転写ローラ３０が設置されている。

画像形成装置本体１００の下部には給紙部が設けられており、この給紙部には、サイズの異なる記録用紙Ｐを収納した複数の給紙トレイ５０Ａ，５０Ｂが着脱自在に設置されている。また、給紙部には、各給紙トレイ５０Ａ，５０Ｂから記録用紙Ｐを１枚ずつ給紙するためのピックアップアップローラ５１と給紙ローラ５２が設けられている。そして、給紙部から給紙された記録用紙Ｐは、搬送ローラ５３，５４，５５により上方に搬送され、レジストローラ５６により所定のタイミングで前記二次転写ローラ３０の位置に送り出される。

また、二次転写ローラ３０の位置より用紙搬送方向下流側には、記録用紙Ｐに転写された画像を定着するための定着ユニット４０が設置されており、定着ユニット４０の用紙搬送方向下流側には、プリントモードに応じて用紙の搬送方向を切り替える分岐路が設けられている。そして、分岐路の一方側は排紙トレイ６０に用紙を排紙する排紙搬送経路につながり、他方は両面プリント時に用いられる用紙反転部５８や再給紙搬送経路５９につながっている。

以上のような構成の画像形成装置において、プリント開始命令が入力されると、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの感光体１とその周囲の各ユニットのローラ、中間転写ベルト２１の駆動ローラ、給紙・搬送経路等にある各ローラが既定のタイミングで回転し始め、画像形成装置本体１００下部の給紙部の選択された用紙サイズの給紙トレイ５０Ａ（または５０Ｂ）から記録用紙Ｐの給紙が開始される。一方、各感光体１は帯電チャージャ２によってその表面を一様な電位に帯電され、書込ユニット３から照射される書込光によってその表面を各色の画像データに従って露光される。露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶが、この静電潜像をその表面に担持した感光体１は，現像ユニット４より各色のトナーを供給されることにより、担持している静電潜像を特定色に現像される。

図１においては感光体１が４色分あるので、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）（色順はシステムによって異なる）のトナー像が各感光体上に現像されることになる。各感光体上に現像された各色のトナー像は、中間転写ベルト２１との接点において、感光体１に対向して設置された一次転写ローラ５に印加される一次転写バイアス、及び押圧力によって中間転写ベルト２１上に一次転写される。この一次転写動作をタイミングを合わせながら４色分繰り返すことにより、中間転写ベルト２１上にフルカラートナー像が形成される。中間転写ベルト２１上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ３０部において、レジストローラ５６によってタイミングを合わせて搬送されてくる記録用紙Ｐに二次転写される。この時、二次転写ローラ３０に印加される二次転写バイアス、及び押圧力によって二次転写が行われる。

フルカラートナー像を転写された記録用紙Ｐは、定着ユニット４０を通過することにより、表面に担持しているトナー像を加熱定着される。片面プリントならば分岐路をそのまま直線搬送されて排紙トレイ６０へ排紙される。また、両面プリントならば分岐路で搬送方向を下向きに変えられ、スイッチバックローラ５７を介して用紙反転部５８へ搬送されていく。用紙反転部５８へ到達した記録用紙Ｐは、ここでスイッチバックローラ５７により搬送方向を逆転されて紙の後端から用紙反転部５８を出て行く。これをスイッチバック動作と呼び、この動作によって記録用紙Ｐの表裏を反転させることができる。表裏反転された記録用紙Ｐは定着ユニット方向には戻らず、再給紙搬送経路５９を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は表面プリントの時と同じ様にトナー像を転写されて、定着ユニット４０部を通過して排紙トレイ６０に排紙される。これが両面プリント動作である。

また、各部の動作を最後まで説明すると、一次転写部を通過した各感光体１は、その表面に一次転写残トナーを担持しており、これをブレード及びブラシ等で構成された感光体クリーニングユニット６において除去される。その後、クエンチングランプ（ＱＬ）７によってその表面を一様に除電されて次の画像の為の帯電に備える。また、二次転写部を通過した中間転写ベルト２１に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらもブレード及びブラシ等で構成された中間転写ベルトクリーニングユニット２５によってこれを除去され、次のトナー像の転写に備える。この様な動作の繰り返しで、片面プリント若しくは両面プリントが行われる。

次に、図２、図３は、本発明の画像形成装置に備えられるトナー補給手段の構成例である。
図２は、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの現像ユニット４へのトナー補給手段として、モーノポンプ７１を用い、補給用トナー容器（以下、トナーカートリッジと言う）７０からモーノポンプ７１に至るトナー搬送経路をフレキシブルなチューブからなるトナー搬送管７２で接続した例である。トナーカートリッジ７０内に収容されている補給用トナーは、補給制御開始により回転を開始したモーノポンプ７１によって発生する吸引力に引っ張られ、トナー搬送管７２内を現像ユニット４方面に搬送されていく。トナーカートリッジ７０の出口部には、必要に応じて外部からエアーを噴射して、トナー詰まりを防止している。トナー搬送管７２内を搬送されたトナーは、現像ユニット４に付設されたモーノポンプ７１まで達すると、モーノポンプ７１内を通過して現像ユニット４内へと供給される。ここで前述の第１の手段や第７の手段に記載のトナー補給手段とは、図２においては、モーノポンプ７１、トナー搬送管７１、エアー噴射手段、及び図示していないがこれらに駆動信号を与える制御手段で構成されている。

また、図３は、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの現像ユニット４へのトナー補給手段として、搬送スクリュー７３によってトナーを補給するように構成した例である。トナーカートリッジ７０に収容されている補給用トナーは、重力によって搬送スクリュー７３部に落下し、モータ７４で駆動される搬送スクリュー７３により現像ユニット４方面に搬送される。現像ユニット４部まで達した補給用トナーは、重力によって現像ユニット４内に供給される。ここで前述の第１の手段や第７の手段に記載のトナー補給手段とは、図３においては、搬送スクリュー７３、モータ７４、及び図示していないがモータ７４に駆動信号を与える制御手段で構成されている。

図４は、前述の第１の手段や第７の手段に記載の、多階調パターンによって得られる現像能力指標値の説明図である。多階調パターンを作成するために多段階に変化させた現像ポテンシャルを横軸、感光体上若しくは中間転写体上に作成された多階調パターンのトナー像のトナー付着量を縦軸、に取ってある。この様なグラフを作成すると、その時々のマシン状態によって、多階調パターンのトナー付着量の変化が、黒丸のプロットや白丸のプロットの様に変化する。白丸のプロットは、現像ポテンシャルが比較的小さくてもトナー付着量が多く現像能力が高い状態であり、黒丸のプロットは逆に現像能力が低い状態である。これらのプロットの近似直線１，２を図中に示しているが、この近似直線１，２の傾きのことを現像γ値と呼び、現像能力指標値として実機中でモニタされている特性である。白丸のプロットの近似直線１の傾き（現像γ値）は、黒丸のプロットの近似直線２の傾き（現像γ値）より大きく、つまり白丸プロットの方が現像能力が高いのであるが、実機においてこの様に現像γ値が変動してしまった場合には、プロセスコントロールによりトナー付着量目標値（ベタ部）が得られるように現像ポテンシャルを調整制御することになる。

図４中においては、白丸プロットのマシンは現像ポテンシャル１が得られるようなプロセス条件を用いるし、黒丸プロットのマシンは現像ポテンシャル２が得られるようにプロセス条件を変化させる。この時、変化させるプロセス条件は、帯電バイアス、現像バイアス、露光パワー、等である。この様に、現像ポテンシャルを調整してトナー付着量を制御するため、現像能力指標値である現像γ値が変動した場合においても、静電潜像上に載るトナー量は一定であり、太りや細りは発生しないはずである。つまり、正規に静電潜像上に現像されるトナー量は、現像γ値が変化してもほぼ変動しないはずである。これに対して地汚れやトナー飛散によって消費されるトナー量は、現像γ値とその傾向が結びついている。現像γ値が大きいときには、地汚れやトナー飛散が発生しやすく、現像γ値が小さくなるとその逆である。この様に、現像γ値をモニタすることによって、正規の現像で使用される以外の部分で消費されるトナー消費量を推定することができる。

次に、図５は本発明に係る出力画像のドット数を計数するドットカウンタを備えた制御手段の構成例を示す図である。画像形成装置本体１００は制御手段であるメイン制御装置８０によって制御され、メイン制御装置８０内のＩ／Ｏ制御部８１を介して画像形成装置各部の各種入出力部品を制御している。また、メイン制御装置８０は書込制御装置８３と接続されており、画像情報入力装置８２からメイン制御装置８０に入力された画像情報は、メイン制御装置８０から書込制御装置８３に向けて転送されていく。書込制御装置８３は画像情報を受け取ると、例えば書込ユニット３の光偏向器（ポリゴンモータ）の駆動、レーザダイオード（ＬＤ）の発光制御、等を行って、タイミングを合わせながら感光体上に静電潜像を形成していく。図中の画像情報入力装置８２とは、画像形成装置がプリンタの場合は装置外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報処理装置、複写機の場合は装置上部に設置された原稿読取り用のスキャナ部２００のことを表している。この様な画像情報の流れにおいて、メイン制御装置８０にドットカウンタ８４が付設されており、これによって出力画像のドット数をカウントするのである。この図においてはドットカウンタ８４はメイン制御装置８０に付設となっているが、もちろん書込制御装置８３側に搭載されていても良い。画像形成装置内のどこかで機能していれば良いので、基本的には画像情報の流通経路内のどこかに設置されていれば問題ない。しかし、通常は、メイン制御装置８０に付設されている場合が殆どである。

制御手段であるメイン制御装置８０は、各種演算処理や制御を行うマイクロコンピュータ、各種制御プログラムや制御情報及び制御データ（データテーブル等）を記憶するメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、クロック、タイマー、各種制御回路等を有しており、画像形成装置の各部に設けられた各種センサから出力される検知信号（情報）に基づいて画像形成装置の各部を制御するものである。
そして、本発明に係る制御動作を行う際には、各感光体１上若しくは中間転写ベルト２１上に多階調パターンのトナー像を形成し、その各感光体１上若しくは中間転写ベルト２１上に形成した多階調パターンのトナー像のトナー付着量を、発光素子と受光素子からなる光学式のトナー付着量検知センサ（Ｐセンサ）（図示せず）等で検知する。そして、その検知した値をメイン制御装置８０内のマイクロコンピュータで演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数をドットカウンタ８４で計数することによって得られるドットカウント値と、を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定する。この場合の動作及び構成は、図４、図５の説明で述べた通りのものである。すなわち、現像能力指標値は、図４に示すように、多階調パターンの近似直線の傾きで得られ、この値は現像γ値と呼ばれる。この値が大きければ現像能力が高く、かつ地汚れやトナー飛散が発生しやすくなる。現像γ値は、メイン制御装置８０でプロセスコントロールが実行された際に新しい値に更新され、この更新の実施タイミングは、一定枚数おき、一定時間おき、電源投入時、等である。

また、画像のドットカウント値は、図５に示すように、メイン制御装置８０に付設されたドットカウンタ８４で計数され、このドットカウント値と１ドットのトナー付着量の積を取ることにより、現像に使用されるトナー量を概算できる。正規の現像（静電潜像の現像）で消費されるトナー量はこの様にドットカウント値のみで概算できるが、地汚れ、トナー飛散によるトナー消費量は、現像能力指標値に加え、時間のパラメータが必要となる。現像動作を実施した時間だけ地汚れ及びトナー飛散が発生するため、単位時間の消費量と実施時間の積を取る必要がある。典型的には、この実施時間として、現像ユニット４の現像ローラの回転時間をモニタしておけば良い。現像ローラの回転中は、感光体側に地汚れトナーが付着していくし、現像ニップ部でトナー飛散も発生するからである。

以上のことより、トナー消費量推定式の例を以下に表してみる。
Ｍ＝Ａ（ｎ×ｍ）＋Ｂ（γ×Ｔ） ・・・（１）
ここで、Ｍ：トナー消費量の総量、ｎ：ドットカウント値、ｍ：１ドット毎のトナー消費量、γ：現像γ値、Ｔ：現像ローラ回転時間、Ａ，Ｂ：補正係数、である。
（１）式の第１項は静電潜像の現像で消費されるトナー量、第２項はそれ以外で消費されるトナー量である。なお、補正係数Ａ，Ｂは、実際の画像形成装置で消費されるトナー量をモニタし、その結果をフィードバックして決定する必要がある。また、画像形成装置の特性によっては、推定式の形を変化させる必要がある場合も考えられる。

推定したトナー消費量に基づいてトナー補給手段を制御する場合（第２、第８の手段）は、上記（１）式で推定したトナー消費量に基づいて、図２または図３に示したトナー補給手段でトナー補給を行うことになる。トナー補給量の調整は、図２の構成ならばモーノポンプ７１の回転時間、図３の構成ならばモータ７４の回転時間、で制御する。それぞれ駆動部品は図５中の「各種Ｉ／Ｏ部品」に該当し、メイン制御装置８０によって制御される。

新品の補給用トナー容器（トナーカートリッジ）７０を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を推定することにより、補給用トナー容器内のトナー残量を推定する場合（第３、第９の手段）は、図２または図３に示すトナーカートリッジ７０の使い始めからのトナー消費量の推定値を積算していけば良い。トナーカートリッジ７０からは、トナー消費量に見合ったトナー量が現像ユニット４に供給されているはずであり、新品状態からのトナー消費量積算値を常に保有しておくことにより、トナーカートリッジ７０内のトナー残量が推定できる。

次に、前述の第４の手段や第１０の手段に記載のように、補給用トナーが規定値まで減ったことを検知するトナーニアエンド検知センサを備え、該センサがトナーニアエンドを検知してから先のトナー消費量を、現像能力指標値とドットカウント値で指定することによりトナーエンドのタイミングを推定する場合のトナーニアエンド検知センサは、例えば図６または図７の様に設置されている。図６は図２のトナー補給手段の構成にトナーニアエンド検知センサとして透過型光センサ７５を設置した例、図７は図３のトナー補給手段の構成にトナーニアエンド検知センサとして圧力センサ７６を設置した例である。両者ともに、トナーカートリッジ７０内のトナー残量に関してはエンド検知となるが、トナー補給システム全体としては、それぞれトナー搬送管７２、搬送スクリュー７３部に補給用トナーが残っており、ニアエンド検知となる。

図６においては、トナーニアエンド検知センサとして透過型光センサ７５を用いるので、トナー搬送管７２が透明であることを前提としているが、トナーカートリッジ７０のトナー排出口近傍にトナー搬送管７２を挟む形で透過型光センサ７５を設置している。検知部にトナーがある場合は受光部に投光部からの光が届かず、検知部にトナーが無い場合は受光部に投光部からの光が届くため、トナーニアエンドと検知できる。センサ光の波長としては可視光、赤外光を含めどの様な波長でも良い。また、透過型ではなく反射型の光センサとしても良い。この場合は、それぞれのトナー色に感度の高い波長をセンサ光として利用するのが良い。トナーがある場合に反射光が有り、トナーがない場合に反射光なしとして検知できる。反射型の場合は原理的に黒トナー検知が難しいが、例えば、反射型光センサに対してトナー搬送管の逆側に、内向きに反射シールを貼ると、黒トナー有りの場合は反射光なし、黒トナーなしの場合は反射シールからの反射光有り、となってトナー有無が検知できる。また、光センサ以外には、トナー搬送管７２の膨らみ具合を圧力センサで検知する方法、超音波センサによってトナー搬送管部での超音波減衰量によって検知する方法、等が考えられる。なお、光センサを利用する場合は、トナー搬送管全体でなく、検知部のみ透明となっている状態でも構わない。

図７においては、搬送スクリュー７３部の筐体底面のトナーカートリッジ７０からの供給口近傍に、圧力センサ７６を設置している。トナーカートリッジ７０から重力によって搬送スクリュー７３部に供給された補給用トナーは、圧力センサ上に滞積することによりその有無を検知される。トナーカートリッジ７０が空になった場合には、トナーが供給されなくなり、圧力センサ７６部のトナーが搬送スクリュー７３によって搬送された後には、圧力センサ７６で検知される圧力が小さくなるため、トナーニアエンドと検知される。こちらのトナー補給方式においても、例えば搬送スクリュー７３部の筐体に透明部を設けることにより、光センサを用いた検知とすることもできる。

上記のような方式で、トナー補給システム内のトナーがニアエンドとなったことをセンサによって検知した後、現像能力指標値とドットカウント値でトナー消費量を推定することにより、トナーカートリッジ７０の装填時からのトナー消費量推定値の累積誤差が一度リセットされるため、トナーエンドタイミングを精度良く推定できるようになる。もちろん、ニアエンド検知時にはトナーカートリッジ自体は空になっているため、メイン制御装置８０は図示しない操作部の表示パネル等に警告を表示し、ユーザーにトナーカートリッジ７０の交換を促すが、連続プリント時などはニアエンド検知後もなおプリントを継続し、トナーエンドの時点で強制終了などの緊急制御を実施できるメリットがある。なお、トナーカートリッジ内のトナー残量を検知できるようにトナーニアエンド検知センサを設置する方法も考えられるが、難易度と必要性の観点からはそのような構成にするメリットは殆どない。

次に、前述の第５の手段や第１１の手段に記載のように、新品の補給用トナー容器（トナーカートリッジ）７０を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を現像能力指標値とドットカウント値で推定し、前記トナーニアエンド検知センサ（７５または７６）によってトナーニアエンドが検知された時点でトナー消費量の推定値と絶対値を比較し、ずれ量を考慮してトナー消費量推定計算式（１）を補正する場合の装置構成は図２、図６、または図３、図７に示すようなものであり、トナー消費量推定計算式の補正は、（１）式の補正係数Ａ，Ｂの補正を意味している。

この補正を経時的に行っていく際の補正方法の概念図を図８に示す。まず画像形成装置自体が新品の場合、（１）式の補正係数はデフォルト設定の「補正係数セット１」が用いられ、最初のトナーニアエンド検知までこの「補正係数セット１」によるトナー消費量推定が行われる。最初のトナーニアエンドがセンサによって検知された際は、メイン制御装置８０は、ニアエンド検知によって認識されたトナー消費量の絶対値と、トナー消費量推定計算式によるトナー消費量の推定値を比較し、そのずれ量に応じて補正係数セットを「補正係数セット１」から「補正係数セット２」に切り替える。これにより、トナーニアエンドからトナーエンドまでのトナー消費量推定の精度が向上する。また、トナーカートリッジ７０の交換後も、そのまま「補正係数セット２」を使用し、ニアエンド検知時に再び絶対値と推定値の比較により、補正係数セットを「補正係数セット２」から「補正係数セット３」に切り替えるようにする。この様にしてトナー消費量推定の推定精度を保っていくことができる。

トナー消費量の絶対値と推定値のずれ量と、その際の補正計数の選択に関しては、
消費量絶対値＞消費量推定値
の場合は（１）式の補正係数Ａ，Ｂを大きめに、
消費量絶対値＜消費量推定値
の場合は補正係数Ａ，Ｂを小さめのセットに変更する。
ずれ量と補正係数の変化幅に関しては、予備実験によりデータを収集し、データテーブル化してメイン制御装置８０のメモリに記憶しておき、データテーブルから選択できるようにしておくと、実機内での制御がやりやすくなる。

以上説明したように、本発明の画像形成方法及び装置では、ドットカウント値によって静電潜像上に現像されるトナー量を推定し、現像能力指標値によって地汚れや飛散によって失われるトナー量を推定し、両者を合算することで一定期間のトナー消費量を推定することができる。これにより、従来のドットカウント値のみを用いたトナー消費量の推定よりも、正確な推定が可能となる。
また、より正確な推定値を元にトナー補給制御を行うことにより、より適切なトナー補給制御となり、現像ユニット４内のトナー濃度を安定して保つことができる。
さらに、補給用トナー容器（トナーカートリッジ）７０のトナー残量を推定することにより、補給用トナー容器（トナーカートリッジ）７０の交換タイミングを予め大まかに知ることができ、トナー切れによる異常画像発生等のトラブルを回避でき、記録用紙の無駄な浪費の防止にもつながる。
さらに、トナーニアエンドをトナーニアエンド検知センサ（光センサ７５、圧力センサ７６等）で検知することによってトナー残量を正確に知ることができ、新品の補給用トナー容器（トナーカートリッジ）７０の使用開始以来のトナー消費量推定値の累積誤差を一旦リセットできるので、より正確にトナーエンドのタイミングを推定できる。
さらにまた、トナーニアエンド検知時にトナー消費量の絶対値と推定値を比較することができるので、両者のずれ量を認識でき、このずれ量に基づいてトナー消費量推定計算式（１）を補正することができる。これによって、より正確なトナー消費量推定計算が可能となる。

本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係るトナー補給手段の構成例を示す図である。 本発明に係るトナー補給手段の別の構成例を示す図である。 本発明に係る多階調パターンによって得られる現像能力指標値の説明図である。 本発明に係る出力画像のドット数を計数するドットカウンタを備えた制御手段の構成例を示す図である。 本発明に係るトナーニアエンド検知センサの設置例を示す図である。 本発明に係るトナーニアエンド検知センサの別の設置例を示す図である。 本発明に係るトナー消費量推定計算式の補正方法の説明図である。

符号の説明

１：感光体（潜像担持体）
２：帯電チャージャ（帯電手段）
３：書込ユニット（露光手段）
４：現像ユニット（現像手段）
５：一次転写ローラ（一次転写手段）
６：感光体クリーニングユニット
７：クエンチングランプ（ＱＬ）
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ：画像形成ユニット
２０：中間転写ユニット
２１：中間転写ベルト（中間転写体）
２５：中間転写ベルトクリーニングユニット
３０：二次転写ローラ（二次転写手段）
４０：定着ユニット（定着手段）
５０Ａ，５０Ｂ：給紙トレイ
５１：ピックアップローラ
５２：給紙ローラ
５３，５４，５５：搬送ローラ
５６：レジストローラ
５７：スイッチバックローラ
５８：用紙反転部
５９：再給紙搬送経路
６０：排紙トレイ
７０：補給用トナー容器（トナーカートリッジ）
７１：モーノポンプ
７２：トナー搬送管
７３：搬送スクリュー
７４：モータ
７５：透過型光センサ
７６：圧力センサ
８０：メイン制御装置（制御手段）
８１：Ｉ／Ｏ制御部
８２：画像情報入力装置
８３：書込制御装置
８４：ドットカウンタ
１００：画像形成装置本体
２００：スキャナ部
３００：自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
Ｐ：記録用紙（記録媒体）

Claims (11)

1. 潜像担持体の表面に静電潜像を形成し、該静電潜像に現像手段でトナーを供給して現像しトナー像を形成した後、該トナー像を直接若しくは中間転写体を介して記録媒体に転写して画像を形成する画像形成方法において、
   前記潜像担持体上若しくは前記中間転写体上に多階調パターンのトナー像を形成し、その多階調パターンのトナー像のトナー付着量を検知し、その値を演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数を計数することによって得られるドットカウント値を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定することを特徴とする画像形成方法。
2. 請求項１に記載の画像形成方法において、
   前記推定したトナー消費量に基づいて、前記現像手段内にトナーを補給するためのトナー補給手段を制御することを特徴とする画像形成方法。
3. 請求項１に記載の画像形成方法において、
   前記トナー補給手段にトナーを供給するための新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を推定することにより、前記補給用トナー容器内のトナー残量を推定することを特徴とする画像形成方法。
4. 請求項１に記載の画像形成方法において、
   補給用トナーが規定値まで減ったことを検知するトナーニアエンド検知センサを用い、前記センサがトナーニアエンドを検知してから先のトナー消費量を、現像能力指標値とドットカウント値で推定することにより、トナーエンドのタイミングを推定することを特徴とする画像形成方法。
5. 請求項４に記載の画像形成方法において、
   前記トナー補給手段にトナーを供給するための新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を現像能力指標値とドットカウント値で推定し、前記トナーニアエンド検知センサによってトナーニアエンドが検知された時点でトナー消費量の推定値と絶対値を比較し、ずれ量を考慮してトナー消費量推定計算式を補正することを特徴とする画像形成方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成方法を用いることを特徴とする画像形成装置。
7. 静電潜像をその外周面に保持するための潜像担持体と、
   前記潜像担持体の表面を一様に帯電させるための帯電手段と、
   該一様に帯電された前記潜像担持体の表面を露光して静電潜像を形成するための露光手段と、
   前記潜像担持体の表面に形成された静電潜像にトナーを供給して現像するための現像手段と、
   該現像により潜像担持体上に形成されたトナー像を直接若しくは中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、
   前記現像手段内にトナーを補給するためのトナー補給手段と、
   前記トナー補給手段にトナーを供給する補給用トナー容器と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記潜像担持体上若しくは前記中間転写体上に多階調パターンのトナー像を形成し、その多階調パターンのトナー像のトナー付着量を検知し、その値を演算処理することによって得られる現像能力指標値と、出力画像のドット数を計数することによって得られるドットカウント値を経時的に監視し、両データから一定期間のトナー消費量を推定する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、推定したトナー消費量に基づいて、前記トナー補給手段を制御することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項７に記載の画像形成装置において、
   前記制御手段は、新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を推定することにより、前記補給用トナー容器内のトナー残量を推定することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項７に記載の画像形成装置において、
    補給用トナーが規定値まで減ったことを検知するトナーニアエンド検知センサを備え、前記制御手段は、前記センサがトナーニアエンドを検知してから先のトナー消費量を、現像能力指標値とドットカウント値で推定することにより、トナーエンドのタイミングを推定することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０に記載の画像形成装置において、
    前記制御手段は、新品の補給用トナー容器を画像形成装置本体にセットしてからのトナー消費量を現像能力指標値とドットカウント値で推定し、前記トナーニアエンド検知センサによってトナーニアエンドが検知された時点でトナー消費量の推定値と絶対値を比較し、ずれ量を考慮してトナー消費量推定計算式を補正することを特徴とする画像形成装置。
    

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