JP2013152402A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の生産性を向上させること。
【解決手段】画像形成装置において、補給トナー量算出手段は、ドットカウント手段およびエッジカウント手段でカウントされたドット数およびエッジ数の積算値に基づくタイミングで（Ｓ３１〜Ｓ３４）、現像手段内のトナー量測定を開始する（Ｓ３５）。このトナー量測定において、補給トナー量算出手段は、所定パターンを表す画像データを露光手段に出力して、該所定パターンを表すトナー像をトナー像担持体に形成させた後、トナー像担持体に形成された所定パターンのトナー像に含まれるトナー量の検出結果に基づいて、トナーの消費量の補正値を求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像データに基づきトナー消費量を推定して、既知のパターン画像を用いてトナー消費量の補正値を求める画像形成装置に関する。

従来の画像形成装置において、トナー消費量の補正は、大略的には、以下の手順で行われていた。まず、入力画像データに基づき、印刷対象となる画像のドット数およびエッジ数がカウントされる。これらドット数およびエッジ数に基づき、トナー消費量（推定値）が算出され、トナー消費量分のトナーがトナーホッパーから現像器へと補給される。上記のようなトナー消費量（推定値）の算出手法は、例えば、特許文献１に記載されている。

また、ドット数は積算されており、この積算値が所定の基準値を超えると、既知のパターンを表すトナー画像（以下、パターン画像という）が実際に形成され中間転写ベルト等に転写される。その後、パターン画像に含まれるトナー量がセンサによって検出され、この検出結果を用いて、以降の印刷時においてトナー消費量（推定値）は補正されていた。

電子写真方式では、感光体ドラムに対する露光の実施後、現像処理が行われ、これによってトナー画像が形成される。この時、露光領域のエッジ部には、非エッジ部と比較して多くのトナーが付着すること（エッジ効果）が知られている。したがって、複数の画像データが互いに同じドット数を含んでいたとしても、それらドットの集まりの状態によってはトナーの付着量が異なる。

さらには、エッジ部でのトナー付着量は、たとえエッジ部のドット数が同じであっても、感光体ドラムの個体差、印刷時の温湿度等の環境的な条件、過去の印刷枚数によっても変動する。

特開２００３−１２２２０５号公報

しかしながら、従来の画像形成装置では、ドット数の積算値が所定の基準値を超えるたびに、パターン画像を生成する必要があるため、画像形成装置の生産性を低下させるという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、生産性を向上させる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一局面に係る画像形成装置は、潜像担持体と、入力画像データに基づく光ビームで潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記潜像担持体上の静電潜像をトナーで現像して、トナー像を形成する現像手段と、前記潜像担持体上のトナー像が転写されるトナー像担持体と、前記静電潜像のドット数を、前記画像データからカウントするドットカウント手段と、前記静電潜像のエッジのドット数を、前記画像データからカウントするエッジカウント手段と、前記ドットカウント手段および前記エッジカウント手段のカウント値に基づき、前記現像手段で消費されたトナーの量を推定する補給トナー量算出手段と、前記補給トナー量算出手段によって求められたトナー消費量に基づき、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を備えている。

前記補給トナー量算出手段は、前記ドットカウント手段および前記エッジカウント手段でカウントされたドット数およびエッジ数の積算値に基づくタイミングで、前記現像手段内のトナー量測定を開始して、所定パターンを表す画像データを前記露光手段に出力して、該所定パターンを表すトナー像を前記トナー像担持体に形成させた後、前記トナー像担持体に形成された前記所定パターンのトナー像に含まれるトナー量の検出結果に基づいて、前記トナーの消費量の補正値を求める。

上記構成によれば、画像形成装置の生産性を向上させることが可能となる。

画像形成装置の基本的な構成を示す模式図である。 トナー補給処理を示す模式図である。 図１の制御手段の処理手順を示すフローチャートである。 トナー量の測定処理の概要を示す模式図である。 図３のＳ３５の代替処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１について、図１〜図５を参照して説明する。

（画像形成装置の基本構成）
図１において、画像形成装置１は、電子写真方式及びタンデム方式を採用した複合機等であり、大略的に、画像読取装置２と、本体装置３、少なくとも１段の供給装置（図示は３段）４と、制御手段５と、を備えている。

画像読取装置２は、本体装置３の上方に設けられ、例えば、ＡＤＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）により、ユーザがセットした原稿を自動的に内部に取り込む。画像読取装置２は、取り込んだ原稿を読み取って、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色で表す画像データを生成して制御手段５に出力する。ＲＧＢの画像データは、制御手段５により、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の画像データに変換される。

本体装置３には、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用のイメージングユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが着脱自在に装着されている。ここで、本実施形態では、参照番号の後に続くアルファベット大文字のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを表すとする。

イメージングユニット１０Ａ〜１０Ｃは互いに実質同じ大きさである。それに対し、イメージングユニット１０Ｄのサイズは、ブラックのトナーの利用頻度が他色よりも高いことから、他のイメージングユニット１０Ａ〜１０Ｃのサイズよりも大きい。

また、イメージングユニット１０Ａ〜１０Ｄは、潜像担持体の典型例としての感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄと、この感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの周面を帯電させる帯電器１２Ａ〜１２Ｄと、トナー画像を形成する現像器１３Ａ〜１３Ｄと、を含んでいる。

また、本体装置３には、トナーカートリッジ２０Ａ〜２０Ｄが、トナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄに対し着脱自在に装着されている。トナーカートリッジ２０Ａ〜２０Ｄは、現像器１３Ａ〜１３Ｄへの補給用トナーを内部に収容している。制御手段５により補給用モータ３１Ａ〜３１Ｄ（図２等を参照）が駆動されると、トナーカートリッジ２０Ａ〜２０Ｄに収容された対応色の補給用トナーがトナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄへと送られる。トナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄは、トナーカートリッジ２０Ａ〜２０Ｄから送られてくる補給用トナーを現像器１３Ａ〜１３Ｄに補給する。

制御手段５は、マイコンやメモリ等から構成され、画像形成装置１の各部を制御する。

（画像形成装置における印刷処理）
次に、画像形成装置１がフルカラー画像を記録媒体Ｓｈに印刷する際の概略的な動作について説明する。まず、制御手段５の制御下で、感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄは回転させられ、それぞれの周面は帯電器１２Ａ〜１２Ｄによって帯電させられる。

また、本体装置３には、露光ユニット１４がさらに備えられる。露光ユニット１４には、制御手段５からＹＭＣＫ各色の画像データが入力される。露光ユニット１４は、各色用の画像データに基づいて、光ビームを内蔵の光源（図示せず）によって生成する。各色の光ビームは、副走査方向に回転する感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの周面に、主走査方向に沿って照射される。これにより、感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄのそれぞれには、対応色の静電潜像が形成される。

現像器１３Ａ〜１３Ｄは、内部に収容する対応色のトナーを、感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの周面に形成された静電潜像に供給する。これによって、感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの周面には、対応色のトナー画像が形成される。

感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの上方で、駆動ローラ４０ａと従動ローラ４０ｂの間には、トナー像担持体の一例としての中間転写ベルト４０が張り渡されている。駆動ローラ４０ａは、図示しないモータにより回転させられ、中間転写ベルト４０を矢印αの方向に回転駆動する。回転する中間転写ベルト４０上には、感光体ドラム１１Ａ〜１１Ｄの周面上のトナー画像が、図示しない一次転写ローラによって順次転写されていく。これにより、中間転写ベルト４０上には、各色のトナー画像が重ね合わせられたフルカラーの合成トナー画像が生成される。

本体装置３にはさらに、二次転写ローラ５０がさらに備えられる。二次転写ローラ５０は、中間転写ベルト４０と当接して転写ニップを形成している。

ここで、供給装置４について説明する。供給装置４は、大略的には、供給トレイと、供給ローラと、を含んでいる。供給トレイには、未印刷の記録媒体Ｓｈが複数枚積載される。供給ローラは、供給トレイから記録媒体Ｓｈを一枚ずつ取り出して、タイミングローラ対６０に向けて送り出す。

タイミングローラ対６０には、供給装置４からの記録媒体Ｓｈが突き当てられ、一旦停止する。タイミングローラ対６０は、制御手段５の制御下でタイミング調整して、停止中の記録媒体Ｓｈを転写ニップに向けて送り出す。ここで、図１には、記録媒体Ｓｈの搬送経路が一点鎖線の矢印で示されている。

この転写ニップには、タイミングローラ対６０によって送り出された記録媒体Ｓｈが導入される。また、上記合成トナー画像は、矢印αの方向に駆動される中間転写ベルト４０によって転写ニップの位置まで搬送される。二次転写ローラ５０には、転写バイアス電圧が印加されており、合成トナー画像は、印加された転写バイアス電圧により二次転写ローラ５０の方向に引き寄せられる。その結果、転写ニップに導入された記録媒体Ｓｈに、合成トナー画像が転写される（２次転写）。２次転写済みの記録媒体Ｓｈは、転写ニップから定着器７０に向けて送り出される。

定着器７０は、転写ニップから記録媒体Ｓｈが導入されると、導入された記録媒体Ｓｈを加熱・加圧して、合成トナー画像を記録媒体Ｓｈに定着させる。

定着処理済みの記録媒体Ｓｈは、定着器７０から送り出された後、排紙ローラ対（図示せず）を介して、本体装置３外に設けられた排紙トレイ（図示せず）に排出される。

（現像器へのトナー補給）
現像器１３Ａ〜１３Ｄへのトナー補給のために、本体装置３には、図２に示すように、トナー量検出手段の一例としてＩＤＣセンサ８０が設けられる。ＩＤＣセンサ８０は、例えば、反射型フォトセンサからなり、感光体ドラム１１Ｄに対し中間転写ベルト４０の駆動方向の下流側に配置される。ＩＤＣセンサ８０は、中間転写ベルト４０の駆動に伴って搬送されるトナー画像（詳細は後述）に向けて光を出射して、その反射光を受信する。ＩＤＣセンサ８０は、受信反射光の強度を、トナー画像のトナー量として検出して、検出結果を制御手段５に出力する。

また、トナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄの下部には、補給用モータ３１Ａ〜３１Ｄが設けられる。なお、図示の都合上、図２には、トナーホッパー３０Ｄおよび補給用モータ３１Ｄのみが示されている。補給用モータ３１Ａ〜３１Ｄは、制御手段５の制御信号によって所定量回転させられ、その結果、算出された補給量のトナーがトナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄから現像器１３Ａ〜１３Ｄに向けて送り出される。

また、制御手段５は、ソフトウェア的に組み込まれるエッジカウント手段５１、ドットカウント手段５２、補給トナー量算出手段５３、およびトナー補給制御手段５４を含んでおり、以下に説明する処理を行う。

まず、印刷時におけるトナー補給について説明する。エッジカウント手段５１およびドットカウント手段５２は、特開２００３−１２２２０５号公報等に記載の手法で、印刷対象となる入力画像データに基づき、印刷すべき画像のエッジ数およびドット数をカウントする。補給トナー量算出手段５３は、これらエッジ数およびドット数に基づいて、印刷で消費されるトナー量（推定値）を色毎に算出する。補給トナー量算出手段５３は、色毎に、算出した推定値を、前回求めた補正値で補正する。トナー補給制御手段５４は、色毎のトナー消費量（補正値）に相当する分、補給用モータ３１Ａ〜３１Ｄを駆動させて、トナーホッパー３０Ａ〜３０Ｄから対応色のトナーを現像器１３Ａ〜１３Ｄに供給させる。

上記トナー消費量は推定値に基づくため、実際のトナー消費量との間にはズレが生じている。制御手段５では、図３に示す補正値の算出処理が行われる。図３のＳ３１において、エッジカウント手段５１は、今回得られたエッジ数を、前回までのエッジ積算値に加算して、色毎のエッジ積算値を更新する（Ｓ３１）。

次のＳ３２において、エッジカウント手段５１は、Ｓ３１で得られた色毎のエッジ積算値が第１基準値Ｐ以上か否かを判断する。第１基準値Ｐは、Ａ４サイズの５％チャート６０枚分に相当するエッジ数に予め設定される。Ｓ３２では、要するに、エッジの多い画像が多く印刷されたか否かが判断される。

Ｓ３２でＹｅｓと判断された場合、処理は、Ｓ３５に進む。それに対し、Ｎｏの場合には、処理はＳ３３に進む。

Ｓ３３において、ドットカウント手段５２は、今回得られたドット数を、前回までのドット積算値に加算して、色毎のドット積算値を更新する（Ｓ３３）。

次のＳ３４において、ドットカウント手段５２は、Ｓ３３で得られた色毎のドット積算値が第２基準値Ｑ以上か否かを判断する。第２基準値Ｑは、Ａ４サイズ５％チャート１００枚分に相当するドット数に予め設定される。Ｓ３４では、要するに、エッジ数は少ないが多数のドットが印刷されたか否かが判断される。

Ｓ３４でＹｅｓと判断された場合、処理はＳ３５に進む。それに対し、Ｎｏの場合には、現時点で補正値を算出する必要はないとして、処理はＳ３１に戻る。

Ｓ３５において、補給トナー量算出手段５３は、図４に示すように、現像器１３Ａ〜１３Ｄ内のトナー量を実測するために、ＹＭＣＫの少なくとも一色を用いたパターン画像ＴＰを表す画像データを、露光ユニット１４に出力する。その結果、中間転写ベルト４０上には、パターン画像ＴＰを表すトナー画像が形成され搬送される。ここで、パターン画像ＴＰに関しては、生産性の観点からＹＭＣＫ全色から構成されると好ましいが、これに限らず、ＹＭＣＫのいずれか一色又は複数色で構成されても構わない。ＩＤＣセンサ８０は、自身の上方を通過するパターン画像ＴＰに含まれるトナー量（実測値）を検出して、補給トナー量算出手段５３に出力する。補給トナー量算出手段５３は、色毎に、トナー消費量の実測値および推測値の差を補正値として導出する。このようにして求められた補正値は、以降のトナー補給時に用いられる。

その後、Ｓ３６において、エッジカウント手段５１およびドットカウント手段５２は、色毎のエッジ積算値およびドット積算値をリセットする。

（画像形成装置の作用・効果）
上記の通り、トナー消費量の推定値と実際の消費量とにはズレが生じる。ズレがあると、現像器等に収容されるトナーの量が多くなりすぎると、キャリアとの摩擦帯電不良に起因するトナーかぶりが発生する場合がある。また、現像器内のトナー量が少なくなりすぎると、キャリア付着が発生する場合がある。上記背景から、現像器内のトナー量の測定結果に基づく、トナー消費量の推定値の補正が行われていた。

従来では、ドット数の積算値が所定基準値以上になるという条件のみで、現像器内のトナー量の測定タイミングが定められていた。ここで、従来の所定基準値を定める際、トナーを多く消費するエッジ部（つまりエッジ数）を考慮しなければならない。それゆえ、所定基準値は、例えばＡ４サイズの５％チャート６０枚相当のドット数というように相対的に小さめに定めざるをえなかった。その結果、従来の画像形成装置の生産性が低下していた。

それに対し、画像形成装置１は、図３に示すように、エッジ積算値が第１基準値Ｐ以上か否かを判断するＳ３２と、ドット積算値が第２基準値Ｑ以上か否かを判断するＳ３４と、を別々に実行している。その結果、第１基準値Ｐを、例えばＡ４サイズの５％チャート６０枚分に相当するエッジ数に、第２基準値Ｑを、従来よりも大きなドット数、例えばＡ４サイズ５％チャート１００枚分に相当するドット数に設定することが可能となる。その結果、エッジ部が多い画像を印刷した場合、およびエッジ部が少ない画像を印刷した場合のそれぞれで最適なタイミングで、パターン画像形成が実行される。つまり、パターン画像の形成が従来よりも実状に沿ったタイミングで実施される。さらに言えば、大抵の場合、従来よりも遅いタイミングで実施されるため、現像器内のトナー量の測定の回数・頻度を少なくすることができる。このように、画像形成装置１によれば、従来よりも、生産性を向上させることが可能となる。

（制御手段の処理の代替例）
上記実施形態では、処理がＳ３５に進めば、現像器内のトナー量の測定が行われていた。しかし、図３のＳ３５に代えて、制御手段５は、図５に示すように、所定条件を満たす場合には、現像器内のトナー量の測定を遅らせても構わない。

具体的には、図５のＳ５１において、補給トナー量算出手段５３は、色毎に、前回のトナー量測定前のトナー補給量と、前回のトナー量測定で求まる現像器１３Ａ〜１３Ｄにおける実際のトナー消費量との情報を保持しており、このトナー補給量と実際のトナー消費量との差（つまり、トナーのズレ量）を求める。

また、Ｓ５２において、補給トナー量算出手段５３は、エッジカウント手段５１がカウントしたエッジ数を基に、前回のトナー量測定前の画像形成における１ページあたりの平均エッジ数を求める。補給トナー量算出手段５３はさらに、前回のトナー量測定後から現在までについても同様の平均エッジ数を求め、さらに、今回の平均エッジ数と前回の平均エッジ数との差（平均エッジ数の変化量）を求める。

Ｓ５３では、補給トナー量算出手段５３は、トナーのズレ量が第３基準値Ｒ未満かつ平均エッジ数の変化量が第４基準値Ｓ未満か否かを判断する。要するに、Ｓ５３では、トナー量の補給量と、実際に消費されたトナー量とのズレがさほど無く、かつこのズレ発生の大きな要因となるエッジ部の多い画像が全画像に占める割合もさほど多くないか否か判断される。その趣旨に沿って、第３基準値Ｒおよび第４基準値Ｓは適宜設定される。

Ｓ５３でＮｏと判断された場合、処理は、Ｓ５４をスキップしてＳ５５に直接進む。Ｓ５３でＹｅｓと判断された場合、今回のトナー量測定の開始を遅らせてもよいとみなされ、処理はＳ５４に進む。

Ｓ５４において、補給トナー量算出手段５３は、Ｓ５５の実行タイミングを遅らせるため、例えば印刷ページ数を５０ページ分待機したうえで、上記Ｓ３５と実質的に同じ処理であるＳ５５を行う。

（代替例の作用・効果）
上記の通り、消費トナー量の推定値と実際に補給されたトナー量とのズレがさほど無く、かつこのズレ発生の大きな要因となるエッジ部の多い画像が全画像に占める割合もさほど多くない場合には、一定期間の間、トナー量の測定（補正値の算出）を遅らせる。これにより、画像形成装置１の生産性がさらに向上するとともに、パターン画像形成に必要となるトナー量の消費を抑えることが可能となる。

（付記）
代替例の説明では、好ましい例として、補給トナー量算出手段５３が平均エッジ数の変化量に基づき、トナー量測定の開始を遅らせるか否かを判断していた。しかし、トナー量測定開始の判断は、平均ドット数の変化量に基づいていても構わない。

本発明に係る画像形成装置は、生産性を向上させることが可能で、プリンタ、ファクシミリ、複写機およびこれらの複合機等として有用である。

１ 画像形成装置
２ 画像読取装置
３ 本体装置
１１Ａ〜１１Ｄ 感光体ドラム
１３Ａ〜１３Ｄ 現像器
２０Ａ〜２０Ｄ トナーカートリッジ
３０Ａ〜３０Ｄ トナーホッパー
３１Ａ〜３１Ｄ 補給用モータ
４０ 中間転写ベルト
５ 制御手段
５１ エッジカウント手段
５２ ドットカウント手段
５３ 補給トナー量算出手段
５４ トナー補給制御手段
８０ ＩＤＣセンサ
Ｓｈ 記録媒体

Claims (3)

1. 潜像担持体と、
   入力画像データに基づく光ビームで潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記潜像担持体上の静電潜像をトナーで現像して、トナー像を形成する現像手段と、
   前記潜像担持体上のトナー像が転写されるトナー像担持体と、
   前記静電潜像のドット数を、前記画像データからカウントするドットカウント手段と、
   前記静電潜像のエッジのドット数を、前記画像データからカウントするエッジカウント手段と、
   前記ドットカウント手段および前記エッジカウント手段のカウント値に基づき、前記現像手段で消費されたトナーの量を推定する補給トナー量算出手段と、
   前記補給トナー量算出手段によって求められたトナー消費量に基づき、前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段と、を備え、
   前記補給トナー量算出手段は、
   前記ドットカウント手段および前記エッジカウント手段でカウントされたドット数およびエッジ数の積算値に基づくタイミングで、前記現像手段内のトナー量測定を開始し、
   前記トナー量測定において、所定パターンを表す画像データを前記露光手段に出力して、該所定パターンを表すトナー像を前記トナー像担持体に形成させ、その後、
   前記トナー像担持体に形成された前記所定パターンのトナー像に含まれるトナー量の検出結果に基づいて、前記トナーの消費量の補正値を求める、画像形成装置。
2. 前記補給トナー量算出手段は、前記エッジカウント手段のカウント値の積算値が所定の第１基準値以上になるか、前記ドットカウント手段によるカウント値の積算値が所定の第２基準値以上になると、前記現像手段に収容されているトナー量を測定するために、所定パターンを表す画像データを前記露光手段に出力する、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記補給トナー量算出手段は、所定条件を満たす場合に、今回のトナー量測定の開始を遅らせ、
   前記所定条件は、
   前回の前記トナー量測定前の前記トナー補給手段によるトナー補給量と、前記現像手段における実際のトナー消費量との差分値が所定の第３基準値未満という条件、もしくは、
   前回の前記トナー量測定前の画像形成での１ページあたりの平均エッジ数または平均ドット数と、前回の前記トナー量測定後の画像形成での１ページあたりの平均エッジ数または平均ドット数との差が所定の第４基準値未満という条件である、請求項１または２に記載の画像形成装置。

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