JP2020126133A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー消費量を正確に導出する画像形成装置を得る。【解決手段】現像装置は、感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する。中間転写ベルトは、そのトナー像を担持する。濃度センサー８は、キャリブレーション用のトナー像としてのトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する。トナー帯電量特定部４２は、キャリブレーションにおいて、トナーパッチ像の現像電流値と濃度センサー８により検出されたトナーパッチ像の濃度とに基づいて、トナーのトナー帯電量を特定する。トナー消費量特定部４３は、そのトナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、そのトナー像によるトナー消費量を特定する。【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、画像内のドット領域の後端部（副走査方向における後端部）などのエッジ部分において、それ以外のドットより多くのトナーが付着するため、画像のトナー消費量を導出する際に、そのような部分のトナー消費量が補正される。

ある画像形成装置は、画像内のエッジ画素数に対応してトナー量テーブルを選択し、選択したトナー量テーブルを使用して、画像内のドット数をトナー量に変換している（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−１４５９６９号公報

しかしながら、上述の装置では、上述のようなエッジ部分におけるトナー付着量の増加量は、トナー帯電量によって変動するため、トナー消費量を正確に導出することは困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、トナー消費量を正確に導出する画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体ドラムと、前記感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する現像装置と、前記トナー像を担持する像担持体と、キャリブレーション用の前記トナー像としてのトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する濃度センサーと、前記キャリブレーションにおいて、前記トナーパッチ像の現像電流値と前記濃度センサーにより検出された前記トナーパッチ像の濃度とに基づいて、前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、前記トナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、前記トナー像によるトナー消費量を特定するトナー消費量特定部とを備える。

本発明によれば、トナー消費量を正確に導出する画像形成装置が得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。 図２は、図１に示す画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。 図３は、トナーパッチ像の一例を示す図である。 図４は、ベタ部分におけるトナー帯電量とトナー付着量との関係と細線部分におけるトナー帯電量とトナー付着量との関係の違いについて説明する図である。 図５は、図１および図２に示す画像形成装置の動作について説明するフローチャートである。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式のプリント機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２および現像装置３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体であり、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上には静電潜像が形成される。露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置２は、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

現像装置３ａ〜３ｄは、トナーカートリッジ内のトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナー像を現像する。感光体ドラム１ａおよび現像装置３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像装置３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像装置３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像装置３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト５は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を転写され担持する環状の像担持体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー６ａおよびテンションローラー６ｂに張架され、駆動ローラー６ａからの駆動力によって、感光体ドラム１ａとの接触位置から感光体ドラム１ｄとの接触位置への方向へ周回していく。

２次転写ローラー７は、搬送されてくるプリントシート（プリント用紙など）を中間転写ベルト５に接触させ、中間転写ベルト５上のトナー像をプリントシートに２次転写する。なお、トナー像を２次転写されたプリントシートは、図示せぬ定着器へ搬送され、トナー像がプリントシートへ定着される。

濃度センサー８は、中間転写ベルト５に光を照射し、その反射光（例えば正反射光と拡散反射光）を受光し、受光した反射光の光量に対応する電気信号を出力する反射型光学式センサーである。濃度センサー８は、キャリブレーション用のトナー像としてのトナーパッチ像が中間転写ベルト５に１次転写された後、中間転写ベルト５上のトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する。

１次転写ローラー９ａ〜９ｄは、それぞれ、中間転写ベルト５を挟んで、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向して配置され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー像を感光体ドラム１ａ〜１ｄから中間転写ベルト５へ１次転写する。

図２は、図１に示す画像形成装置の電気的な構成の一部を示すブロック図である。図２に示すように、図１に示す画像形成装置は、コントローラー３１、現像バイアス回路３２、および転写バイアス回路３３をさらに備える。

コントローラー３１は、画像形成装置内の各部を電気的に制御する。コントローラー３１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、マイクロコンピューターなどを備え、ハードウェア処理およびソフトウェア処理の一方または両方を行う各種処理部として動作する。

現像バイアス回路３２は、制御信号により指定された電圧の現像バイアスを現像装置３ａと感光体ドラム１ａとの間に印加する。現像バイアス回路３２は、トナーパッチ像の現像時の現像電流値（直流電流値）を検出する現像電流検出部３２ａを備える。

転写バイアス回路３３は、制御信号により指定された電圧の１次転写バイアスを感光体ドラム１ａと１次転写ローラー９ａの間に印加する。

ここでは、コントローラー３１は、制御部４１、トナー帯電量特定部４２、およびトナー消費量特定部４３として動作する。

制御部４１は、図１に示す機械的構成、現像バイアス回路３２、転写バイアス回路３３などを制御して、プリントやキャリブレーションを実行する。

キャリブレーションにおいて、制御部４１は、感光体ドラム１ａ、露光装置２、現像装置３ａ、１次転写ローラー９ａなどを制御し、トナーパッチ像（一定濃度で所定形状のトナー像）の形成および１次転写を実行する。

図３は、トナーパッチ像の一例を示す図である。例えば図３に示すように、互いの濃度の異なる複数のトナーパッチ像２１〜２５が中間転写ベルト５に転写される。トナーパッチ像２１〜２５は、中間転写ベルト５の幅方向において、濃度センサー８の配置位置に対応する位置に転写される。

なお、トナーパッチ像２１〜２５の濃度は、印字率（つまり、トナードット密度） で表現される。つまり、トナーパッチ像２１〜２５では、トナードットがある画素位置と、ナードットがない画素位置とが混在している。

制御部４１は、制御信号を現像バイアス回路３２に供給して現像バイアスや現像電流を制御するとともに、制御信号を転写バイアス回路３３に供給して１次転写バイアスや転写電流を制御する。

なお、ここでは、感光体ドラム１ａ、現像装置３ａ、および１次転写ローラー９ａに対するコントローラー３１の機能について説明するが、他の感光体ドラム１ｂ〜１ｄ、現像装置３ｂ〜３ｄ、および１次転写ローラー９ｂ〜９ｄに対するコントローラー３１の機能も同様である。

トナー帯電量特定部４２は、キャリブレーションにおいて、現像電流検出部３２ａにより検出されたトナーパッチ像２ｉの現像電流値と濃度センサー８により検出されたトナーパッチ像２ｉの濃度測定値とに基づいて、トナーのトナー帯電量を特定する。

具体的には、トナー帯電量特定部４２は、現像に使用されたトナーの電荷Ｑを現像電流値から導出し、現像に使用されたトナーの重量Ｍをトナーパッチ像２ｉの濃度測定値から導出し、両者の比Ｑ／Ｍをトナー帯電量として導出する。

なお、現像電流値と電荷Ｑとの対応関係、および濃度測定値と電荷Ｑとの対応関係は、それぞれ、予め実験などで特定され、テーブル、変換式などとして、トナー帯電量特定部４２に実装され、トナー帯電量特定部４２は、そのテーブル、変換式などを使用して、現像電流値から電荷Ｑを導出し、濃度測定値から重量Ｍを導出する。

トナー消費量特定部４３は、ユーザーのプリント画像のプリント時のトナー消費量を導出する。このように導出されたトナー消費量は、トナーカートリッジのトナー残量管理、トナー消費課金などに使用される。

その際、トナー消費量特定部４３は、上述のように導出されたトナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、そのプリント画像によるトナー消費量を特定する。つまり、トナー消費量特定部４３は、プリント画像におけるドットを、非エッジ部分のドットとエッジ部分のドットに分類し、非エッジ部分のドットのトナー消費量を、所定の関係式などでプリント画像の画像データから導出し、エッジ部分のドットのトナー消費量を上述のようにして導出する。

なお、この実施の形態では、例えば、感光体ドラム１ａ〜１ｄには、比較的比誘電率の高いアモルファスシリコン製の感光体ドラムが使用され、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラーが感光体ドラム１ａ〜１ｄに対してトレール回転し、現像ローラーの線速が感光体ドラム１ａ〜１ｄの線速より高い場合、エッジ効果によるエッジ部分のトナー付着量の増加だけではなく、後端溜まりによるエッジ部分のトナー付着量の増加も発生する。したがって、画像内のドット領域のエッジから、エッジ効果または後端溜まりによりトナー付着量が増加する箇所（例えばエッジから所定画素数の範囲）が、上述のエッジ部分として特定される。画像内のドット領域のうち、エッジ部分以外の箇所が非エッジ部分として特定される。

図４は、ベタ部分におけるトナー帯電量とトナー付着量との関係と細線部分におけるトナー帯電量とトナー付着量との関係の違いについて説明する図である。図４に示すように、ベタ部分におけるトナー付着量（つまり、ドット領域の単位面積あたりのトナー消費量）は、トナー帯電量によってあまり変化しないが、細線部分（つまりエッジ部分）におけるトナー付着量は、トナー帯電量によって変化し、具体的には、トナー帯電量が少なくなるほど、トナー付着量が多くなる。

そのため、特に、その際、トナー消費量特定部４３は、トナー帯電量が低いほどエッジ部分のトナー消費量を増加させてエッジ部分のトナー消費量を補正する。

なお、トナー消費量特定部４３は、トナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、非エッジ部分のトナー消費量をトナー帯電量に基づいて補正せずに、トナー像によるトナー消費量を特定する。

具体的には、例えば、トナー消費量特定部４３は、トナー帯電量とエッジ部分のトナー付着量との関係式（またはルックアップテーブル）を予め保持しており、キャリブレーションにおいて、その関係式（またはルックアップテーブル）を使用して、特定されたトナー帯電量の値に対応するエッジ部分のトナー付着量を特定し、キャリブレーションで特定したエッジ部分のトナー付着量に基づいて、ユーザーのプリント画像のプリント時のトナー消費量を導出する。

例えば、トナー消費量特定部４３は、プリント画像におけるエッジ部分のトナーカウント値に、基準値（例えば非エッジ部分のトナー付着量に相当する値）に対するエッジ部分のトナー付着量の比率をキャリブレーションで導出し、その比率を補正係数として乗じることで、ユーザーのプリント画像のプリント時のトナー消費量を導出する。その際、その補正係数は、上述の比率の値に応じて、例えば、１．２、１．３、１．４などと所定間隔で段階的に特定されるようにしてもよい。あるいは、所定の特性（関係式、ルックアップテーブルなど）で上述の比率から補正係数を導出するようにしてもよい。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。図５は、図１および図２に示す画像形成装置の動作について説明するフローチャートである。

制御部４１は、所定のタイミングで自動的に、あるいは、ユーザーやサービスパーソンに手動で指示されると、キャリブレーションを実行する。

キャリブレーションにおいては、制御部４１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２、現像装置３ａ〜３ｄ、１次転写ローラー９ａ〜９ｄなどを制御して、所定のトナーパッチ像２ｉ（テストパターン）の形成および１次転写を実行する（ステップＳ１）。その際、制御部４１は、現像電流検出部３２ａで現像電流を検出する（ステップＳ２）。

そのようにして中間転写ベルト５上に転写されたトナーパッチ像２ｉは、中間転写ベルト５の進行とともに移動し、トナーパッチ像２ｉが濃度センサー８の測定位置に到達すると、濃度センサー８は、トナーパッチ像２ｉの濃度に対応するセンサー信号を出力する。制御部４１は、そのセンサー信号を、トナーパッチ像２ｉの濃度に対応する濃度測定値として受け付ける（ステップＳ３）。

そして、トナー帯電量特定部４２は、トナーパッチ像２ｉの、その現像電流値に基づく電荷とそのトナー濃度測定値に基づくトナー付着量とに基づいて、トナーのトナー帯電量を特定する（ステップＳ４）。なお、互いに濃度の異なる複数のトナーパッチ像２１〜２５を使用する場合には、例えば、複数のトナーパッチ像２１〜２５について得られたトナー帯電量の平均値が、トナーのトナー帯電量として特定される。

トナー消費量特定部４３は、上述のようにして、トナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー付着量や上述の補正係数を特定する（ステップＳ５）。

このようにして、キャリブレーションにおいて、エッジ部分のトナー付着量や補正係数が、上述のように特定され、次回のキャリブレーションまで、そのエッジ部分のトナー付着量や補正係数を使用して、ユーザーのプリント画像のトナー消費量が導出される。

通常プリント動作（つまり、ユーザーにより指定されたプリント画像のプリント時）においては、制御部４１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２、現像装置３ａ〜３ｄ、１次転写ローラー９ａ〜９ｄなどを制御して、ユーザーにより指定された画像に対応するトナー像の形成および１次転写を実行する。

そして、制御部４１は、２次転写ローラー７で、プリントシートに、中間転写ベルト５上のトナー像をプリントシートに２次転写させる。２次転写後、そのトナー像は、図示せぬ定着器でプリントシートへ定着される。その後、そのプリントシートは、印刷物として排出される。

その際、トナー消費量特定部４３は、キャリブレーションにおいて特定されているエッジ部分のトナー付着量や補正係数に基づいて、プリント画像（つまり、非エッジ部分およびエッジ部分）のトナー消費量を特定する（ステップＳ６）。例えば、非エッジ部分についてトナーカウンターがカウントされるとともに、エッジ部分についてトナーカウンターが、キャリブレーションにおいて特定されているエッジ部分のトナー付着量や補正係数に対応してカウントされる。

以上のように、上記実施の形態によれば、現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する。中間転写ベルト５は、そのトナー像を担持する。濃度センサー８は、キャリブレーション用のトナー像としてのトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する。トナー帯電量特定部４２は、キャリブレーションにおいて、トナーパッチ像の現像電流値と濃度センサー８により検出されたトナーパッチ像の濃度とに基づいて、トナーのトナー帯電量を特定する。トナー消費量特定部４３は、そのトナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、そのトナー像によるトナー消費量を特定する。

これにより、トナー消費量が正確に導出される。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態において、制御部４１は、プリント画像の転写の際の転写ローラー９ａ〜９ｄの転写電流より、トナーパッチ像２ｉの転写の際の転写ローラー９ａ〜９ｄの転写電流を高くするようにしてもよい。また、その場合、制御部４１は、トナーパッチ像２ｉの濃度が高いほど、トナーパッチ像２ｉの転写の際の転写ローラー９ａ〜９ｄの転写電流を高くするようにしてもよい。これにより、トナーパッチ像２ｉの積載高さが高くなる条件（トナー帯電量が低いときなど）であっても、転写電流値が高くなるように制御されるため、トナーパッチ像２ｉのトナーが中間転写ベルト５上で周囲に分散し、トナーパッチ像２ｉの高さが減る。したがって、濃度センサー８のセンサー出力値の飽和が発生しにくくなり、濃度測定値の測定誤差が小さくなる。これにより、トナー重量Ｍの測定誤差、ひいては、トナー帯電量Ｑ／Ｍの誤差も小さくなる。

また、上記実施の形態に係る画像形成装置は、カラー画像形成装置であるが、モノクロ画像形成装置でもよい。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
３ａ〜３ｄ 現像装置
５ 中間転写ベルト（像担持体の一例）
８ 濃度センサー
４２ トナー帯電量特定部
４３ トナー消費量特定部

Claims (3)

1. 感光体ドラムと、
   前記感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する現像装置と、
   前記トナー像を担持する像担持体と、
   キャリブレーション用の前記トナー像としてのトナーパッチ像の濃度を光学的に検出する濃度センサーと、
   前記キャリブレーションにおいて、前記トナーパッチ像の現像電流値と前記濃度センサーにより検出された前記トナーパッチ像の濃度とに基づいて、前記トナーのトナー帯電量を特定するトナー帯電量特定部と、
   前記トナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正して、前記トナー像によるトナー消費量を特定するトナー消費量特定部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー消費量特定部は、前記トナー帯電量が低いほど前記エッジ部分のトナー消費量を増加させて前記エッジ部分のトナー消費量を補正することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費量特定部は、前記トナー帯電量に基づいてエッジ部分のトナー消費量を補正するが、非エッジ部分のトナー消費量を前記トナー帯電量に基づいて補正せずに、前記トナー像によるトナー消費量を特定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。