JP2008096736A - 画像形成装置、プログラム、記録媒体、および画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することのできる画像形成装置を実現する。
【解決手段】デジタル複写機１は、二成分系現像剤を用いて現像を行う現像ユニット２０を備えた電子写真方式のデジタル複写機である。デジタル複写機１は、デジタル画像の各ピクセルの階調値と、現像ユニット２０の現像槽２１内のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値を求め、これを積算してトナー画像のトナー消費量の指標である総ピクセルカウント値を求めるピクセルカウント部５４と、総ピクセルカウント値の累積値を求めるトナー消費量算出部５６と、累積値に基づいてトナー補給ユニット３０に対して現像ユニット２０へのトナーの補給を指示するトナー補給指示部５８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像情報に対して画像処理及び補正処理をデジタル的に行う電子写真方式を用いる複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

一般的に、デジタル複写機のような電子写真装置における画像処理では、スキャナ等の画像入力装置から入力されたアナログの画像信号に対し、ＡＤ変換処理を行い、入力信号処理、領域分離処理、色補正処理、黒生成処理、ズーム変倍処理等のデジタル信号処理を行った後、空間フィルタによるフィルタ処理を行い、さらに、中間調補正処理を行って、出力画像信号として出力するようになっている。

図７は、従来のデジタル複写機における画像処理の機能構成を示すブロック図である。従来のデジタル複写機は、上述した各種処理のために、図７に示すように、入力信号処理部１１０、領域分離処理部１２０、色補正・黒生成処理部１３０、ズーム変倍処理部１４０、空間フィルタ処理部１５０、中間調補正処理部１６０、ピクセルカウント部１７０、および、通算トナー消費量算出部１８０を備えている。このようなデジタル複写機における画像処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、スキャナ等で読み込まれた原稿のアナログ入力画像信号（Ｓ１０１）は、画像処理装置に入力されてＡＤ変換される。ＡＤ変換の結果得られたデジタル信号は多値画像の信号であって、入力信号処理部１１０に入力され、それ以降の画像処理に対する前処理や、画像調整における入力ガンマ補正、変換等が行われる（Ｓ１０２）。

次に、画像信号は、領域分離処理部１２０に入力されて、文字領域、網点写真領域等の領域判定が行われ、領域ごとに領域の種類を示す識別信号（領域分離識別信号）が付加される（Ｓ１０３）。この領域分離識別信号は、後段の空間フィルタ処理部１５０が領域別に異なった処理を行う場合、例えば、網点領域に平滑フィルタ処理を行い、文字領域にエッジ強調フィルタ処理を行う場合などに用いられる。領域分離識別信号はまた、後段の中間調補正処理部１６０が中間調のガンマ特性を濃淡差のよりはっきりした特性に変更する場合にも用いられる。

次の色補正・黒生成処理部１３０で行われる色補正・黒生成処理（Ｓ１０４）は、入力された画像信号がカラー画像の信号である場合に必要となる処理で、領域分離処理部１２０から送られてきたＲＧＢの画像信号に対して、最終的な出力形態であるＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の画像信号に変換する処理である。

ＣＭＹＫに変換された画像信号は、ズーム変倍処理部１４０での変倍処理（Ｓ１０５）の後、空間フィルタ処理部１５０に入力される。空間フィルタ処理部１５０では、上記の領域分離識別信号や画像モードの設定状態などに応じた空間フィルタを空間フィルタテーブルから選び、ＣＭＹＫに変換された画像信号に対して空間フィルタ処理が行われる（Ｓ１０６）。なお、空間フィルタテーブルは、空間フィルタ処理を行う際に使用すべきフィルタ係数が示されたテーブル群であり、状況に応じて任意のテーブル群を選択できるようになっている。

次の中間調補正処理部１６０では、エンジン部での出力特性を補正するために、中間調ガンマ特性の補正が行われる（Ｓ１０７）。さらに、中間調補正処理後の画像信号は、ピクセルカウント部１７０に入力され、ピクセル単位でＣＭＹＫ信号ごとに重み付けを行いながらカウンタで階調データが積算される（Ｓ１０８）。そして、通算トナー消費量算出部１８０では、ピクセルカウント部１７０で求められたピクセルカウント値（階調データのカウント値）の全ピクセルに亘る積算値から各色のトナー消費量を算出する（Ｓ１０９）。ここで算出されたトナー消費量は、例えば、現像装置へのトナーの補給タイミングやトナーの補給量を決定するために用いられる。

また、ステップＳ１０７において中間調ガンマ特性の補正が行われた画像信号は、ＬＳＵやＬＥＤなどの画像形成エンジン側へ出力され、この画像信号に応じたトナー画像が画像形成エンジンによってシート上に形成される（Ｓ１１０）。

ここで、ステップＳ１０８，Ｓ１０９によるトナー消費量の算出手順について詳述すると以下の通りである。なお、以下に述べる処理は、ＣＭＹＫの各色について（すなわち入力されるＣＭＹＫの信号ごとに）それぞれ行われるものとする。

ピクセルカウント部１７０は、より詳細には、図７に示すように、カウント部１７１、重み付け演算部１７２、重み付け係数テーブル１７３、および積算部１７４を備えている。

カウント部１７１は、入力された多値画像（例えば１６階調または２５６階調などの多階調の画像）の階調をピクセルごとにカウントする。例えば、各ピクセルの信号値が０〜１５の何れかの値をとる１６階調の多階調画像の場合、カウント部は、それぞれのピクセルについて、階調が０〜１５の何れであるかをカウントする。

重み付け演算部１７２は、カウント部１７１によってピクセルごとにカウントされた階調値に対して、ピクセルごとに重み付けを行う。具体的には、重み付け演算部１７２は、ピクセルごとに、階調値に対応する重み付け係数を重み付け係数テーブル１７３から取得するとともに、取得した重み付け係数を階調値に掛け合わせて、ピクセルカウント値を求める。このピクセルカウント値は、ピクセルごとのトナー消費量を示す指標である。なお、重み付け係数テーブル１７３は、階調値と重み付け係数とが対応関係が示されたものである。このように、ピクセルカウント部１７０では、カウント部１７１、重み付け演算部１７２、および、重み付け係数テーブル１７３により、ピクセルごとのピクセルカウント値を求めている。

そして、ピクセルごとに求められたピクセルカウント値の全ピクセルに亘る積算を積算部１７４が行う。つまり、積算部１７４は、重み付け演算部１７２により階調値に重み付け係数を掛け合わせたピクセルカウント値を、入力された多値画像の全てのピクセルについて積算し、総ピクセルカウント値を算出する。そして、通算トナー消費量算出部１８０が、ピクセルカウント部１７０によって算出された総ピクセルカウント値に基づいて、これまでの通算トナー消費量を算出する。

上記の重み付け係数テーブル１７３に格納されている重み付け係数は、予め定められた固定の値となっている。階調を示す信号入力値が０〜１５の何れかの値をとる１６階調の多値画像の場合の重み付け係数テーブル１７３の一例を、次の表１に示す。

表１の場合、トナー消費量の異なる１６個の信号入力値が４つのエリア（エリア１〜エリア４）に分けられ、エリアごとに異なる重み付け係数が定められている。これにより、ピクセルカウントの際には、４つのエリアに分けられた重み付け係数が、０〜１５の値をとるそれぞれの信号入力値に対応して決定され、重み付けが行われる。表１では、０〜４の信号入力値の重み付け係数は０、５〜８の信号入力値の重み付け係数は１、９〜１２の信号入力値の重み付け係数は３、１３〜１５の信号入力値の重み付け係数は４となっている。

図９は、表１に示す４つのエリア（４つの分割領域）に分けられた重み付け係数テーブルの信号入力値とそれに対応する重み付け係数との関係を示している。図９に示すように、各エリアにおいて、矩形部分の面積の総和が、トナー消費量特性を示す曲線関数の積分値と略一致しているため、重み付けされた後のピクセルカウント値の積算値からトナー消費量を予測計算することができる。

そして、特許文献１，２には、上記のピクセルカウント値に基づいてトナーの消費量を予測計算してトナーの補給を行う装置が記載されている。

また、特許文献３〜５には、従来の技術水準が示されている。
特開平４−３０４４８６号公報（平成４年10月27日公開） 特開平５−８８５５４号公報（平成５年４月９日公開） 特開平８−１４６７５１号公報（平成８年６月７日公開） 特開２００２−３３３７７４号公報（平成14年11月22日公開） 特開２００４−１５１３７５号公報（平成16年５月27日公開）

しかしながら、上記従来の技術は、正確なトナー消費量を予測計算できない場合があるという問題を抱えている。

トナーの消費量とは、現像装置から感光体へのトナーの付着量にほかならないが、このトナーの付着量は、主として感光体の表面電位、現像バイアスおよびトナー帯電量の３つの要因によって決定される。ここで、感光体の表面電位および現像バイアスについては、所定値に制御することが比較的容易であるが、トナー帯電量については所定値に制御することが困難である。

よって、デジタル画像データに基づいてトナー画像を形成する際、データ上では同じ階調を有するピクセル同士であっても、実際に消費されるトナー量はトナー帯電量に依存して異なることが予想される。ところが、上記従来の技術では、出力されるトナー画像におけるトナー消費量をピクセルカウントによって予測計算する際に、重み付け係数テーブルとして、予め定められた固定の重み付け係数を格納したものが用いられるので、トナーの帯電量が変化した場合に、トナー消費量の予測結果が誤差を含んでしまう。そして、帯電量の変化が大きくなるに連れて、予測結果の誤差も大きくなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することのできる画像形成装置を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤を用いて現像を行う現像装置と、上記現像装置へトナーを補給するトナー補給装置とを備え、デジタル画像データに応じたトナー画像を上記現像装置によって形成する電子写真方式の画像形成装置であって、上記デジタル画像データによって示されるデジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記現像装置における二成分系現像剤中のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値をピクセルごとに求め、ピクセルごとに求めた上記ピクセルカウント値を積算することにより、上記トナー画像のトナー消費量の指標である総ピクセルカウント値を求めるピクセルカウント手段と、上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値に基づいて、上記トナー補給装置に対して上記現像装置へのトナーの補給を指示するトナー補給指示手段とを備えていることを特徴とする。

二成分系現像剤を用いる画像形成装置において、トナーの帯電量は、現像装置におけるトナーの濃度に依存して変動する。上記構成によれば、ピクセルカウント手段が、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値を、ピクセルの階調のみならず、トナー付着量に影響を及ぼすトナー濃度をも考慮して求めるため、トナー濃度の変化に伴うトナー付着量の変動があっても、正確なトナー消費量を推定することができる。従って、本画像形成装置は、トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することができる。

また、上記現像装置は、トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤が攪拌される現像槽と、上記現像槽の内部に配されて透磁率を検知するセンサと、上記現像槽の二成分現像剤を用いてトナー画像を形成する現像ローラとを備え、上記ピクセルカウント手段は、上記デジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記センサの出力値とに基づいて、上記ピクセルカウント値を求めることが好ましい。

上記構成によれば、センサの出力値は、直接的または間接的に現像槽内のトナー濃度を示している。従って、ピクセルカウント手段は、センサの出力値を用いることにより、正確なトナー消費量を求めることができる。

また、上記トナー補給指示手段は、上記ピクセルカウント手段によってデジタル画像ごとに求められた総ピクセルカウント値の累積値であって上記トナー補給装置が上記現像装置へトナーを補給し終えた時点からの累積値が閾値に到達した場合に、上記トナー補給装置に対して、上記累積値または上記閾値に対応する量のトナーを補給するよう指示してもよい。

上記構成によれば、累積値は、前回のトナー補給時からのトナー消費量を示す指標となる。ここで、累積値が閾値に到達した場合に、トナー補給指示手段が、累積値または閾値に対応する量のトナーの補給を指示することにより、トナー画像の形成によって消費された分量のトナーが現像装置に補給される。よって、現像装置におけるトナーの分量を略一定に保つことができる。

この場合、上記トナー補給指示手段は、上記累積値が１ｇのトナー消費量に相当する閾値に到達した場合に、上記トナー補給装置に対して１ｇのトナーを補給するよう指示することが好ましい。

上記構成によれば、１ｇのトナーが消費されるたびに、１ｇのトナーが補給される。このように、トナーの補給をこまめに行うことにより、現像装置内のトナーの量が大きく変動することがない。それゆえ、現像剤の粗密の偏りや凝集を避けることができ、現像剤の帯電特性や流動性を一定に保つことができる。また、トナーの補給をこまめに行うことにより、現像装置の補給口付近でトナーが凝集するのを防止することができる。また、トナーの補給をこまめに行うことにより、高印字率の原稿を連続で印刷する場合であっても、トナーが不足するのを回避することができる。

あるいは、上記画像形成装置は、上記デジタル画像ごとに上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値の累積値であって上記トナー補給装置が上記現像装置へトナーを補給し終えた時点からの累積値を求める通算カウント手段をさらに備え、上記トナー補給指示手段は、上記現像装置が上記デジタル画像データに応じたトナー画像を所定の数だけ形成するたびに、上記トナー補給装置に対して、上記通算カウント手段によって求められた累積値に対応する量のトナーを補給するよう指示してもよい。

上記構成によれば、通算カウント手段によって求められる累積値は、前回のトナー補給時からのトナー消費量を示す指標となる。そして、トナー画像を所定の数だけ形成するたびに、トナー補給指示手段が累積値に対応する量のトナーの補給を指示するので、トナー画像が所定の数だけ形成されるたびに、それまでに消費された分量のトナーが現像装置に補給される。よって、現像装置におけるトナーの分量を略一定に保つことができる。

また、上記トナー補給指示手段は、上記現像装置が上記デジタル画像データに応じたトナー画像を形成するたびに、上記トナー補給装置に対して、上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値に対応する量のトナーを補給するよう指示してもよい。

上記構成によれば、トナー画像が１枚形成されるたびに、その際に消費された分量のトナーが現像装置に補給される。よって、現像装置におけるトナーの量を略一定に保つことができる。また、トナーの補給をこまめに行うことにより、現像装置内のトナーの量が大きく変動することがない。それゆえ、現像剤の粗密の偏りや凝集を避けることができ、現像剤の帯電特性や流動性を一定に保つことができる。また、トナーの補給をこまめに行うことにより、現像装置の補給口付近でトナーが凝集するのを防止することができる。また、トナーの補給をこまめに行うことにより、高印字率の原稿を連続で印刷する場合であっても、トナーが不足するのを回避することができる。

ところで、上記画像形成装置の各手段は、ハードウェアで実現してもよいし、プログラムをコンピュータに実行させることによって実現してもよい。具体的には、本発明に係るプログラムは、上記の各手段としてコンピュータを動作させるプログラムであり、本発明に係る記録媒体には、当該プログラムが記録されている。これらのプログラムがコンピュータによって実行されると、当該コンピュータは、上記画像形成装置の各手段として動作するので、トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置の制御方法は、トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤を用いて現像を行う現像装置と、上記現像装置へトナーを補給するトナー補給装置とを備え、デジタル画像データに応じたトナー画像を上記現像装置によって形成する電子写真方式の画像形成装置の制御方法であって、上記デジタル画像データによって示されるデジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記現像装置における二成分系現像剤中のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値をピクセルごとに求め、ピクセルごとに求めた上記ピクセルカウント値を積算することにより、上記トナー画像のトナー消費量の指標である総ピクセルカウント値を求めるピクセルカウント工程と、上記ピクセルカウント工程によって求められた総ピクセルカウント値に基づいて、上記トナー補給装置に対して上記現像装置へのトナーの補給を指示するトナー補給指示工程とを含んでいることを特徴とする。

上記構成によれば、ピクセルカウント工程では、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値を、ピクセルの階調のみならず、トナー付着量に影響を及ぼすトナー濃度をも考慮して求めるため、トナー濃度の変化に伴うトナー付着量の変動があっても、正確なトナー消費量を推定することができる。従って、本制御方法によれば、トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することができる。

以上のように、本発明は、デジタル画像データによって示されるデジタル画像の各ピクセルの階調値と、現像装置における二成分系現像剤中のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値をピクセルごとに求める構成となっている。

従って、上述したように、トナー消費量を正確に予測計算してトナーを補給することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１から図６に基づいて説明すると以下の通りである。図２は、デジタル複写機の概略構成を示す横断面図である。デジタル複写機１は電子写真方式の画像形成装置であり、図２に示すように、感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１の周囲に配置された帯電ユニット１２、露光ユニット１３、現像ユニット（現像装置）２０、転写ユニット１４、クリーニングユニット１５、および除電ユニット１６とを備えている。デジタル複写機１はまた、トナー補給ユニット（トナー補給装置）３０、スキャナ４０、および制御部５０を備えている。なお、図中には示されていないが、デジタル複写機１は、上記の部材１１〜１５，２０，３０を４組有しており、各組は、それぞれＣＭＹＫの何れかの色のトナー画像を形成するために用いられる。

デジタル複写機１は、原稿をスキャナ４０によって読み取って得た画像データに応じたトナー画像をシート上に形成するものである。スキャナ４０によって原稿を読み取って得た画像データは制御部５０に入力され、制御部５０が後述する各種処理を実行する。その結果、画像データには適正な画像処理が施される。

感光体ドラム１１は例えば有機感光体である。感光体ドラム１１の表面は、まず、帯電ユニット１２によって均一に帯電される。そして、上記制御部５０によって画像処理が施された画像データに基づいて、露光ユニット１３が感光体ドラム１１の均一に帯電された領域を露光することによって、画像データに応じた静電潜像が感光体ドラム１１の表面に形成される。

現像ユニット２０は、トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤を用いて感光体ドラム１１の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成するものであり、主として現像槽２１、透磁率センサ２２、および現像ローラ２３を備えている。現像槽２１は、二成分系現像剤を有しており、内部に配された各種ローラによって、トナーとキャリアとを攪拌して混合する。この現像槽２１へは、トナー補給ユニット３０によってトナーの補給が行われる。透磁率センサ２２は、現像槽２１の内側の底部に配され、キャリアの透磁率を検知することにより、現像槽２１内の二成分現像剤に含まれるトナーの濃度を検出する。

現像ローラ２３はマグネットローラであり、現像槽２１内の二成分現像剤を自身に吸着させて磁気ブラシを形成し、形成した磁気ブラシを感光体ドラム１１の静電潜像に接触させる。また、現像ローラ２３と感光体ドラム１１との間には、現像バイアスが印加される。これにより、磁気ブラシに含まれるトナーが感光体ドラム１１の表面に付着し、静電潜像に応じたトナー像が形成される。

感光体ドラム１１上のトナー像は、転写ユニット１４によってシートに転写される。デジタル複写機１では、このようにしてＣＭＹＫの各色のトナー像を重ねてシート上に転写することにより、シート上には多階調の多色画像が形成される。そして、トナー像が転写されたシートは、図示しない定着ユニットへ搬送され、トナー像の定着が行われる。一方、トナー像の転写が行われた後の感光体ドラム１１の表面は、クリーニングユニット１５によって潤滑剤が塗布されるとともに残余のトナーが除去され、続いて、除電ユニット１６によって除電される。

次に、制御部５０による画像処理およびトナー補給処理について説明する。図１は、本実施形態のデジタル複写機における画像処理およびトナー補給処理に関する機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、制御部５０は、機能ブロックとして、画像処理部５２、ピクセルカウント部（ピクセルカウント手段）５４、トナー消費量算出部（通算カウント手段）５６、およびトナー補給指示部５８を有している。

画像処理部５２は、スキャナ４０で原稿を読み取るなどして得た画像データに対して各種画像処理を施すものであり、従来公知のものと同様である。具体的には、画像処理部５２は、入力信号処理部６２、領域分離処理部６４、色補正・黒生成処理部６６、ズーム変倍処理部６８、空間フィルタ処理部７０、および中間調補正処理部７２からなる。

入力信号処理部６２では、スキャナ４０等で読み込まれ、ＡＤ変換されて得られた原稿のデジタル入力画像信号に対して、それ以降の画像処理に対する前処理や、画像調整における入力ガンマ補正、変換等が行われる。なお、上記デジタル入力画像信号は多値画像の信号である。

領域分離処理部６４では、文字領域、網点写真領域等の領域判定が行われ、領域ごとにそれを示す識別信号（領域分離識別信号）が付加される。この領域分離識別信号は、以降の処理である空間フィルタ処理部７０において、各領域別に異なった処理を行う場合に、例えば網点領域に平滑フィルタ処理を行い、文字領域にエッジ強調フィルタ処理を行う場合に用いられる。領域分離識別信号は、また、以降の中間調補正処理部７２において、中間調のガンマ特性を濃淡差のよりはっきりした特性に変更する場合に用いられる。

色補正・黒生成処理部６６では、領域分離処理部６４から送られてきたＲＧＢの画像信号に対して、最終的な出力形態であるＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の画像信号に変換する。ズーム変倍処理部６８では、色補正・黒生成処理部６６により変換されたＣＭＹＫの画像信号に対して、変倍処理を行う。

空間フィルタ処理部７０では、上述した領域分離識別信号や画像モードの設定状態等に応じた空間フィルタを空間フィルタテーブルから選び、ＣＭＹＫに変換された画像信号に対して空間フィルタ処理を行う。中間調補正処理部６０では、空間フィルタ処理が行われた画像信号に対して、中間調ガンマ特性の補正を行う。そして、中間調補正処理部７２での中間調補正処理後の画像信号が露光ユニット１３に出力される。露光ユニット１３は、入力された画像信号に応じた静電潜像を感光体ドラム１１の表面上に形成する。また、中間調補正処理部７２から出力された画像信号は、ピクセルカウント部５４にも入力される。

ピクセルカウント部５４は、画像処理部５２から入力されたデジタル画像データから、該デジタル画像データに応じたトナー画像を感光体ドラム１１上に形成する際に消費されるトナーの量を推定するものである。ピクセルカウント部５４は、図１に示すように、重み付け係数テーブル７４、カウント部７６、重み付け演算部７８、積算部８０、およびテーブル書換部８２からなる。

カウント部７６は、画像処理部５２によって画像処理が施されたデジタル画像データから、画像に含まれるピクセルの階調値を抽出するものである。例えば、画像中の各ピクセルが０〜２５５の２５６階調で表現される場合、カウント部７６は、画像中の各ピクセルの階調値が０〜２５５の何れであるかを、入力されたデジタル画像データを基に同定する。カウント部７６は、階調値の抽出を画像に含まれる全てのピクセルについて行う。

重み付け演算部７８は、カウント部７６によって抽出された階調値を、ピクセルごとのトナー消費量を示す指標となるピクセルカウント値に換算するものである。通常、ピクセルの階調値とトナー消費量とは、必ずしも正比例の関係にはならない。例えば、ピクセルの階調値が２倍になっても、トナー消費量が２倍になるとは限らない。そこで、ピクセルの階調値をトナー消費量の指標となるピクセルカウント値に換算するために、重み付け演算部７８は、重み付け係数テーブルから適切な重み付け係数を取得するとともに、取得した重み付け係数を階調値に掛け合わせることによりピクセルカウント値を算出する。なお、算出されたピクセルカウント値はトナー消費量と正比例の関係にある。

重み付け係数テーブル７４は、図示しない記憶部に、ピクセルの階調値とその階調値の場合に好適な重み付け係数とが対応付けて格納されたものであり、各階調値に対応する重み付け係数がどのような値であるかを示している。重み付け演算部７８は、重み付け係数テーブル７４を参照して、カウント部７６が抽出した階調値に対応する重み付け係数を取得し、ピクセルカウント値を算出するようになっている。重み付け係数テーブル７４に示された重み付け係数は、階調値に掛け合わされることにより、トナー消費量と正比例の関係にあるピクセルカウント値を算出できるような換算係数となっている。重み付け演算部７８は、ピクセルカウント値の算出を画像に含まれる全てのピクセルについて行う。

積算部８０は、重み付け演算部７８によって算出されたピクセルごとのピクセルカウント値を全て足し合わせることにより、総ピクセルカウント値を算出する。この総ピクセルカウント値は、ピクセルカウント部５４に入力されたデジタル画像データに対応するトナー画像を形成する際に必要なトナー量と正比例の関係になる。

トナー消費量算出部５６は、ピクセルカウント部５４の積算部８０によって画像ごとに算出された総ピクセルカウント値の累積値を算出する。この累積値は、トナー補給ユニット３０が現像ユニット２０へトナーを補給し終えた時点を起点として算出される。つまり、トナー消費量算出部５６は、トナーが補給された時点からのトナー消費量の指標として、上記累積値を算出する。この累積値は、トナー消費量と正比例の関係になる。このトナー消費量算出部５６によって、現像槽２１内のトナーがどれだけ消費されたかを知ることができる。

ところで、ピクセルカウント部５４は、デジタル画像の各ピクセルの階調値だけでなく、現像ユニット２０における二成分系現像剤中のトナー濃度をも考慮してピクセルカウント値を求める点が従来の構成と異なっている。上述したように、現像ユニット２０の現像ローラ２３から感光体ドラム１１へのトナーの付着量は、感光体ドラム１１の表面電位、現像バイアスおよびトナーの帯電量によって決定される。ところが、トナーの帯電量は常に一定とはならず、特に二成分系現像剤を用いる場合においては、現像槽２１中のトナー濃度に依存して変化する。トナー濃度が低い場合には、単位量あたりのトナーが多くのキャリアと接触するので、トナーの帯電量が上昇し、一方、トナー濃度が高い場合には、単位量あたりのトナーが少ないキャリアとしか接触しないので、トナーの帯電量が低下するのである。

本実施形態のデジタル複写機１では、現像槽２１中のトナー濃度の目標値が６％に設定され、このときのトナーの帯電量は２５μＣ／ｍｇとなるが、実際にはトナー濃度が４．８％〜７．２％程度の範囲で振れるので、帯電量もそれに伴って変動する。ここで、トナーの濃度と帯電量との関係は、図３のグラフ（三角印のプロット）のようになる。そして、トナーの濃度と付着量との関係は、トナー濃度が６％のときの付着量を１００とすると、図３のグラフ（丸印のプロット）のようになる。また、この関係をテーブルにしたものを図４に示す。図３，４に示すように、トナー濃度が変化すれば、実際に感光体ドラム１１に付着するトナー量（すなわちトナー消費量）が大きく変化することが分かる。

そこで、ピクセルカウント部５４では、現像槽２１のトナー濃度に基づいて、テーブル書換部８２が重み付け係数テーブル７４を補正する構成となっている。この処理について詳述すると以下の通りである。

まず、所定のタイミングで、現像槽２１内に配された透磁率センサ２２の出力値をテーブル書換部８２が取得する。この透磁率センサ２２の出力値は、現像槽２１内のトナー濃度を示すものである。続いて、テーブル書換部８２は、記憶部の補正係数テーブルを参照し、透磁率センサ２２から取得したトナー濃度に対応する補正係数を取得する。図５は、補正係数テーブルの例を示すものである。補正係数テーブルは、記憶部に、トナー濃度と補正係数とが対応付けて格納されたものである。

なお、テーブル書換部８２は、上記の補正係数テーブルを参照する代わりに、次の式（１）
補正係数＝トナー濃度／６×１００ …（１）
によって補正係数を算出してもよい。

そして、テーブル書換部８２は、記憶部から、トナー濃度が６％の場合に最適な重み付け係数テーブルを取得し、取得した重み付け係数テーブルの各重み付け係数を、上記補正係数と掛け合わせることにより補正する。そして、補正した重み付け係数テーブルを、重み付け演算部７８が参照するテーブル７４として、記憶部に格納する。

このように、本実施形態のデジタル複写機１では、テーブル書換部８２が、重み付け係数テーブル７４を現像槽２１内のトナー濃度に基づいて補正するので、トナー濃度の変化に伴ってトナーの付着量が変動しても、トナーの消費量を正確に推定することができる。

なお、本実施形態において、上記所定のタイミングとは、デジタル複写機１の立上げ時、温湿度センサの検出値が閾値以上に変化したとき、あるいは、印字枚数の積算値が所定枚数に達したときなどで、かつ、現像処理を行っていないときに行われる。また、上記の説明では、テーブル書換部８２が補正係数に基づいて重み付け係数テーブル７４を補正する構成としたが、本発明はこれに限定されず、重み付け係数テーブル７４を固定のテーブルにするとともに、重み付け演算部７８が透磁率センサ２２から通知されたトナー濃度に基づいて上記の補正係数を取得し、階調値と重み付け係数と補正係数とを掛け合わせることによりピクセルカウント値を算出してもよい。つまり、ピクセルカウント部５４が階調値とトナー濃度とに基づいてピクセルカウント値を求める構成であれば、本発明はさまざまに改変することができる。

トナー補給指示部５８は、トナー消費量算出部５６が算出した累積値に基づいて、トナー補給ユニット３０に対して、現像ユニット２０へトナーを補給するよう指示するものである。トナー補給指示部５８が累積値に基づいて補給を指示する態様としては、主として以下の２種類の態様が挙げられる。

第１の態様として、トナー補給指示部５８は、トナー消費量算出部５６によって求められた累積値が閾値に到達した場合に、トナー補給ユニット３０に対して、累積値あるいは閾値に対応する量のトナーを補給するよう指示してもよい。上記の閾値としては、例えば１ｇのトナー消費量に相当する値とすることができる。この場合、トナー補給指示部５８は、累積値が１ｇのトナー消費量に相当する値に達したか否かを判定し、累積値が１ｇのトナー消費量に相当する値に達している場合に、１ｇのトナーを補給するよう指示する。また、トナー補給指示部５８は、トナー補給ユニット３０に対してトナーの補給を指示した場合に、トナー消費量算出部５６の累積値を０にリセットする。

上記の構成によれば、所定の量（例えば１ｇ）のトナーが消費されるたびに、消費されたトナーの量と同量（例えば１ｇ）のトナーが現像ユニット２０に補給されるので、現像ユニット２０内のトナーの量を一定に保つことができる。

また、上記の閾値を１ｇのトナー消費量に相当する値に設定すれば、現像ユニット２０に対して少しずつトナーを補給することになるので、現像ユニット２０の現像槽２１に含まれるトナーの量が大きく変動するのを防止することができる。これにより、現像槽２１での現像剤の粗密の偏りや凝集を避けることができ、現像剤の帯電特性や流動性を常に一定に保つことができるようになる。また、トナーを少しずつ補給するので、現像槽２１のトナー補給口付近においてトナーが凝集するのを防止することができる。さらに、印字率の高い原稿を連続で印刷する場合であっても、トナー不足が発生するのを回避することができる。

なお、トナーの補給は、透磁率センサ２２の検出値に基づいて制御されることもあるが、透磁率センサ２２はトナーの濃度を求めるものであるため、現像槽２１にて攪拌されるトナーの量が多い場合には、少量（例えば１ｇ）のトナーが消費されたことを検出するのは困難である。これに対して、本実施形態のデジタル複写機１では、ピクセルカウント値に基づいて補給を行うので、こまめな補給が可能となる。

また、第２の態様として、トナー補給指示部５８は、トナー画像の形成数が所定の閾値に到達した場合に、トナー補給ユニット３０に対して、トナー消費量算出部５６が算出した累積値に相当する量のトナーを補給するよう指示してもよい。この場合も、トナー補給指示部５８は、トナー補給ユニット３０に対してトナーの補給を指示した場合に、トナー消費量算出部５６の累積値を０にリセットする。上記の閾値としては、例えば、１とすることができる。この場合、トナー消費量算出部５６を省略することができ、トナー補給指示部５８は、トナー画像が１つ形成されるたびに、ピクセルカウント部５４によって求められた総ピクセルカウント値に対応する量のトナーを補給するよう指示する。このようにしても、第１の態様と略同様の効果を得ることができる。

制御部５０の各ブロック、具体的には画像処理部５２、ピクセルカウント部５４、トナー消費量算出部５６、およびトナー補給指示部５８は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

すなわち、デジタル複写機１は、各ブロックの機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるデジタル複写機１の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記デジタル複写機１に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。

また、デジタル複写機１を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。

次に、デジタル複写機１による複写処理の手順について説明する。図６は、デジタル複写機１による複写処理の手順を示すフロー図である。

まず、ユーザがスキャナ４０の原稿台に原稿をセットしてコピーボタンを押下すると、スキャナ４０が原稿を読み取って、原稿に応じた画像データが生成される（Ｓ１１：読み取り工程）。生成された画像データは画像処理部５２に送られ、画像データに対して画像処理部５２の各ブロックが上述した各種画像処理を行う（Ｓ１３：画像処理工程）。

画像処理部５２によって画像処理が行われた画像データは、露光ユニット１３に送られ、感光体ドラム１１、帯電ユニット１２、露光ユニット１３、現像ユニット２０、および転写ユニット１４が、シート上に画像データに応じたトナー画像を形成する（Ｓ２９：画像形成工程）。また、このステップＳ２９と並行して、ピクセルカウント部５４にも画像処理部５２によって画像処理が行われた画像データが送られる。

そして、ピクセルカウント部５４のカウント部７６および重み付け演算部７８が、画像処理部５２から送られた画像データと、トナー濃度に基づいて補正された重み付け係数テーブル７４とから、上述したようにピクセルカウント値を算出する（Ｓ１７：ピクセルカウント算出工程）。そして、ピクセルごとに算出されたピクセルカウント値は、積算部８０に送られる。

積算部８０は、ピクセルごとに算出されたピクセルカウント値を積算して、総ピクセルカウント値を算出する（Ｓ１９：総ピクセルカウント算出工程）。この総ピクセルカウント値は、ステップＳ２９において形成されるトナー画像に必要なトナーの量と正比例の関係にある値である。そして、算出された総ピクセルカウント値は、積算部８０に送られる。

トナー消費量算出部５６は、画像１枚分の画像データごとに送られてくる総ピクセルカウント値の累積値を算出する（Ｓ２１：累積工程）。この累積値は、トナーの消費量と正比例する値であるので、前回にトナー補給が行われてから、どれくらいのトナーが消費されたかを推定することができる。そして、トナー消費量算出部５６によって算出された累積値は、トナー補給指示部５８に送られる。

トナー補給指示部５８は、総ピクセルカウント値の累積値に基づいて、トナー補給ユニット３０に対して、現像ユニット２０へのトナーの補給を指示する（Ｓ２３：判定工程）。上述した第１の態様の場合、トナー補給指示部５８は、累積値と閾値とを比較し、累積値が閾値に到達しているか否かを判定する。ここで、累積値が閾値に到達している場合（Ｓ２３にてＹｅｓ）、トナー補給ユニット３０は、トナー補給指示部５８の指示に従って、累積値あるいは閾値に対応する量のトナーを現像ユニット２０に補給する（Ｓ２５：補給工程）。そして、トナー補給指示部５８は、トナー消費量算出部５６の累積値を０にリセットし（Ｓ２７：リセット工程）、全ての処理が終了する。一方、ステップＳ２３において、累積値が閾値に到達していない場合（Ｓ２３にてＮｏ）、そのまま処理が終了する。

また、上述した第２の態様の場合、トナー補給指示部５８は、トナー消費量算出部５６から累積値が送られた回数をトナー画像の形成枚数としてカウントし、カウントした回数が閾値に到達しているか否かを判定する。ここで、カウントした回数が閾値に到達している場合、トナー補給ユニット３０は、トナー補給指示部５８の指示に従って、累積値に対応する量のトナーを現像ユニット２０に補給する（Ｓ２５：補給工程）。そして、トナー補給指示部５８は、トナー消費量算出部５６の累積値および自身のカウント回数を０にリセットし（Ｓ２７：リセット工程）、全ての処理が終了する。一方、ステップＳ２３において、カウントした回数が閾値に到達していない場合（Ｓ２３にてＮｏ）、そのまま処理が終了する。

なお、上述した第２の態様で、かつ、トナー画像を１枚形成するたびにトナーの補給を行う場合は、ステップＳ２１，Ｓ２３，およびＳ２７を省略することができ、ステップＳ２５では、トナー補給指示部５８が、ステップＳ１９においてピクセルカウント部５４によって算出された総ピクセルカウント値に対応する量のトナーを補給するよう指示する。

本実施形態では、本発明をデジタル複写機に適用した例について説明したが、本発明は、デジタル複写機のほかに、ファクシミリ機、プリンタ、または複合機など、各種画像形成装置に適用することができる。例えばファクシミリ機の場合は、画像処理部５２に入力される画像データを、相手側のファクシミリ機から受信した画像データとすることができる。また、プリンタの場合は、画像処理部５２に入力される画像データを、印刷を指示したコンピュータから受信した画像データとすることができる。なお、何れの場合においても、画像処理部５２は省略してもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、デジタル複写機、ファクシミリ機、プリンタ、または複合機など、各種画像形成装置に適用することができる。

本発明の一実施形態を示すものであり、デジタル複写機における、画像処理およびトナー補給処理に関する機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、デジタル複写機の概略構成を示す横断面図である。 トナーの濃度と帯電量との関係、および、トナーの濃度と付着量との関係を示す図である。 図３のトナーの濃度と付着量との関係を表として示した図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、補正係数テーブルの例を示す図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、デジタル複写機による複写処理の手順を示すフロー図である。 従来の技術を示すものであり、画像処理およびトナー消費量換算を行うための機能構成を示すブロック図である。 従来の技術を示すものであり、画像処理およびトナー消費量換算の手順を示すフロー図である。 従来技術を示すものであり、信号入力値とそれに対応する重み付け係数との関係を示す図である。

符号の説明

１ デジタル複写機（画像形成装置）
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電ユニット
１３ 露光ユニット
１４ 転写ユニット
１５ クリーニングユニット
１６ 除電ユニット
２０ 現像ユニット（現像装置）
２１ 現像槽
２２ 透磁率センサ（センサ）
２３ 現像ローラ
３０ トナー補給ユニット（トナー補給装置）
４０ スキャナ
５０ 制御部
５２ 画像処理部
５４ ピクセルカウント部（ピクセルカウント手段）
５６ トナー消費量算出部（通算カウント手段）
５８ トナー補給指示部（トナー補給指示手段）

Claims (8)

1. トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤を用いて現像を行う現像装置と、上記現像装置へトナーを補給するトナー補給装置とを備え、デジタル画像データに応じたトナー画像を上記現像装置によって形成する電子写真方式の画像形成装置であって、
   上記デジタル画像データによって示されるデジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記現像装置における二成分系現像剤中のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値をピクセルごとに求め、ピクセルごとに求めた上記ピクセルカウント値を積算することにより、上記トナー画像のトナー消費量の指標である総ピクセルカウント値を求めるピクセルカウント手段と、
   上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値に基づいて、上記トナー補給装置に対して上記現像装置へのトナーの補給を指示するトナー補給指示手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記現像装置は、トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤が攪拌される現像槽と、上記現像槽の内部に配されて透磁率を検知するセンサと、上記現像槽の二成分現像剤を用いてトナー画像を形成する現像ローラとを備え、
   上記ピクセルカウント手段は、上記デジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記センサの出力値とに基づいて、上記ピクセルカウント値を求めることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記トナー補給指示手段は、上記ピクセルカウント手段によってデジタル画像ごとに求められた総ピクセルカウント値の累積値であって上記トナー補給装置が上記現像装置へトナーを補給し終えた時点からの累積値が閾値に到達した場合に、上記トナー補給装置に対して、上記累積値または上記閾値に対応する量のトナーを補給するよう指示することを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 上記デジタル画像ごとに上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値の累積値であって上記トナー補給装置が上記現像装置へトナーを補給し終えた時点からの累積値を求める通算カウント手段をさらに備え、
   上記トナー補給指示手段は、上記現像装置が上記デジタル画像データに応じたトナー画像を所定の数だけ形成するたびに、上記トナー補給装置に対して、上記通算カウント手段によって求められた累積値に対応する量のトナーを補給するよう指示することを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 上記トナー補給指示手段は、上記現像装置が上記デジタル画像データに応じたトナー画像を形成するたびに、上記トナー補給装置に対して、上記ピクセルカウント手段によって求められた総ピクセルカウント値に対応する量のトナーを補給するよう指示することを特徴とする、請求項１、２または４に記載の画像形成装置。
6. 請求項１に記載の画像形成装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
8. トナーおよびキャリアを含む二成分系現像剤を用いて現像を行う現像装置と、上記現像装置へトナーを補給するトナー補給装置とを備え、デジタル画像データに応じたトナー画像を上記現像装置によって形成する電子写真方式の画像形成装置の制御方法であって、
   上記デジタル画像データによって示されるデジタル画像の各ピクセルの階調値と、上記現像装置における二成分系現像剤中のトナーの濃度とに基づいて、ピクセルごとのトナー消費量の指標であるピクセルカウント値をピクセルごとに求め、ピクセルごとに求めた上記ピクセルカウント値を積算することにより、上記トナー画像のトナー消費量の指標である総ピクセルカウント値を求めるピクセルカウント工程と、
   上記ピクセルカウント工程によって求められた総ピクセルカウント値に基づいて、上記トナー補給装置に対して上記現像装置へのトナーの補給を指示するトナー補給指示工程とを含んでいることを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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