JP2009169307A - トナー補給装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーの過多補給および過少補給を防止し、収容容器内のトナーの濃度を一定に保つことのできるトナー補給装置およびそれを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】 トナー補給装置は、トナー消費量算出部１５０を含む。トナー消費量算出部１５０は、画像データ入力部６２から入力される多値画像の各ピクセルの階調値を用いて、トナーの通算消費量を算出する。具体的には、予測消費量算出部６３によってトナーの消費量の予測値を求め、算出されたトナーの消費量を補正消費量算出部６４によって補正した後、通算消費量算出部６５によって積算し、トナーの通算消費量を算出する。この通算消費量が基準消費量以上になると、予め定める第１補給量のトナーを現像槽に補給させる。またトナー濃度取得部によって取得されるトナーの濃度が補給開始濃度未満になると、予め定める第２補給量のトナーを現像槽に補給させる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、トナーを用いて静電潜像を現像する現像手段のトナー収容容器にトナーを補給するためのトナー補給装置およびそれを備える画像形成装置に関する。

電子写真法に基づいて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置は、たとえば複写装置、プリンタまたはファクシミリ装置として用いられている。電子写真方式の画像形成装置は、感光体ドラム、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置および定着装置を含んで構成される。

このような画像形成装置では、帯電装置によって帯電させた感光体ドラムの感光面に対して、露光装置による露光を行って静電潜像を形成する。そして、形成した静電潜像を現像装置において、たとえばトナーとキャリアとから成る２成分現像剤を用いて現像し、可視像であるトナー像を形成する。このトナー像を、転写装置によって紙などの記録材に転写した後、定着装置によって定着することによって画像が形成される。

このように２成分現像剤を用いて静電潜像を現像する画像形成装置では、現像処理に用いられる２成分現像剤中のトナーの濃度が、形成する画像の品質に影響を与える。そこで、このような画像形成装置では、一定濃度の画像を得るために、２成分現像剤が収容される現像剤収容容器にトナーを補給してトナー濃度が適正な範囲内に入るように制御している。

現像剤収容容器へのトナーの補給に関する従来技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている画像形成装置は、ドットカウンタでカウントされた画素数、すなわちピクセルの数に基づいてトナーの補給を行う。

特許文献１には、感光体に濃度測定用パターンを形成して、この濃度測定用パターンのトナー濃度をトナー濃度検出センサで検出して、その結果に基づいてトナーの補給量を補正することが開示されている。また特許文献１には、書き込む画素密度によってトナーの補給量の補正値を変更することが開示されている。

特開平６−３２４５６９号公報

特許文献１に開示の技術では、濃度測定用パターンのトナー濃度の測定結果に基づいてトナーの補給量を補正し、またトナーの補給量の補正値を画素密度によって変更しているが、画像のエッジ部の影響については考慮していない。

画像のエッジ部を構成するピクセルと、エッジ部以外の部分を構成するピクセルとでは、入力階調値が同じであっても、感光体へのトナーの付着量が異なる場合がある。したがって特許文献１に開示の技術のように画像のエッジ部の影響を考慮せずにトナーの補給量の補正およびその補正値の変更を行なっても、トナーの補給量を適切に補正することはできないので、トナーの補給量が、実際に必要な量と異なる場合がある。

たとえばトナーが過剰に補給されてしまうことがある。このようにトナーが過剰に補給された場合、現像剤収容容器内のトナー濃度が現像に適した濃度から外れてしまうので、現像剤収容容器内のトナー濃度を適正化する必要があるが、現像剤収容容器内のトナー濃度を適正化する方法としては、過剰に補給されたトナーを現像によって消費する以外に方法がない。したがって、形成される画像の品質が低下することを避けることができない。

またトナーの補給量が過度に少なくなると、現像剤収容容器内のトナーの濃度を現像に必要な濃度に保つことができなくなってしまう。

本発明の目的は、トナーの過多補給および過少補給を防止し、収容容器内のトナーの濃度を一定に保つことのできるトナー補給装置およびそれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、複数のピクセルから成り、各ピクセルが階調値で表される多値画像に基づいて像担持体に形成される静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像手段の前記トナーを収容するトナー収容容器にトナーを補給するためのトナー補給装置であって、
予め定める第１および第２補給量のトナーをトナー収容容器に補給可能な補給手段と、
トナー収容容器に第１補給量のトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量を、入力される多値画像に基づいて算出するトナー消費量算出手段と、
トナー収容容器に収容されるトナーの濃度を取得する濃度取得手段と、
トナー消費量算出手段によって算出されるトナーの通算消費量が、予め定める基準消費量以上になると、第１補給量のトナーをトナー収容容器に補給し、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が、予め定める補給開始濃度未満になると、第２補給量のトナーをトナー収容容器に補給するように補給手段を制御する制御手段とを含み、
前記トナー消費量算出手段は、
入力される多値画像の各ピクセルの階調値を取得する階調値取得部と、
前記多値画像におけるエッジを主走査方向および副走査方向に関して検出するエッジ検出部と、
前記階調値取得部によって取得される階調値と、前記エッジ検出部による主走査方向および副走査方向に関するエッジの検出結果とを用いて、トナーの消費量の予測値を求め、前記予測値を用いて、トナーの通算消費量を算出する算出部とを備えることを特徴とするトナー補給装置である。

また本発明は、前記制御手段は、算出部によってトナーの通算消費量が算出された時点から、予め定める算出補給遅延時間が経過した時点で、第１補給量のトナーの補給を開始するように補給手段を制御することを特徴とする。

また本発明は、前記制御手段は、トナー濃度取得部によってトナーの濃度が取得された時点から、予め定める濃度補給遅延時間が経過した時点で、第２補給量のトナーの補給を開始するように補給手段を制御することを特徴とする。

また本発明は、前記トナー収容容器は、トナーとともにキャリアを収容し、
前記補給開始濃度は、キャリアに対するトナーの被覆率が１００％以下になる濃度であることを特徴とする。

また本発明は、前記制御手段は、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が、前記補給開始濃度未満になると、トナー収容容器へのトナーの補給を開始し、前記トナーの濃度が、補給開始濃度よりも大きい補給停止濃度以上になると、トナー収容容器へのトナーの補給を停止するように補給手段を制御することを特徴とする。

また本発明は、複数のピクセルから成り、各ピクセルが階調値で表される多値画像に基づいて像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
トナーを収容するトナー収容容器を含み、像担持体に形成される静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、
現像手段のトナー収容容器にトナーを補給するための前記本発明のトナー補給装置とを備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、トナー補給装置は、補給手段と、トナー消費量算出手段と、濃度取得手段と、制御手段とを備えている。補給手段は、予め定める第１および第２補給量のトナーをトナー収容容器に補給可能である。トナー消費量算出手段は、階調値取得部とエッジ検出部と算出部とを備えている。階調値取得部によって、入力される多値画像の各ピクセルの階調値が取得される。エッジ検出部は、入力される多値画像におけるエッジを主走査方向および副走査方向に関して検出する。このエッジ検出部による主走査方向および副走査方向に関するエッジの検出結果と、階調値取得部によって取得される階調値とを用いて、算出部によってトナーの消費量の予測値が求められ、この予測値を用いて、現像剤収容容器に第１補給量のトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量が算出される。このトナーの通算消費量が基準消費量以上になると、制御手段によって制御される補給手段によって、第１補給量のトナーがトナー収容容器に補給される。また濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が補給開始濃度未満になると、制御手段によって制御される補給手段によって、第２補給量のトナーがトナー収容容器に補給される。したがって、トナーの過多補給および過少補給を防止し、トナー収容容器内のトナーの濃度を一定に保つことができる。

またトナーの消費量の予測値に用いられるエッジの検出結果は、主走査方向および副走査方向の両方に関するエッジの検出結果であるので、エッジの検出結果として主走査方向および副走査方向のいずれか一方に関するエッジの検出結果を用いる場合に比べて、トナーの消費量の予測値をより正確に求めることができる。したがってトナーの通算消費量をより正確に求めることができるので、トナーの過多補給および過少補給をより確実に防止し、トナー収容容器内のトナーの濃度をより確実に一定に保つことができる。

また本発明によれば、算出部によってトナーの通算消費量が算出された時点から算出補給遅延時間が経過した時点で、制御手段によって制御される補給手段によって、第１補給量のトナーの補給が開始される。これによって、トナー収容容器のうち、トナーが現像に使用されてトナーの濃度が低下した領域に、必要量のトナーを補給することが可能であるので、トナー収容容器内のトナーの濃度を均一化することが可能である。

また本発明によれば、トナー濃度取得部によってトナーの濃度が取得された時点から濃度補給遅延時間が経過した時点で、制御手段によって制御される補給手段によって、第２補給量のトナーの補給が開始される。これによって、トナー収容容器のうち、トナーが現像に使用されてトナーの濃度が低下した領域に、必要量のトナーを補給することが可能であるので、トナー収容容器内のトナーの濃度を均一化することが可能である。

また本発明によれば、補給開始濃度は、キャリアに対するトナーの被覆率が１００％以下になる濃度であるので、トナーの帯電不良を防止し、かぶりの発生を防止することができる。

また本発明によれば、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が補給開始濃度未満になると、制御手段によって制御される補給手段によってトナーの補給が開始され、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が補給開始濃度よりも大きい補給停止濃度以上になると、トナーの補給が停止される。このようにトナーの濃度に基づく補給動作にヒステリシスを持たせることによって、補給手段による補給動作のチャタリングと呼ばれる振動を防止することができる。

また本発明によれば、前述のようにトナーの過多補給および過少補給を防止し、トナー収容容器内のトナーの濃度を一定に保つことのできるトナー補給装置を備えて画像形成装置が構成される。これによって、一定の品質の画像を安定して形成することのできる画像形成装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態であるトナー補給装置１１の構成を示すブロック図である。図２は、トナー補給装置１１を備える本発明の実施の一形態の画像形成装置である複写機３０の概略構成を示す概略構成図である。この複写機３０は、トナーとキャリア（磁性キャリア）とを混合してなる現像剤（２成分現像剤）を用いる現像手段である現像装置１０と、この現像装置１０のトナー収容容器、より詳細には現像剤収容容器である現像槽４にトナーを補給するためのトナー補給装置１１を備えている。

（複写機３０の構成）
複写機３０は複写機、プリンターおよびファクシミリ装置としての機能を有するものであり、スキャナ部３１、通信部３４、レーザプリンター部３２を備えている。

スキャナ部３１は透明ガラスからなる原稿載置台３５、原稿載置台３５上へ自動的に原稿を供給搬送するための両面対応自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ；Recirculating Automatic Document Feeder）３６、及び原稿載置台３５上に載置された原稿の画像を走査して読み取るための原稿画像読み取りユニット、すなわちスキャナユニット４０を含んで構成されている。そして、このスキャナ部３１にて読み取られた原稿画像は、画像データとして後述する画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施される。

ＲＡＤＦ３６は、所定の原稿トレイ（図示せず）上に複数枚の原稿を一度にセットしておき、セットされた原稿を１枚ずつ自動的に原稿載置台３５上へ給送する装置である。そして、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取りが行われた後、所定の取り出し位置にまで搬出する機能を有している。

また、ＲＡＤＦ３６は、両面自動原稿送り装置としての機能を有している。すなわち、ＲＡＤＦ３６は、片面の読み取りに用いる片面用搬送路に加えて、両面の読み取りに使用する両面用搬送路、搬送路を切り換えるためのガイド、各搬送路における原稿の状態を把握（確認）・管理するためのセンサ群および制御部等（全て図示せず）を有している。これにより、スキャナユニット４０による原稿画像の読み取り後、原稿を裏返し、再び原稿載置台３５に搬送することが可能となっている。

そして、ＲＡＤＦ３６は、ユーザ（オペレータ）によって入力される選択指示に応じて、原稿の片面読み取りあるいは両面読み取りのいずれかを実行するように設定されている。

スキャナユニット４０は、原稿載置台３５上に搬送された原稿の画像を、１ライン毎に読み取る原稿画像読み取りユニットである。そして、図２に示すように、第１走査ユニット４０ａ，第２走査ユニット４０ｂ，光学レンズ４３およびＣＣＤ４４を有している。

第１走査ユニット４０ａは、原稿載置台３５に沿って図２の紙面に向かって左から右へと一定速度Ｖで移動しながら原稿を露光するものである。そして、図２に示すように、光を照射するためのランプリフレクターアセンブリ４１と、原稿からの反射光を第２走査ユニット４０ｂに導く第１の反射ミラー４２ａとを有している。

第２走査ユニット４０ｂは、第１走査ユニット４０ａに追随してＶ／２の速度で移動するようになっている。そして、第１の反射ミラー４２ａに反射される光を光学レンズ４３およびＣＣＤ４４の方向へ導くための、第２・第３の反射ミラー４２ｂ・４２ｃを備えている。

光学レンズ４３は、この第３の反射ミラー４２ｃに反射される光を、ＣＣＤ４４上で結像させるものである。

ＣＣＤ（光電変換素子）４４は、光学レンズ４３によって結像された光を、電気信号（電気的画像信号）に変換するためのものである。このＣＣＤ４４によって得られたアナログの電気信号は、ＣＣＤ４４を備えたＣＣＤボード（図示せず）によってデジタル信号の画像データに変換される。そして、この画像データは、画像処理部において各種の画像処理が施された後にメモリ（図示せず）に記憶される。そして、複写機３０のメインＣＰＵ（図示せず）の出力指示に応じて、レーザプリンター部３２に伝達されるように設定されている。

このように、スキャナ部３１は、上記ＲＡＤＦ３６とスキャナユニット４０との互いに関連した動作により、原稿載置台３５上に読み取るべき原稿を順次載置させながら、原稿載置台３５の下面に沿ってスキャナユニット４０を移動させて原稿画像を読み取るように構成されている。

通信部３４は、無線通信あるいは有線通信によって、パーソナルコンピュータＰＣやファクシミリ装置ＦＡＸなどの外部装置と通信を行うものである。これにより、たとえばスキャナ部３１によって読み取った画像データを外部に送信したり、あるいは、外部機器から受信したデータに基づく画像をレーザプリンター部３２によってシート（記録材、記録媒体）上に形成したりできるようになっている。

レーザプリンター部３２は、画像データに基づいてシートに画像を形成するためのものである。そして、図２に示すように、レーザ書き込みユニット４６、電子写真プロセス部４７およびシート搬送機構５０を備えている。レーザ書き込みユニット４６および電子写真プロセス部４７は、潜像形成手段に相当する。

レーザ書き込みユニット４６は、スキャナ部３１（スキャナユニット４０）によって読み取られた画像データや、外部装置から受信した画像データに基づいて、電子写真プロセス部４７における感光体ドラム（潜像保持体）４８にレーザ光を照射し、静電潜像を形成するものである。レーザ書き込みユニット４６は、後述する図９に示すパルス幅変調回路１１０および半導体レーザ素子１１１、ならびにレーザ光を等角速度で偏向する不図示のポリゴンミラーおよびｆ−θレンズを含む。ここで、ｆ−θレンズは、ポリゴンミラーによって偏向されたレーザ光を、感光体ドラム４８の表面において、等角速度で偏向されるように補正するものである。

レーザ書き込みユニット４６に入力される画像データは、パルス幅変調回路１１０に入力される。パルス幅変調回路１１０は、入力される画像データのピクセル毎に、そのピクセルの信号入力値である階調値に対応した幅、より詳細には時間長のレーザ駆動パルスを形成して出力する。パルス幅変調回路１１０は、相対的に見て、階調値が高く高濃度のピクセルに対応する信号入力値に対しては、より幅の広い駆動パルスを形成し、階調値が低く低濃度のピクセルに対応する信号入力値に対しては、より幅の狭い駆動パルスを形成し、階調値が中程度であり中濃度のピクセルに対応する信号入力値に対しては、中間の幅の駆動パルスを形成する。

パルス幅変調回路１１０から出力されたレーザ駆動パルスは、半導体レーザ素子１１１に供給される。またパルス幅変調回路１１０から出力されたレーザ駆動パルスは、後述する図９に示す主走査方向エッジカウント部１２１およびドットカウント部１２２に入力される。半導体レーザ素子１１１は、供給されるレーザ駆動パルスのパルス幅に対応する時間だけ駆動され、発光する。したがって半導体レーザ素子１１１は、相対的に見て、高濃度画素に対しては、より長い時間駆動され、低濃度画素に対しては、より短い時間駆動されることになる。

半導体レーザ素子１１１から出射されたレーザ光は、図示しないが、ポリゴンミラーによって掃引され、ｆ／θレンズなどのレンズ、およびレーザ光を像担持体である感光体ドラム４８方向に指向させる固定ミラーによって感光体ドラム４８上にスポット結像される。このようにして、レーザ光が感光体ドラム４８の回転軸とほぼ平行な方向（主走査方向）にこのドラム４８を走査し、静電潜像を形成する。

電子写真プロセス部４７は、感光体ドラム４８と、その周囲に設けられた帯電器１２、現像装置１０、転写器１４、不図示の剥離器、クリーニング器１３および不図示の除電器とを備えている。

帯電器１２は、感光体ドラム４８上にレーザ書き込みユニット４６によって静電潜像を形成させるために、感光体ドラム４８の表面を均一に帯電させる。

現像装置１０は、レーザ書き込みユニット４６によって形成された感光体ドラム４８上の静電潜像を現像してトナー像を生成する。現像装置１０の詳細については後述する。

転写器１４は、現像装置１０によって生成したトナー像をシート（記録媒体）に対して静電転写する。

シート搬送機構５０は、図２に示すように、搬送部３３、カセット給紙装置５１〜５４、定着器４９、用紙反転部５５、再供給経路５６、排紙ローラ５７を備えており、電子写真プロセス部４７にシートを供給するとともに、シートに転写された画像を定着させ、さらに、シートを外部に排出する機能を有している。

搬送部３３は、電子写真プロセス部４７における所定の転写位置（転写器が配置されている位置）にシートを搬送するためのものである。

カセット給紙装置５１〜５４は、転写にかかるシートを蓄積しておくとともに、転写時に、シートを搬送部３３に送り込むためのものである。

定着器４９は、シートに転写されたトナー像を定着させるものである。
用紙反転部５５は、搬送されてきた用紙の表裏を反転して排出（スイッチバック）するものである。

再供給経路５６は、トナー像の定着後、シートの裏面に画像を形成するために、シートを搬送部３３に再供給するための経路である。

排紙ローラ５７は、搬送されてきたシートを後処理装置（図示せず）に排出するためのものである。

（現像装置１０の構成）
次に、現像装置１０の構成について説明する。図３は、トナー補給装置１１および現像装置１０の構成を示す断面図である。この図に示すように、現像手段である現像装置１０は、現像剤担持体である現像ローラ１、撹拌ローラ２，３、トナー収容容器である現像槽４、ドクターブレード５を備えている。本実施形態において現像槽４は、現像剤収容容器として機能し、トナーとともにキャリアを収容する。

現像槽４は、トナーとキャリアとから成る２成分現像剤を収容するための現像剤収容容器であり、現像槽４内には、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３、ドクターブレード５が備えられている。また、現像槽４における撹拌ローラ２と対向する位置には、トナー濃度センサ１００が備えられている。また、現像槽４には、開口部６が設けられており、この開口部６を介してトナー補給槽７から現像剤が供給されるようになっている。トナー濃度センサ１００と、補給ローラ８が設けられる開口部６とは、現像剤の搬送方向において離隔して設けられている。

現像ローラ１は、現像槽４の開口部から一部が露出し、この露出した部分が感光体ドラム４８と対向するように設けられた、円筒状の回転ローラであり、現像槽４内に収容されているトナーを担持して上記露出部における感光体ドラム４８との対向部に搬送するものである。これにより、感光体ドラム４８上に形成された静電潜像に、トナーを付着させることができ、この静電潜像を現像してトナー像を形成することができる。図３に示した矢印Ａ，Ｂはそれぞれ、感光体ドラム４８、現像ローラ１の回転方向を示している。現像ローラ１と、補給ローラ８が設けられる開口部６とは、現像剤の搬送方向において離隔して設けられている。

ドクターブレード５は、現像槽４における現像ローラ１と感光体ドラム４８とのニップ部よりも上流側に備えられ、現像ローラ１とドクターブレード５の先端とのギャップであるドクターギャップＤｇを規定し、現像ローラ１に付着したトナーの一部を穂切するものである。

トナー濃度センサ１００は、現像槽４における撹拌ローラ２と対向する位置に備えられ、トナー濃度を検出するものである。トナー濃度センサは、たとえば透磁率センサによって実現される。図４は、トナー濃度センサ１００の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、トナー濃度センサ１００は、一次コイル１０２、検知コイル１０３、基準コイル１０４、位相比較回路１０５、平滑回路１０６を備えている。

一次コイル１０２の両端は、交流電源１０１に接続されている。また、一次コイル１０２の一方の端部は、位相比較回路１０５に接続されている。

一次コイル１０２の二次側には、略同じ巻き数で逆極性の２個のコイルが直列に巻かれている。この２個のコイルの一方が基準コイル１０４、他方が検知コイル１０３である。

一次コイル１０２および基準コイル１０４の近くには高透磁率のねじコア１０７が磁心として働くように挿入されている。このねじコア１０７の位置を調整することにより、一次コイル１０２と基準コイル１０４との間のインダクタンスを調整することができる。

一次コイル１０２および検知コイル１０３の近く（図４の領域Ｔ、図３におけるトナー濃度センサ１００と撹拌ローラ２との間の領域）には、測定されるべきトナー（現像剤）が流れており、その現像剤が磁心として働いて一次コイル１０２と検知コイル１０３との間のインダクタンスを変化させる。このインダクタンスの大きさは、磁心として働いている現像剤あるいは磁性キャリアの磁粉量によって決まるので、検知コイル１０３の出力電圧によって磁粉量すなわちトナー濃度を測定できる。

基準コイル１０４と検知コイル１０３とは略同じ巻き数であり、極性は逆極性である。また、基準コイル１０４と検知コイル１０３とは、直列に結ばれているので、その出力としては両コイルの差が取り出せる。位相比較回路１０５では、一次コイル１０２へ供給される交流電圧と二次側のコイルである基準コイル１０４および検知コイル１０３の出力との排他的論理和をとる。その後、その出力信号を平滑回路１０６で平滑化して直流電圧として取り出す。そして、詳細は後述するが、現像装置１０では、この出力電圧を用いてトナー（現像剤）の補給量の制御に用いられるようになっている。

撹拌ローラ２，３は、現像槽４内の現像剤を撹拌することで、現像剤を微少に帯電させるものである。図３に示した矢印Ｃは、撹拌ローラ２の回転方向を示している。

（トナー補給装置１１の構成）
トナー補給装置１１は、トナー補給槽７を備える。トナー補給槽７には、図３に示したように、開口部が設けられており、この開口部と現像槽４に設けられた開口部６とを介して、トナー補給槽７内のトナーが現像槽４に供給されるようになっている。より詳細には、トナー補給槽７の上記開口部付近には、補給手段である補給ローラ８が備えられており、後述するトナー濃度制御系６０が、補給ローラ８を回転駆動させるための補給ローラ駆動モータ７１の回転を制御することで、現像槽４に補給するトナーの量が制御される。トナー補給槽７には、上記開口部とは異なる開口部がさらに設けられており、この開口部を介して、トナー補給槽７に対して交換可能に取り付けられるトナーカートリッジ７ａからトナーが必要に応じて補給されるようになっている。また、トナー補給槽７内には、トナー（現像剤）を撹拌するための撹拌部材９が備えられている。

さらにトナー補給装置１１は、図１に示すように、トナー濃度制御系６０、ＲＯＭ（ Read Only Memory）８０、ＲＡＭ（Random Access Memory）８１および補給ローラ駆動モータ７１を備える。ＲＯＭ８０、ＲＡＭ８１、補給ローラ駆動モータ７１は、トナー濃度制御系６０に接続されている。トナー濃度制御系６０は、制御手段である制御部６１、画像データ入力部６２、予測消費量算出部６３、補正消費量算出部６４、通算消費量算出部６５、主補給タイミング制御部６６、主補給量制御部６９、補給ローラ主駆動部７０、トナー濃度取得部７３、補助補給タイミング制御部７４、補助補給量制御部７５、補給ローラ補助駆動部７６を備えている。予測消費量算出部６３、補正消費量算出部６４および通算消費量算出部６５は、トナー消費量算出部１５０を構成する。予測消費量算出部６３、補正消費量算出部６４および通算消費量算出部６５は、算出部として機能する。

制御部６１は、トナー濃度制御系６０の中枢部であり、トナー濃度制御系６０の全ての動作を制御する。制御部６１は、中央処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ
）によって実現される。また、ＲＯＭ８０にはトナー濃度制御等のプログラムが記憶されており、制御部６１は、ＲＯＭ８０に記憶されたプログラムを読み込んで実行することで、トナー濃度制御系６０の各部の動作を制御する。制御部６１は、複写機３０のメインＣＰＵの一部であってもよい。

ＲＡＭ８１は、基準値記憶部８１ａ、トナー濃度基準値記憶部８１ｂを含んでいる。基準値記憶部８１ａは、画像データから算出したトナーの通算消費量に基づくトナーの補給を行うか否かを判断するための基準消費量を記憶する。トナー濃度基準値記憶部８１ｂは、トナーの補給を開始する濃度である補給開始濃度を記憶する。

補給開始濃度は、キャリアに対するトナーの被覆率が１００％以下になる濃度に選ばれる。「トナーの被覆率」とは、２個のキャリアにトナー１個が共有されるとして求められる被覆率のことである。

本実施形態では、特許第３７１０８０１号公報に記載されているように、キャリアである磁性体キャリアの平均体積直径をＤｃav＿vol（μｍ）とし、トナーの平均体積直径をＤｔav＿vol（μｍ）とし、磁性体キャリア比重をγｃとし、トナー比重をγｔとしたとき、トナー濃度取得部７３によって取得されるトナー濃度ＴＤ（％）が次式（１）により規定される範囲内に収まるように補給開始濃度を選択し、トナーを補給する。
ＴＤ≦｛γｔ・Ｖｔ／Ｎｔ／（γｃ・Ｖｃ）｝×１００ …（１）

式（１）において、各記号の意味は、以下の通りである。
Ｖｔ（トナー体積）＝（π／６）・(Ｄｔav＿vol)^３
Ｓｃ（磁性体キャリア表面積）＝π・（Ｄｃav＿vol＋Ｄｔav＿vol）^２
Ｎｔ（線密個数）＝Ｓｃ／[（３^０．５／２）・(Dｔav＿vol)^２]／２
Ｖｃ（磁性体キャリア体積）＝（π／６）・(Ｄｃav＿vol)^３

磁性体キャリアの平均体積直径Ｄｃav＿vol（μｍ）およびトナーの平均体積直径Ｄｔav＿vol（μｍ）を用い、上記式（１）に基づいて、取得されたトナー濃度ＴＤ（％）を収めるべき規定の範囲を設定すれば、この目標となる規定の範囲を正確に設定することができ、トナー濃度を常に的確に制御することが可能になる。これにより、画像のカスレやカブレ等の発生が防止される。

次に、この様な目標となるトナー濃度の規定の範囲が正確である理由を説明する。まず、磁性体キャリアｃが大球形であって、トナーｔが小球形であるとする。その上で、多数のトナーｔが磁性体キャリアｃ表面に付着して、磁性体キャリアｃ表面が完全に被われ、それ以上のトナーの付着余地が磁性体キャリアｃ表面になく、かつ磁性体キャリアｃ表面に付着していない余剰のトナーがなく、また隣接する２つの磁性体キャリアによって１つのトナーが共有されているときに、トナーの被覆率が１００％であり、そのときに的確なトナー濃度の上限値ＴＤ１００％が設定されているものとする。

この状態では、磁性体キャリアの平均体積直径をＤｃav＿vol（μｍ）とし、トナーの平均体積直径をＤｔav＿vol（μｍ）とし、磁性体キャリア比重をγｃとし、トナー比重をγｔとすると、理論上、次式（２）により適確なトナー濃度の上限値ＴＤ１００％を算出することができる。
ＴＤ１００％＝｛γｔ・Ｖｔ／Ｎｔ／（γｃ・Ｖｃ）｝×１００ …（２）

上記式（１）の右項と上記式（２）の右項は同じである。したがって、上記式（１）は、取得されたトナー濃度ＴＤ（％）を、上記式（２）の適確なトナー濃度の上限値ＴＤ１００%以下に保ちながら、トナー濃度ＴＤ（％）を上限値ＴＤ１００％に常に近づけることを示唆している。

仮に、余剰のトナーｔがあると、取得されたトナー濃度ＴＤ（％）が上記式（１）の規定の範囲から外れる。この場合は、余剰のトナーｔがマグネットローラである現像ローラ１から感光体ドラム４８へと供給されて、画像のかぶりが生じる。

したがって、補給開始濃度を式（２）によって表されるＴＤ１００％以下に選ぶことによって、トナーの被覆率を１００％以下とすることができ、トナーの帯電不良を防止し、かぶりの発生を防止することができる。

基準値記憶部８１ａに記憶する基準値、および、トナー濃度基準値記憶部８１ｂに記憶するトナー濃度の基準値は、たとえばＲＯＭ８０に予め記憶されていてもよく、あるいは、図示しない入力手段を介してユーザが設定してもよい。

また、制御部６１が、ＲＯＭ８０から読み込んだプログラム等の情報や、トナー濃度センサ１００の出力電圧に基づくトナー濃度の情報などを、ＲＡＭ８１に一時記憶するようにしてもよい。

画像データ入力部６２には、スキャナ部３１によって読み取った画像や通信部３４を介して外部機器から受信した画像データに対して、所定の画像処理を施された画像データが入力される。所定の画像処理とは、たとえば、それ以降の画像処理に対する前処理、画像調整における入力ガンマ補正、変換、領域分離処理、文字領域、網点写真領域等の領域判定処理、領域ごとに領域判定結果を示す識別信号を付加する領域分離処理、ＲＧＢの画像信号をＣＭＹＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像信号に変換する色補正処理、変倍処理、空間フィルタ処理、中間調ガンマ特性の補正処理、などである。そして、画像データ入力部６２は、入力された画像データを予測消費量算出部６３に出力する。

予測消費量算出部６３は、画像データ入力部６２から入力された画像データである多値画像の画像信号に対して、ピクセル（以下「画素」ということがある）単位で重み付け係数を掛け合わせながらピクセルカウントを行ない、トナー消費量の予測値を算出する。多値画像は複数のピクセルから成り、各ピクセルは階調値で表されている。

ここで、トナー消費量の予測値を算出する処理について、より詳細に説明する。なお、以下に述べる処理は、カラー画像を形成する場合には各色について（たとえば入力されるＣＭＹＫ信号ごとに）、それぞれ行われるものとする。

図５は、予測消費量算出部６３の構成を示すブロック図である。図５では、画像データ入力部６２および補正消費量算出部６４を合わせて示す。予測消費量算出部６３は、小領域生成部９１と、階調値取得部９２と、係数格納部９３と、重み付け演算部９４と、積算部９５とを備えている。重み付け演算部９４および積算部９５は、トナー量相当カウント算出部として機能する。

小領域生成手段である小領域生成部９１は、画像データ入力部６２から出力される各画像の出力画像信号を、予め定められた小領域ごとの信号にグループ化する。各小領域に属する各ピクセルの信号入力値は、その小領域に対するトナーの消費量に相関のあるカウント値（以下「トナー量相当カウント」ということがある）の演算に寄与する。

複写機３０において、感光体ドラム４８上に形成される静電潜像は、たとえ、あるピクセル同士が同じ信号入力値（階調値）を有していても、周辺のピクセルがどのような信号入力値となるかによって、現像性が変化する。レーザ書き込みユニット４６から、あるピクセルに対して、その階調データに対応する同じ露光条件の光が照射されたとしても、その周辺のピクセルがどのような条件で露光されるのかによって、静電潜像の質が異なるのである。したがって、その静電潜像に対するトナー付着量も異なることになるので、各ピクセルにおけるトナーの消費量は、周辺のピクセルの信号入力値に影響を受ける。そこで、本実施の形態では、各ピクセルの信号入力値のみを考慮するのではなく、小領域に含まれる複数のピクセルの信号入力値に応じた重み付け係数を用いて、各ピクセルにおけるトナーの消費量の予測値に対応したトナー量相当カウントを計算する。

小領域生成部９１は、信号を小領域ごとにグループ化するのに、たとえば、画像全体を構成する全ピクセルに対して、３×３や４×４のマトリックスで表されるピクセル群を生成する。このようなピクセル群からなる小領域は、１つの連続した領域であればよく、その形状は任意である。このとき、全ピクセルのそれぞれを注目ピクセルとして各注目ピクセルに対して１つずつ小領域を作成するようにしてもよいし、全ピクセルを、各ピクセルがいずれか１つの小領域のみに属するように分割して小領域を作成するようにしてもよい。いずれにしても、小領域生成部９１は、入力される画像信号に対して、複数のピクセルからなる小領域を、各ピクセルがいずれか１つの小領域にトナー量相当カウント換算対象ピクセルとして含まれるように生成する。

図６に、３×３のマトリックスで表される小領域であって、各ピクセルがいずれか１つの小領域で注目ピクセルとなる例を示す。注目ピクセルはトナー量相当カウント換算対象ピクセルである。この小領域（実線）では中央のピクセルｐｉｘ１が注目ピクセルである。たとえば信号入力値が２５６階調で表されるとして、ピクセルｐｉｘ１の信号入力値が１２８でその左隣のピクセルｐｉｘ２の信号入力値が６４であり、その他のピクセルの信号入力値が０の場合が示されている。ピクセルｐｉｘ２が注目ピクセルとなるときには図の破線で示した別の小領域が生成される。したがって、小領域同士が重なり合い、各ピクセルの信号入力値は異なる小領域における演算のために複数回使用される。注目ピクセルが画像のエッジに位置する小領域では、画像範囲外のピクセルの信号入力値としてダミーの値を設定すればよい。

また、図７に、３×３のマトリックスで表される小領域であって、各ピクセルがいずれか１つの小領域のみに属する例を示す。この場合の小領域は、全画像を分割したものに相当し、互いに重ならない。したがって、小領域の全ピクセルがトナー量相当カウント換算対象ピクセルである。

以上の小領域は、周辺ピクセルの影響を適切に反映させるために、あまり大きい領域でない方が好ましく、最大で６×６のマトリックスとする。小領域の形状は任意でよいので、６×６のマトリックスの領域内に収まる小領域が好ましいと言える。あまり大きい小領域を生成すると、却って以降のトナー量相当カウント演算の精度が低下する。

小領域生成部９１で各小領域にグループ化された後は、各信号入力値は、小領域へのグループ化情報とともに、階調値取得部９２に入力される。小領域へのグループ化情報があれば、図６のように複数の小領域に使用されるピクセルが存在する場合でも、同じピクセルの信号入力値を複数個作成しなくて済む。

階調値取得部９２は、入力される多値画像のピクセル毎の階調値を取得する。以下、階調値を取得することを「カウント」ということがある。「多値画像」とは、たとえば１６階調、２５６階調等の多階調の画像のことである。本実施形態において階調値取得部９２は、入力される多値画像の各小領域について、ピクセルごとに階調値を取得する。つまり、多値画像を構成するピクセルごとの信号入力値である階調値、たとえば信号入力値が０〜２５５の値をとる２５６階調の場合には０〜２５５を示す信号入力値を、各小領域についてカウントする。

係数格納部９３は、入力される多値画像のピクセル毎の階調値に対応する重み付け係数、より詳細には、各階調値に対応する重み付け係数を含む重み付け係数テーブルを格納する。

重み付け演算部９４は、階調値取得部９２によりカウントされた各小領域の各トナー量相当カウント換算対象ピクセルのカウント値に対して、まず周辺ピクセルの影響を考慮した値に補正演算し、さらにその補正値に対してトナー量相当カウントを算出するための重み付けを行う。重み付けを行うには、重み付け演算部９４が、各ピクセルが属する小領域に適した重み付け係数を係数格納部９３に格納される重み付け係数テーブルから取得して、入力信号値に小領域における補正演算を施して得られる信号値に、取得した重み付け係数を掛け合わせる。係数格納部９３に格納される重み付け係数テーブルには、複数の入力信号値に対応するトナー量相当カウントを表すそれぞれの重み付け係数が含まれている。このように、予測消費量算出部６３では、階調値取得部９２、重み付け演算部９４、および、係数格納部９３に格納される重み付け係数テーブルにより、小領域ごとのトナー消費量に対応したトナー量相当カウント値を求めている。

ここで、重み付け演算部９４による、入力信号値の小領域における補正演算の仕方は複数通り考えられる。いずれも、補正演算は、各ピクセルの信号入力値を、静電潜像の現像性が周辺ピクセルによって実際にどのような信号値のものと等しくなるかを小領域のピクセルを用いて換算して、補正する演算である。

たとえば小領域が図６のように構成される場合に、小領域の全ピクセルの信号入力値の総和を求め、その総和の値を用いて、予め定めた一定の演算により、各注目ピクセルの信号入力値を補正する方法がある。この場合には、図６では小領域の全ピクセルの信号入力値の総和は１２８＋６４＝１９２であり、この値を用いてピクセルｐｉｘ１の信号入力値１２８を演算により補正する。トナーが負極性に帯電しており、信号入力値が大きいほど高濃度の状態であることを示す場合には、あるピクセルの信号入力値がある値であったときに、その周辺ピクセルの信号入力値が大きいほど、このピクセルの静電潜像の現像性が、より小さな信号入力値のものに近づく。したがって、この場合の補正演算では、小領域における信号入力値の総和が大きいほど、各ピクセルの信号入力値を小さな値に補正する。

また、小領域が図７のように構成される場合には、小領域の全ピクセルの信号入力値の総和を求め、その総和の値を用いて、予め定めた一定の演算により、各ピクセルの信号入力値を補正する方法がある。これは図６に対して信号入力値の総和を求める補正演算と同じである。

図６の構成にしろ、図７の構成にしろ、トナー量相当カウント換算対象ピクセルの信号入力値をトナー量相当カウントに換算するために補正演算するのに、トナー量相当カウント換算対象ピクセルの信号入力値と、トナー量相当カウント換算対象ピクセルが属する小領域の、他の少なくとも１つのピクセルの信号入力値とを用いる。

そして、重み付け演算部９４は、上述のように補正して求めた各ピクセルの信号値に対して、係数格納部９３の重み付け係数テーブルから、信号値に対応するトナー量相当カウント換算用の重み付け係数を読み出して乗算する。トナー量相当カウント換算用の重み付け係数は、トナー消費量がピクセルの信号値に比例しないことから、各信号値に対応した値として重み付け係数テーブルに格納されているものである。ここでの乗算結果は積算部９５に入力される。図６および図７で各小領域について各ピクセルの信号入力値の総和を求めて信号入力値を補正する構成を用いる場合には、信号入力値の総和に対応する補正値がどのような値になるのかについての情報を、重み付け係数テーブルのトナー量相当カウント換算用の重み付け係数に含ませておき、この重み付け係数を読み出すことで、信号入力値の補正とトナー量相当カウントへの換算とを同時に行うようにしてもよい。

このような、重み付け演算部９４の信号入力値の補正演算およびトナー量相当カウント換算による各ピクセルのトナー量相当カウントの算出は、予測消費量算出部６３が、信号入力値の補正演算の内容を含めて、小領域のピクセルの階調データとトナー量相当カウント換算対象ピクセルのトナー消費量との関係を予め記憶しておき、この関係に基づいてトナー量相当カウント換算対象ピクセルの階調データをトナー量相当カウントに換算していることに相当する。

積算部９５は、重み付け演算部９４によりトナー量相当カウント換算用の重み付け係数が乗算された信号値を、入力された多値画像の全てのピクセルについて積算する。この積算値は出力画像全体のトナー量相当カウントを表している。

係数格納部９３に格納される重み付け係数テーブルの重み付け係数は、信号入力値に応じて予め定められる。表１に、信号入力値が０〜１５の値をとる１６値の信号入力値である場合の重み付け係数テーブルの一例を示す。

表１の場合、トナーの消費量の異なる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、エリアごとに重み付け係数が定められている。重み付け演算部７２によって重み付けが行なわれるときには、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選択され、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８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す図である。図８では、トナー消費量特性を実線の曲線で示す。図８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の面積と略一致しているので、重み付けされた後の階調値すなわちピクセルカウント値の積算値からトナーの消費量の予測値を計算することができる。

補正消費量算出部６４は、予測消費量算出部６３が算出したトナー消費量を、トナー像におけるエッジを考慮して補正する。「トナー像におけるエッジ」とは、静電潜像を現像して形成されるトナー像において、トナーから成る部分であるトナー部分、たとえば記録用紙においてトナーが付着している部分の端のことである。

図９は、補正消費量算出部６４の構成を示すブロック図である。図９では、トナー補給装置１１の制御部６１、画像データ入力部６２、予測消費量算出部６３および通算消費量算出部６５、ならびに図２に示すレーザプリンター部３２のレーザ書込みユニット４６を合わせて示す。

補正消費量算出部６４は、エッジ検出部１２０と、エッジ比率算出部１２４と、エッジ補正演算部１２５と、エッジ補正係数格納部１２６とを含む。エッジ検出部１２０は、入力画像データである多値画像において、トナー像におけるエッジに相当する多値画像のエッジを検出する。本実施形態においてエッジ検出部１２０は、多値画像におけるエッジを、多値画像の主走査方向および副走査方向に関して検出する。エッジ検出部１２０は、主走査方向エッジカウント部１２１と、ドットカウント部１２２と、クロックパルス発振器１２３と、副走査方向エッジカウント部１４０とを含む。

主走査方向エッジカウント部１２１は、Ｄフリップフロップ１３１と、排他的論理和（Exclusive ＯＲ；略称ＥＯＲ）素子（以下、「ＥＯＲゲート」という）１３２と、カウンタ１３３とを含む。主走査方向エッジカウント部１２１は、入力画像データである多値画像において、トナー像におけるエッジに相当する多値画像のエッジの数を主走査方向に関してカウントする。すなわち主走査方向エッジカウント部１２１は、トナー像の主走査方向におけるエッジに相当する多値画像の主走査方向におけるエッジの数をカウントする。

Ｄフリップフロップ１３１の一方の入力端子には、レーザ書き込みユニット４６のパルス幅変調回路１１０からの出力信号が供給され、他方の入力端子にはクロックパルス発振器１２３からのクロックパルスが供給される。

Ｄフリップフロップ１３１の出力端子Ｑからの出力信号は、ＥＯＲゲート１３２の一方の入力端子に入力される。ＥＯＲゲート１３２の他方の入力端子には、パルス幅変調回路１１０からの出力信号が供給される。したがってＥＯＲゲート１３２は、入力される多値画像において、主走査方向に隣接する２つのピクセルの出力信号同士を比較することになる。

ＥＯＲゲート１３２は、Ｄフリップフロップ１３１の出力端子Ｑからの出力信号と、パルス幅変調回路１１０からの出力信号との排他的論理和をとる。つまりＥＯＲゲート１３２は、Ｄフリップフロップ１３１から入力される入力信号と、パルス幅変調回路１１０から供給される入力信号とが等しい場合には「０」を出力し、等しくない場合には「１」を出力する。トナー像の主走査方向のエッジを構成するピクセルは、このピクセルに主走査方向に関してトナー像の外部において隣接するピクセルと異なる出力信号値を有する。したがって、エッジの部分では、Ｄフリップフロップ１３１から入力される入力信号と、パルス幅変調回路１１０から供給される入力信号とが等しくなく、ＥＯＲゲート１３２から「１」が出力される。

ＥＯＲゲート１３２から「１」が出力されたことがカウンタ１３３によって積算され、トナー像における主走査方向のエッジの数が算出される。このようにしてトナー像における主走査方向のエッジの数を求めることができる。カウンタ１３３から出力されるトナー像における主走査方向のエッジの数は、制御部６１に入力される。

副走査方向エッジカウント部１４０は、画像メモリ１４１と、ダイレクトメモリアクセス（Direct Memory Access；略称ＤＭＡ）回路１４２と、第１ラインバッファ１４３と、第２ラインバッファ１４５と、マルチプレクサ（multiplexer；略称ＭＵＸ）１４４と、比較回路１４６とを含む。副走査方向エッジカウント部１４０は、入力画像である多値画像において、トナー像におけるエッジに相当する多値画像のエッジの数を副走査方向に関してカウントする。すなわち副走査方向エッジカウント部１４０は、トナー像の副走査方向におけるエッジに相当する多値画像の副走査方向におけるエッジの数をカウントする。

副走査方向エッジカウント部１４０の画像メモリ１４１には、図１に示す画像データ入力部６２から画像データが入力され、一時的に記憶される。画像メモリ１４１から選択された画像データがデータバスを介してＤＭＡ回路１４２に転送される。ＤＭＡ回路１４２から画像データの最初の主走査方向のピクセル、すなわち第１ラインのピクセルのすべてが第１ラインバッファ１４３に転送され、その次の隣接する第２ラインの主走査方向のピクセルのすべてが第２ラインバッファ１４５に転送される。つまりＤＭＡ回路１４２から、第１ラインに含まれるすべてのピクセルの画像データが第１ラインバッファ１４３に転送され、副走査方向に関して第１ラインに隣接する第２ラインに含まれるすべてのピクセルの画像データが第２ラインバッファ１４５に転送される。

第１ラインバッファ１４３の出力信号と第２ラインバッファ１４５の出力信号との２列のピクセルがＭＵＸ１４４に供給され、ＭＵＸ１４４から、入力された２列の信号を加えたものが、レーザ書き込みユニット４６のパルス幅変調回路１１０の入力端子に供給される。具体的には、ＭＵＸ１４４によって、第１ラインバッファ１４３の出力信号および第２ラインバッファ１４５の出力信号のうち、副走査方向に関して先のライン、すなわち副走査方向上流側のラインの画像データが格納されているラインバッファの出力信号がパルス幅変調回路１１０の入力端子に供給された後、副走査方向に関して後のライン、すなわち副走査方向下流側のラインの画像データが格納されているラインバッファの出力信号がパルス幅変調回路１１０の入力端子に供給される。

本実施形態と異なり、ラインバッファが一つしかないと、パルス幅変調回路１１０への１ラインの出力が完了してから次の１ラインを画像メモリ１４１に取りに行くことになるので、次のラインのパルス幅変調回路１１０への出力が、感光体ドラム４８への書込みタイミングに間に合わなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、二つのラインバッファを設けて、あるラインを一つのラインバッファから出力中に、もう一つのラインバッファに、次のラインを予め取り込んでおく。これによって、パルス幅変調回路１１０への出力が、感光体ドラム４８への書込みタイミングに間に合わなくなることを防ぐことができ、高速印刷が可能になる。

ＭＵＸ１４４は、二つのラインバッファのうち、先のラインが格納されている方のバッファを選択する為に存在する。つまり、ＭＵＸ１４４は、あるラインの出力が完了すると、反対側のバッファを選択するように自動的に切り替わる。

また比較回路１４６には、第１ラインバッファ１４３と第２ラインバッファ１４５とから２列のピクセルが供給される。比較回路１４６はカウンタを兼ねており、隣接する２列のピクセルから副走査方向の「１」→「０」または「０」→「１」の変化を確認し、その結果から、トナー像における副走査方向のエッジの数をカウントする。比較回路１４６の出力信号である、カウントされたエッジの数は、制御部６１に供給される。

ドットカウント部１２２は、論理積素子（以下、「ＡＮＤゲート」という）１３５と、カウンタ１３６とを含む。ドットカウント部１２２は、パルス幅変調回路１１０から出力される出力信号のレベルをピクセル毎にカウントする。ＡＮＤゲート１３５の一方の入力端子には、パルス幅変調回路１１０からの出力信号が供給され、他方の入力端子にはクロックパルス発振器１２３からのクロックパルスが供給される。したがって、ＡＮＤゲート１３５の出力端子から、レーザ駆動パルスのパルス幅に対応した数のクロックパルス、すなわち各ピクセルの濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。

このクロックパルスの数がピクセル毎にカウンタ１３６によって積算され、トナー像を構成する全ピクセルの数が算出される。このカウンタ１３６から出力されるトナー像の全ピクセルの数は、制御部６１に入力される。

補正消費量算出部６４のエッジ比率算出部１２４は、主走査方向エッジカウント部１２１の出力結果と、副走査方向エッジカウント部１４０の出力結果と、ドットカウント部１２２の出力結果とに基づいて、トナー像におけるエッジの比率、すなわちトナー像を構成する全ピクセルの数に対するエッジのピクセルの数（エッジのピクセルの数／全ピクセルの数）を算出する。このエッジ比率に基づいて、エッジ補正係数格納部１２６に格納されるエッジ補正係数αがエッジ補正演算部１２５によって選択される。エッジ補正演算部１２５は、予測消費量算出部６３によって算出されたトナーの消費量ｗにエッジ補正係数αを乗算し、トナーの補正消費量を算出する。

エッジ補正係数格納部１２６に格納されるエッジ補正係数は、エッジ比率に応じて予め定められる。表２に、静電潜像の電界の回り込みによりエッジ部の電界強度が大きくなりエッジ部のトナー付着量が大きくなるエッジ効果が現れる場合のエッジ補正係数αの一例を示す。

表２の場合、エッジ比率が４つのエリア、具体的にはエリア１〜エリア４に分けられ、エリアごとにエッジ補正係数αが定められている。エッジ補正演算部１２５によってトナーの補正消費量が算出されるときには、４つのエリアごとに定められたエッジ補正係数αが、エッジ比率に対応して選択される。表２の場合、エッジ比率が０％以上５％未満であるときのエッジ補正係数αは１．０であり、エッジ比率が５％以上１０％未満であるときのエッジ補正係数αは１．１であり、エッジ比率が１０％以上２０％未満であるときのエッジ補正係数αは１．２であり、エッジ率が２０％以上であるときのエッジ補正係数αは１．３である。

表３に、たとえば、細線もしくは孤立ドットの再現性が低下し、エッジ部のトナー付着量が低下する場合のエッジ補正係数αの一例を示す。

表３の場合、表２の場合と同様に、エッジ比率が４つのエリア、具体的にはエリア１〜エリア４に分けられ、エリアごとにエッジ補正係数αが定められている。エッジ補正演算部１２５によってトナーの補正消費量が算出されるときには、４つのエリアごとに定められたエッジ補正係数αが、エッジ比率に対応して選択される。表３の場合、エッジ比率が０％以上５％未満であるときのエッジ補正係数αは１．０であり、エッジ比率が５％以上１０％未満であるときのエッジ補正係数αは０．９であり、エッジ比率が１０％以上２０％未満であるときのエッジ補正係数αは０．８であり、エッジ率が２０％以上であるときのエッジ補正係数αは０．７である。

画像形成装置である複写機３０において、エッジ効果の影響は一様でなく、装置によって、エッジ効果の強いものと、弱いものとがある。エッジ効果の強い装置の場合、より詳細にはエッジ部のトナー付着量がエッジ部以外の部分のトナー付着量に比べて大きくなる場合、エッジ補正係数αは、エッジ比率が高いほど大きくなるように定められ、たとえば表２に示すエッジ補正係数αが用いられる。エッジ効果の弱い装置の場合、より詳細には、たとえば細線または孤立ドットの再現性の低下などによって、エッジ部のトナー付着量がエッジ部以外の部分のトナー付着量に比べて小さくなる場合、エッジ補正係数αは、エッジ比率が高いほど小さくなるように定められ、たとえば表３に示すエッジ補正係数αが用いられる。エッジ効果の強弱は、たとえば予め試験によって求められる。

通算消費量算出部６５は、補正消費量算出部６４から入力される補正後のトナー消費量である補正消費量を、算出されるたびに累積する。したがって、通算消費量算出部６５による積算値を、図１に示す主補給量制御部６９による主補給動作が行われた時点から累積して記憶すれば、その主補給動作が行われた時点からのトナーの通算消費量が分かる。このようにすることによって、トナーの通算消費量を正確に予測計算することができる。算出された通算消費量は、図１に示す主補給タイミング制御部６６に入力される。このように通算消費量算出部６５は、補給手段である補給ローラ８によって現像槽４に第１補給量である基準消費量Ｗｒｅｆのトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量を算出する。通算消費量算出部６５は、通算トナー量相当カウント算出部に相当する。

図１に戻って、主補給タイミング制御部６６は、遅延回路であり、通算消費量算出部６５から入力される通算消費量を、予め定める算出補給遅延時間ｔ１だけ遅延させて主補給量制御部６９に出力する。算出補給遅延時間ｔ１は、予測消費量算出部６３において画像データに基づいてトナー消費量を算出した時点から、トナー消費量の算出に用いられた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存したトナーが現像槽４に回収され、撹拌ローラ２，３によって補給ローラ８の近傍に移動するまでの時間に設定されている。

主補給量制御部６９は、主補給タイミング制御部６６から入力されたトナーの通算消費量が所定値以上の場合、補給ローラ主駆動部７０に補給ローラ駆動モータ７１を駆動させるための駆動信号を供給し、主補給タイミング制御部６６から入力された信号が所定値未満の場合、補給ローラ主駆動部７０に補給ローラ駆動モータ７１を停止させるための停止信号を供給する。すなわち、主補給量制御部６９は、通算消費量算出部６５が算出したトナーの通算消費量が、ＲＡＭ８１内の基準値記憶部８１ａに記憶されている基準値である基準消費量以上である場合には補給ローラ駆動モータ７１を駆動させ、通算消費量算出部６５が算出したトナーの消費量が、ＲＡＭ８１に記憶されている基準値である基準消費量よりも小さい場合には補給ローラ駆動モータ７１を停止させる。

主補給量制御部６９は、たとえば、トリガパルスが入力されると、一定時間幅のパルスを出力するモノステーブル（単安定）マルチバイブレータで構成され、補給すべきトナー量に応じたタイミングで間欠駆動される。主補給量制御部６９はモノステーブルマルチバイブレータに限るものではなく、たとえば補給ローラ駆動モータ７１の回転数を制御することによってトナー補給量を制御する構成としてもよい。ただし、主補給量制御部６９としてモノステーブルマルチバイブレータを用いる場合には、たとえば補給ローラ駆動モータ７１の回転数を制御する場合に比べて、トナー補給量をより正確に安定して制御できる。

補給ローラ主駆動部７０は、主補給量制御部６９から駆動信号を受けている間、補給ローラ８の回転駆動源である補給ローラ駆動モータ７１を駆動（間欠駆動）する。これにより、補給ローラ８が回転駆動され、トナー補給槽７内のトナーが現像槽４に補給される。

濃度取得手段であるトナー濃度取得部７３は、トナー濃度センサ１００の出力信号に基づいて、現像槽４内のトナー濃度を取得し、取得したトナー濃度を補助補給タイミング制御部７４に出力する。

遅延回路である補助補給タイミング制御部７４は、トナー濃度取得部７３から入力されるトナー濃度を、予め定める濃度補給遅延時間ｔ２だけ遅延させて補助補給量制御部７５に入力する。濃度補給遅延時間ｔ２は、トナー濃度取得部７３においてトナー濃度を取得した後、そのトナー濃度が測定された２成分現像剤がトナー補給装置１１によるトナーの補給領域に移動するまでの時間に設定されている。

補助補給量制御部７５は、補助補給タイミング制御部７４から入力された信号に基づいて補給ローラ補助駆動部７６に補給ローラ駆動モータ７１を駆動させるための駆動信号または停止させるための停止信号を供給する。補助補給量制御部７５は、たとえば、トリガパルスが入力されると、一定時間幅のパルスを出力するモノステーブルマルチバイブレータで構成され、補給すべきトナー量に応じたタイミングで間欠駆動される。なお、補助補給制御部７５はモノステーブルマルチバイブレータに限るものではなく、たとえば補給ローラ駆動モータ７１の回転数を制御することによってトナー補給量を制御する構成としてもよい。ただし、補助補給量制御部７５としてモノステーブルマルチバイブレータを用いる場合には、たとえば補給ローラ駆動モータ７１の回転数を制御する場合に比べて、トナー補給量をより正確に安定して制御できる。

補給ローラ補助駆動部７６は、補助補給量制御部７５から駆動信号を受けている間、補給ローラ８の回転駆動源である補給ローラ駆動モータ７１を駆動する。これにより、補給ローラ８がトナー補給槽７内のトナーを現像槽４に供給するようになっている。

（トナー補給装置１１の動作）
トナー補給装置１１の動作について説明する。図１０は、トナー補給装置１１によるトナー補給動作に関する処理手順を示すフローチャートである。トナー補給装置１１によるトナー補給動作は、複写機３０による画像形成動作が開始されると開始され、ステップｓ１に進む。

ステップｓ１では、画像データ入力部６２は、画像データの入力を受け付ける。画像データは、１ページ分が画像データ入力部６２に入力される。画像データ入力部６２に入力された画像データは、トナー消費量算出部１５０の予測消費量算出部６３、および補正消費量算出部６４の副走査方向エッジカウント部１４０の画像メモリ１４１に入力される。

ステップｓ２では、トナー消費量算出部１５０の予測消費量算出部６３は、画像データの各ピクセルについてトナーの消費量の予測値に対応したトナー量相当カウントを算出し、画像データの全ピクセルについて積算し、１ページ分のトナー消費量を算出する。より詳細には、予測消費量算出部６３は、入力された多値画像から小領域を生成し、補正演算した後、図５に示す係数格納部９３に格納されている重み付け係数テーブルの重み付け係数に基づいてピクセルごとに重み付けし、トナー消費量ｗを算出する。

ステップｓ３では、制御部６１は、図９に示す主走査方向エッジカウント部１２１および副走査方向エッジカウント部１４０からの出力結果、より詳細には主走査方向エッジカウント部１２１のカウンタ１３３および副走査方向エッジカウント部１４０の比較回路１４６からの出力結果に基づいて、入力された多値画像にエッジがあるか否かを判断する。エッジがあると判断されるとステップｓ４に進み、エッジがないと判断されるとステップｓ５に進む。具体的には、主走査方向および副走査方向の少なくともいずれか一方にエッジがあると判断されるとステップｓ４に進み、主走査方向および副走査方向のいずれにもエッジがないと判断されるとステップｓ５に進む。

ステップｓ４では、トナー消費量算出部１５０の補正消費量算出部６４は、エッジを考慮して、トナーの補正消費量を算出する。より詳細には、補正消費量算出部６４は、主走査方向エッジカウント部１２１の出力結果と、副走査方向エッジカウント部１４０の出力結果と、ドットカウント部１２２の出力結果とに基づいて、トナー像におけるエッジの比率、すなわちトナー像を構成する全ピクセルの数に対するエッジのピクセルの数（エッジのピクセルの数／全ピクセルの数）を算出する。このエッジ比率に基づいて、エッジ補正係数格納部１２６に格納されるエッジ補正係数αがエッジ補正演算部１２５によって選択される。エッジ補正演算部１２５は、予測消費量算出部６３によって算出されたトナーの消費量ｗにエッジ補正係数αを乗算し、トナーの補正消費量を算出する。このようにしてトナーの補正消費量が算出されると、ステップｓ５に進む。

ステップｓ５では、トナー消費量算出部１５０の通算消費量算出部６５は、トナーの消費量ｗを累計し、通算消費量ＴＷを算出する。ステップｓ３においてエッジがあると判断された場合には、補正消費量が累計される。算出された通算消費量は、主補給量制御部６９に出力される。より詳細には、制御部６１は、通算消費量算出部６５に算出させた通算消費量を、主補給タイミング制御部６６によって算出補給遅延時間ｔ１だけ遅延させて主補給量制御部６９に出力させる。このようにしてトナー消費量算出部１５０によって通算消費量ＴＷが算出されて出力されると、ステップｓ６に進む。

ステップｓ６では、主補給量制御部６９は、算出された通算消費量ＴＷが、予め定める基準消費量Ｗｒｅｆ以上であるか否かを判断する。通算消費量ＴＷが基準消費量Ｗｒｅｆ以上であると判断されると、ステップｓ７に進み、通算消費量ＴＷが基準消費量Ｗｒｅｆ未満であると判断されると、ステップｓ９に進む。

基準消費量Ｗｒｅｆは、トナー消費量算出部１５０によって算出されるトナーの通算消費量と実際のトナー消費量との誤差を考慮して選ばれる。より詳細には、基準消費量Ｗｒｅｆは、トナー消費量算出部１５０によって算出されるトナーの通算消費量から、トナー消費量算出部１５０によって算出されるトナーの通算消費量と実際のトナー消費量との誤差の最大値を差し引いた値よりも小さい値に選ばれる。これによって、トナーの過補給が生じることを防止することができる。

たとえば、トナー消費量算出部１５０によって算出される通算消費量と実際のトナー消費量との誤差の最大値が±２０％である場合、算出される通算消費量に対して８０％以下の値を基準消費量Ｗｒｅｆに設定する。過補給をより確実に防止するために、基準消費量Ｗｒｅｆを、たとえば、算出されるトナーの通算消費量に対して８０％の値よりも小さい値（たとえば７０％）に設定してもよい。また、たとえばトナー消費量算出部１５０によって算出したトナーの通算消費量と実際のトナー消費量との誤差の最大値が±５％である場合には、算出したトナーの通算消費量に対して９５％以下（たとえば９０％）の値を基準消費量Ｗｒｅｆに設定すればよい。基準消費量Ｗｒｅｆは、予め試験によって、トナー消費量算出部１５０で算出される通算消費量と、実際のトナー消費量との誤差の最大値を求めて、その求めた最大値に基づいて設定される。

ステップｓ７では、制御部６１は、主補給量制御部６９から補給ローラ主駆動部７０に、補給ローラ駆動モータ７１を駆動させる駆動信号を出力させ、補給ローラ駆動モータ７１を駆動させ、基準消費量Ｗｒｅｆに相当する量のトナーを現像槽４に補給させる。この基準消費量Ｗｒｅｆに相当する量が、第１補給量に相当する。補給ローラ８の１回転あたりのトナーの補給量は、基準消費量Ｗｒｅｆおよび、後述する基準補給量Ｗｒｓに応じて選ばれる。たとえば、補給ローラ８の１回転あたりの補給量は、基準消費量Ｗｒｅｆに選ばれる。

このようにしてトナーが補給されると、ステップｓ８に進む。ステップｓ８において、通算消費量算出部６５におけるトナーの消費量の累計値ＴＷがゼロ（０）にリセットされ、ステップｓ９に進む。

ステップｓ９では、トナー濃度取得部７３が、トナー濃度センサ１００の出力信号からトナー濃度ＴＤを取得し、補助補給タイミング制御部７４を介して補助補給量制御部７５に出力し、ステップｓ１０に進む。より詳細には、制御部６１は、トナー濃度取得部７３によって取得されたトナー濃度ＴＤを、補助補給タイミング制御部７４によって濃度補給遅延時間ｔ２だけ遅延させて補助補給量制御部７５に出力させる。

ステップｓ１０では、補助補給量制御部７５は、入力されたトナー濃度ＴＤが、予め定める基準値である補給開始濃度未満であるか否かを判断する。トナー濃度ＴＤが補給開始濃度未満であると判断されると、ステップｓ１１に進み、トナー濃度ＴＤが補給開始濃度以上であると判断されると、ステップｓ１３に進む。

ステップｓ１１では、制御部６１は、補助補給量制御部７５から補給ローラ補助駆動部７６に、補給ローラ駆動モータ７１を駆動させる駆動信号を出力させて補給ローラ駆動モータ７１を駆動させ、予め定める基準補給量Ｗｒｓのトナーを現像槽４に補給させる。この基準補給量Ｗｒｓが、第２補給量に相当する。基準補給量Ｗｒｓは、前述の基準消費量Ｗｒｅｆと同一の値であってもよく、異なる値であってもよい。このようにしてトナーが補給されると、ステップｓ１２に進む。ステップｓ１２において、トナーの消費量のカウンタＴＷ、すなわちトナーの消費量の累積値ＴＷをゼロ（０）にリセットして、ステップｓ１３に進む。

ステップｓ１３では、制御部６１は、複写機３０による画像形成動作が終了し、トナー補給装置１１の運転の終了が指示されているか否かを判断する。運転の終了が指示されていると判断されると、ステップｓ１４に進んで処理を終了し、運転の終了が指示されていないと判断されると、ステップｓ１に戻り、画像データの受信から始まる一連のステップが繰返される。

本実施形態では、ステップｓ１２においてトナーの消費量の累積値である通算消費量ＴＷがゼロ（０）にリセットされる。したがってステップｓ６においてトナーの消費量の累積値である通算消費量ＴＷが基準消費量Ｗｒｅｆ未満であると判断されて、ステップｓ７で基準消費量Ｗｒｅｆのトナーの補給が行なわれずに、ステップｓ１０でトナー濃度ＴＤが補給開始濃度未満であると判断されて基準補給量Ｗｒｓのトナーが補給される場合、ステップｓ１３からステップｓ１に戻った後のステップｓ５において、通算消費量算出部６５は、通算消費量ＴＷとして、現像槽４に補給ローラ８によって第２補給量である基準補給量Ｗｒｓのトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量を算出する。このように通算消費量算出部６５は、補給ローラ８によって現像槽４に基準消費量Ｗｒｅｆのトナーが補給された時点または基準補給量Ｗｒｓのトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量を算出する。

以上のように、本実施形態では、画像データから算出したトナーの通算消費量に基づくトナーの補給である主補給と、トナー濃度ＴＤに基づくトナーの補給である補助補給を行なう。主補給で基準消費量との比較に用いられるトナーの通算消費量は、エッジを考慮して算出される。画像のエッジ部は、たとえばエッジ効果によって、べた部よりも多量のトナーが付着するので、ドットをカウントする上で、べた部とエッジ部とでカウントの重み付けは異なるべきである。本実施形態では、主補給で基準消費量との比較に用いられるトナーの通算消費量は、エッジを考慮して算出されるので、エッジを考慮しない場合に比べて、実際のトナーの消費量との誤差をより小さくし、トナーの消費量の予測値をより正確に算出することができる。また補助補給では、トナー濃度ＴＤが補給開始濃度未満になると、基準補給量Ｗｒｓのトナーが補給されるので、現像槽４におけるトナーの濃度ＴＤを現像動作に必要な濃度に保つことができる。

このように本実施の形態では、算出された通算消費量に基づく主補給に加えて、トナー濃度ＴＤに基づく補助補給を行なうことによって、算出された通算消費量に基づくトナー補給量の不足分を補い、現像槽４内のトナー濃度ＴＤをトナー濃度目標値に近づけ、トナー濃度を安定させることができる。したがって、本実施の形態では、現像処理に伴うトナーの消費に対して、トナーの補給量が過多または過少になることを防止することができ、現像槽４におけるトナーの濃度ＴＤを一定に保つことができる。

また補助補給は、主補給において基準消費量Ｗｒｅｆに相当する量のトナーが補給された後に、トナー濃度ＴＤを確認し、そのトナー濃度が補給開始濃度未満である場合に行なわれる。前述のように、主補給ではエッジを考慮して算出されたトナーの通算消費量に基づいて補給動作を行なうか否かが判断されるので、補給が必要なときにより的確に、必要な量のトナーを補給することができる。これによって、トナー濃度ＴＤが補給開始濃度未満になることを可及的に防ぐことが可能となるので、トナー濃度ＴＤに基づく補助補給の頻度を低減し、制御部６１による制御の負荷を低減することができる。

また本実施形態では、主補給において補給されるトナーの量である基準消費量Ｗｒｅｆは、通算消費量算出部６５によって算出されるトナーの通算消費量Ｗから、通算消費量Ｗと実際のトナー消費量との誤差の最大値を減算した値よりも小さくなるように選ばれる。これによって、算出したトナーの通算消費量と実際のトナーの通算消費量との間に誤差が生じた場合に、その誤差によってトナーの過補給が生じることを防止することができる。

また本実施の形態では、補助補給を行なうか否かの判断の基準となるトナーの補給開始濃度は、キャリアに対するトナーの被覆率が１００％以下になる濃度に選ばれる。これによって、トナーの帯電不良を防止し、かぶりの発生を防止することができる。

また本実施形態では、画像データから算出したトナー消費量に基づくトナーの補給（主補給）は、通算消費量算出部６５において通算消費量を算出された時点から、算出補給遅延時間ｔ１が経過した時点で行なわれる。算出補給遅延時間ｔ１は、そのトナー消費量の算出に用いられた画像データに対応する画像の現像処理が現像ローラ１と感光体ドラム４８との間で行われ、当該現像処理後に現像ローラ１上に残存したトナーが現像槽４に回収され、撹拌ローラ２，３によって補給ローラ８の近傍に移動するまでの時間に選ばれる。

このように算出補給遅延時間ｔ１が経過した時点で主補給を行なうことによって、画像データに対応する画像の現像処理を行った後、当該画像の現像処理によるトナー消費に応じたトナーの補給を適切なタイミングで行うことができる。また現像処理によってトナー濃度が低下した領域に、必要量のトナーを補給することができるので、現像槽４内のトナー濃度をより均一化することができる。

また本実施形態では、トナー濃度ＴＤに基づくトナーの補給（補助補給）は、トナー濃度取得部７３においてトナー濃度ＴＤが取得された時点から、濃度補給遅延時間ｔ２が経過した時点で行なわれる。濃度補給遅延時間ｔ２は、トナー濃度センサ１００によってトナー濃度ＴＤが測定されたトナーが現像槽４に回収され、トナー補給装置１１によるトナーの補給領域に搬送されるまでの時間に選ばれる。

このように濃度補給遅延時間ｔ２が経過した時点で補助補給を行なうことによって、トナー濃度ＴＤに基づくトナーの補給（補助補給）量に、通算消費量に基づくトナーの補給（主補給）量が上乗せさせて補給されることを防止できる。したがって、通算消費量に基づく補給（主補給）と、トナー濃度検出結果に基づく補給（補助補給）とを併用する場合でも、トナーの過補給が生じることを確実に防止できる。

また本実施形態では、補給ローラ駆動モータ７１を駆動させる補給ローラ主駆動部７０および補給ローラ補助駆動部７６が、モノステーブルマルチバイブレータによって構成されており、両駆動部が、トナー補給量に応じて、補給ローラ駆動モータ７１を間欠駆動させる。このように、間欠駆動によって補給量を制御することにより、補給量を安定させ、制御性のよいトナー補給を行うことができる。

また本実施の形態では、予測消費量算出部６３は、入力される画像データを小領域生成部９１によって小領域ごとにクループ化して補正演算した後、小領域に含まれる複数のピクセルの信号入力値に応じた重み付け係数を用いて、各ピクセルのトナーの消費量の予測値を計算する。これによって、周辺のピクセルの信号入力値の影響が考慮された値として、トナーの消費量を算出することができるので、トナーの消費量をより正確に予測算出することができる。したがって、トナーの過多補給および過少補給をより確実に防ぐことができる。

また本実施の形態では、エッジ検出部１２０は、主走査方向エッジカウント部１２１によって、多値画像の主走査方向に関して、トナー像のエッジを構成するピクセルの数を検出し、副走査方向エッジカウント部１４０によって、多値画像の主走査方向に直交する副走査方向に関して、トナー像のエッジを構成するピクセルの数を検出し、ドットカウント部１２２によって、トナー像のエッジを構成する全ピクセルの数を検出する。

つまり本実施の形態では、トナーの消費量の予測値に用いられるエッジの検出結果は、主走査方向および副走査方向の両方に関するエッジの検出結果であり、トナー補給は、書き込んだ画像領域の主走査方向および副走査方向のエッジの総個数に基づいて行われる。これによって、エッジの検出結果として主走査方向および副走査方向のいずれか一方に関するエッジの検出結果を用いる場合に比べて、トナーの消費量の予測値をより正確に求めることができる。したがってトナーの通算消費量をより正確に求めることができるので、トナーの過多補給および過少補給をより確実に防止し、トナー収容容器である現像槽４内のトナーの濃度をより確実に一定に保つことができる。

また本実施の形態では、副走査方向エッジカウント部１４０は、２つのラインバッファ、すなわち第１ラインバッファ１４３および第２ラインバッファ１４５を含む。このようにラインバッファを２つにすることで、高速印刷においてデータ転送が印刷に対して間に合わなくなる、すなわちパルス幅変調回路１１０への出力が、感光体ドラム４８への書込みタイミングに間に合わなくなることを防ぐことができる。つまり、高速印刷が可能になる。この高速印刷は、副走査方向エッジカウント部１４０の比較回路１４６以外のモジュールによって実現される。本実施の形態では、この高速印刷を実現可能な構成に、比較回路１４６を追加するだけで、副走査方向のエッジをカウントする副走査方向エッジカウント部１４０を実現することができる。このように本実施の形態では、簡単な構成で、副走査方向エッジカウント部１４０を実現することができる。

また本実施形態では、感光体ドラム４８への書込みは、レーザ書込みユニット４６の半導体レーザ素子１１１によって行われる。半導体レーザ素子１１１のオンからオフ（ＯＮ→ＯＦＦ）またはオフからオン（ＯＦＦ→ＯＮ）への動作は、画像のエッジ部で起こるので、この動作の回数をカウントすることで、主走査方向および副走査方向のエッジの個数をカウントすることができる。したがって、主走査方向および副走査方向のエッジの個数を容易にカウントすることができる。半導体レーザ素子１１１のオンからオフ、またはオフからオンへの動作は、前述の主走査方向エッジカウント部１２１および副走査方向エッジカウント部１４０によってカウントすることができる。

以上に述べた本実施の形態では、エッジ検出部１２０は、レーザ書き込みユニット４６のパルス幅変調回路１１０からの出力信号を用いて、トナー像のエッジを構成するピクセルの数およびトナー像を構成する全ピクセルの数をカウントする。エッジ検出部１２０は、これに限定されず、画像データ入力部６２に入力される画像データを用いて、エッジのピクセルの数およびトナー像の全ピクセルの数をカウントするように構成されてもよい。この場合、エッジ検出部の主走査方向エッジカウント部および副走査方向エッジカウント部は、たとえば、画像データ入力部６２に入力される画像データを２値化し、隣接するピクセルの階調値を比較することによって、階調値が「０」から「１」、または「１」から「０」に変化する部分をエッジとしてカウントするように構成される。またドットカウント部は、たとえば２値化された画像データから、トナー像を構成するピクセルの数をカウントするように構成される。

また本実施の形態では、補給ローラ８は、トナー濃度取得部７３によって取得されるトナー濃度ＴＤが補給開始濃度未満になると、一定量である基準補給量Ｗｒｓのトナーを補給するように補助補給量制御部７５を介して制御部６１によって制御される。補給ローラ８の制御の仕方はこれに限定されない。たとえば補給ローラ８は、トナー濃度取得部７３によって取得されるトナーの濃度ＴＤが補給開始濃度未満になると、現像槽４へのトナーの補給を開始し、トナー濃度取得部７３によって取得されるトナーの濃度ＴＤが、補給開始濃度よりも大きい補給停止濃度以上になると、現像槽４へのトナーの補給を停止するように制御部６１によって制御されてもよい。

このようにトナーの補給を停止するときのトナーの濃度を、トナーの補給を開始するときのトナーの濃度よりも大きい値に選択し、トナー濃度に基づく補給動作にヒステリシスを持たせることによって、補給ローラ８による補給動作のチャタリングと呼ばれる振動を防止することができる。

このようにヒステリシスを持たせる場合、図１１に示すように、前述の図１０に示すフローチャートのステップｓ１０の後であってステップｓ１２の前に、ステップｓ１１に代えて、ステップａ１〜ａ６が設けられる。この場合、ステップｓ１０においてトナー濃度ＴＤが基準値である補給開始濃度未満であると判断されると、ステップａ１に進み、ステップａ１において基準補給量Ｗｒｓのトナーの補給が開始され、ステップａ２に進む。

ステップａ２では、トナー濃度ＴＤの基準値を、もとの基準値である補給開始濃度よりも大きい補給停止濃度に置き換える。このようにして基準値が補給開始濃度から補給停止濃度に置き換えられると、ステップａ３に進む。

ステップａ３において、ステップｓ９と同様にしてトナー濃度ＴＤが取得されてステップａ４に進み、ステップａ４において、トナー濃度ＴＤが、置き換えられた基準値である補給停止濃度未満であるか否かが判断される。ステップａ４において、トナー濃度ＴＤが基準値である補給停止濃度未満であると判断されると、ステップａ３に戻り、再度トナー濃度ＴＤが取得される。このとき、補給ローラ駆動モータ７１の駆動は継続されており、補給ローラ８の回転が継続されるので、トナーの補給が継続され、基準補給量Ｗｒｓのトナーが再度補給される。

ステップａ４において、トナー濃度ＴＤが補給停止濃度未満でない、すなわちトナー濃度ＴＤが補給停止濃度以上であると判断されると、ステップａ５に進み、ステップａ５においてトナー濃度ＴＤの基準値が、もとの基準値である補給開始濃度に戻されて、ステップａ６に進む。ステップａ６において、補給ローラ駆動モータ７１の駆動が停止されることによって補給ローラ８の回転が停止されて、トナーの補給が停止され、ステップｓ１２に進む。

補給開始濃度は、たとえば４．５％に選ばれ、補給停止濃度は、たとえば４．８％に選ばれる。本実施形態において補給停止濃度は、補給開始濃度よりも、補給開始濃度の５％以上２０％以下大きい値に選ばれる。補給停止濃度と補給開始濃度との関係はこれに限定されない。

補給開始濃度は、現像装置１０において現像を行なうために最低限必要なトナー濃度である下限濃度よりも大きい値に選ばれる。本実施形態において補給開始濃度は、下限濃度よりも１０％以上３０％以下大きい値に選ばれる。補給開始濃度はこれに限定されない。

補給停止濃度は、現像装置１０における現像動作を不具合なく行なうための上限のトナーの濃度である上限濃度よりも小さい値に選ばれる。本実施形態において補給停止濃度は、上限濃度よりも１０％以上３０％以下小さい値に選ばれる。補給停止濃度はこれに限定されない。

また本実施形態では、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３を備えた構成について説明したが、現像装置１０の構成はこれに限るものではない。たとえば、現像ローラ１、撹拌ローラ２，３の形状や配置、撹拌ローラの個数、現像槽４の形状などが異なっていてもよい。現像装置１０の構成が上記した構成と異なる場合、主補給における算出補給遅延時間ｔ１は、通算消費量算出部６５において通算消費量を算出した後、その通算消費量の算出に用いた画像データに対応する画像の現像処理後に現像ローラ（現像剤担持体）１上に残った残存トナーが、所定経路を経てトナー補給位置に搬送されるまでの時間に設定すればよい。また補助補給における濃度補給遅延時間ｔ２は、トナー濃度ＴＤが測定されたトナーが、所定経路を経てトナー補給位置に搬送されるまでの時間に設定すればよい。

また本実施の形態では、トナー補給装置１１は、トナー槽７に対してトナーを補給するように構成されるが、これに限定されず、トナーとともに、キャリアを供給するように構成されてもよい。

また本実施形態では、トナー濃度制御系６０における全ての処理を、制御部６１の制御によって行っている。しかしながら、これに限らず、これらの処理を行うためのプログラムを記録媒体に記録し、このプログラムを読み出すことのできる情報処理装置を、制御部６１に代えて用いるようにしてもよい。

この構成では、情報処理装置の演算装置（ＣＰＵやＭＰＵ）が、記録媒体に記録されているプログラムを読み出して処理を実行する。したがって、このプログラム自体が処理を実現するといえる。

ここで、上記の情報処理装置としては、一般的なコンピューター（ワークステーションやパソコン）の他に、コンピューターに装着される、機能拡張ボードや機能拡張ユニットを用いることができる。

また、上記のプログラムとは、処理を実現するソフトウェア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，ソースプログラム等）のことである。このプログラムは、単体で使用されるものでも、他のプログラム（ＯＳ等）と組み合わせて用いられるものでもよい。また、このプログラムは、記録媒体から読み出された後、装置内のメモリ（ＲＡＭ等）にいったん記憶され、その後再び読み出されて実行されるようなものでもよい。

また、プログラムを記録させる記録媒体は、情報処理装置と容易に分離できるものでもよいし、装置に固定（装着）されるものでもよい。さらに、外部記憶機器として装置に接続するものでもよい。

このような記録媒体としては、ビデオテープやカセットテープ等の磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯ，ＭＤ，ＤＶＤ，ＣＤ−Ｒ等の光ディスク（光磁気ディスク）、ＩＣカード，光カード等のメモリカード、マスクＲＯＭ，ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ，フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリなどを適用できる。

また、ネットワーク（イントラネット・インターネット等）を介して情報処理装置と接続されている記録媒体を用いてもよい。この場合、情報処理装置は、ネットワークを介するダウンロードによりプログラムを取得する。すなわち、上記のプログラムを、ネットワーク（有線回線あるいは無線回線に接続されたもの）等の伝送媒体（流動的にプログラムを保持する媒体）を介して取得するようにしてもよい。なお、ダウンロードを行うためのプログラムは、装置内（あるいは送信側装置・受信側装置内）にあらかじめ記憶されていることが好ましい。

本発明の実施の一形態であるトナー補給装置１１の構成を示すブロック図である。 トナー補給装置１１を備える本発明の実施の一形態の画像形成装置である複写機３０の概略構成を示す断面図である。 トナー補給装置１１および現像装置１０の構成を示す断面図である。 トナー濃度センサ１００の概略構成を示すブロック図である。 予測消費量算出部６３の構成を示すブロック図である。 小領域の第１の生成例を示す図である。 小領域の第２の生成例を示す図である。 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す図である。 補正消費量算出部６４の構成を示すブロック図である。 トナー補給装置１１によるトナー補給動作に関する処理手順を示すフローチャートである。 トナー補給装置１１によるトナー補給動作に関する他の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ トナー補給装置
４６ レーザ書込みユニット
６０ トナー濃度制御系
６１ 制御部
６２ 画像データ入力部
６３ 予測消費量算出部
６４ 補正消費量算出部
６５ 通算消費量算出部
６６ 主補給タイミング制御部
６９ 主補給量制御部
７０ 補給ローラ主駆動部
７１ 補給ローラ駆動モータ
７３ トナー濃度取得部
７４ 補助補給タイミング制御部
７５ 補助補給量制御部
７６ 補給ローラ補助駆動部
１２０ エッジ検出部
１２１ 主走査方向エッジカウント部
１２２ ドットカウント部
１２３ クロックパルス発振器
１２４ エッジ比率算出部
１２５ エッジ補正演算部
１２６ エッジ補正係数格納部
１４０ 副走査方向エッジカウント部
１５０ トナー消費量算出部

Claims (6)

1. 複数のピクセルから成り、各ピクセルが階調値で表される多値画像に基づいて像担持体に形成される静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像手段の前記トナーを収容するトナー収容容器にトナーを補給するためのトナー補給装置であって、
   予め定める第１および第２補給量のトナーをトナー収容容器に補給可能な補給手段と、
   トナー収容容器に第１補給量のトナーが補給された時点からのトナーの通算消費量を、入力される多値画像に基づいて算出するトナー消費量算出手段と、
   トナー収容容器に収容されるトナーの濃度を取得する濃度取得手段と、
   トナー消費量算出手段によって算出されるトナーの通算消費量が、予め定める基準消費量以上になると、第１補給量のトナーをトナー収容容器に補給し、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が、予め定める補給開始濃度未満になると、第２補給量のトナーをトナー収容容器に補給するように補給手段を制御する制御手段とを含み、
   前記トナー消費量算出手段は、
   入力される多値画像の各ピクセルの階調値を取得する階調値取得部と、
   前記多値画像におけるエッジを主走査方向および副走査方向に関して検出するエッジ検出部と、
   前記階調値取得部によって取得される階調値と、前記エッジ検出部による主走査方向および副走査方向に関するエッジの検出結果とを用いて、トナーの消費量の予測値を求め、前記予測値を用いて、トナーの通算消費量を算出する算出部とを備えることを特徴とするトナー補給装置。
2. 前記制御手段は、算出部によってトナーの通算消費量が算出された時点から、予め定める算出補給遅延時間が経過した時点で、第１補給量のトナーの補給を開始するように補給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のトナー補給装置。
3. 前記制御手段は、トナー濃度取得部によってトナーの濃度が取得された時点から、予め定める濃度補給遅延時間が経過した時点で、第２補給量のトナーの補給を開始するように補給手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のトナー補給装置。
4. 前記トナー収容容器は、トナーとともにキャリアを収容し、
   前記補給開始濃度は、キャリアに対するトナーの被覆率が１００％以下になる濃度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のトナー補給装置。
5. 前記制御手段は、濃度取得手段によって取得されるトナーの濃度が、前記補給開始濃度未満になると、トナー収容容器へのトナーの補給を開始し、前記トナーの濃度が、補給開始濃度よりも大きい補給停止濃度以上になると、トナー収容容器へのトナーの補給を停止するように補給手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のトナー補給装置。
6. 複数のピクセルから成り、各ピクセルが階調値で表される多値画像に基づいて像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
   トナーを収容するトナー収容容器を含み、像担持体に形成される静電潜像を、トナーを用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、
   現像手段のトナー収容容器にトナーを補給するための請求項１〜５のいずれか１つに記載のトナー補給装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

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