JP4537116B2 - 画像形成装置及びカートリッジ、カートリッジに搭載される記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に、レーザービームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置およびカートリッジ、カートリッジに搭載される記憶装置に関するものである。

従来のレーザービームプリンタなどの電子写真画像形成装置について簡単に説明する。一般に電子写真画像形成装置は、帯電手段により均一に帯電された電子写真感光体（以下、「感光体」という）に対し、画像情報に対応した光を感光体に照射して静電潜像を形成し、この静電潜像に現像手段で記録材料である現像剤（以下「トナー」）を供給して画像として顕像化し、更に感光体から記憶媒体である記録紙へ画像を転写し、トナーを保持した記録紙はトナー像を乱さぬよう、定着装置へ転送され、定着装置において熱圧着されることで、記録紙上に永久画像として記録され、出力される。現像手段にはトナーを収容した現像剤収納部としてのトナー容器が連結しており、画像を形成することでトナーは消費されていく。トナー容器や現像手段、感光体、帯電手段などはプロセスカートリッジとして一体に構成されることが多く、トナーがなくなった際使用者はプロセスカートリッジを交換することで、再び画像を形成することができる。

プロセスカートリッジには容器容積によって決められたトナー量が搭載されている。従ってユーザーがプリントできる枚数は、通常、このトナー量に相関する。使用者によっては、トナー消費量を低減させトナーを節約し、より多くの枚数をプリントする使用者も増えている。また、自動的にトナー消費量を低減することのできる低消費モードや、印字する画像データに対し、解像度の低い画像データ、階調数を下げた画像データ、画像濃度を下げた画像データに変換して印字するドラフトモードといった画像形成モードを持ったレーザービームプリンタも増えてきている。

トナー消費量を減少させるための手段として、現像コントラストを変化させる手段、レーザー光量を変化させる手段等がある。現像コントラストを変化させたり、レーザー光量を変化させることで、感光体上に形成された潜像を変化させ、現像する際にトナーの載り量を減らすことができる。

しかしながら、現像コントラストやレーザー光量のみでトナー消費量を低減させた場合、ある程度面積の広いべた黒などの画像では画質の変化が目立たない条件でも、細線や文字などの画像では線幅が非常に細くなり、貧弱な画質となることがある。

そこで、線幅を確保しながらトナー消費量を低減させる手段として、２値画像で構成される画像の輪郭部はそのままの濃度で印刷し、画像の内部においてトナー消費量を低減させる制御方法を行うことによって、線幅を確保しつつ、トナー消費量を減少させることを可能とした。このときの制御方法とは、図３に示すように印刷対象の画像データ３０１に対し、輪郭部分はそのままの濃度で、べた黒画像のような画素の集合部の内部について印字しない空点をちりばめるディザ画像化３０２や１ドット単位でレーザーの発光量や点灯幅を変化させるハーフトーン画像化３０３のことをいう（例えば、特許文献１参照）。

なお、このような、画像の１ドット単位でレーザの発光量や点灯幅（点灯時間）を変化させてトナーの載り量を抑える画像形成モードを「トナー低消費モード」という。
特開平９−０８５９９３号公報

しかしながら、上記従来例で示した処理方法では以下に示すような問題が生じる。

従来用いられてきた画質を保持したトナー低消費モードにおける処理方法は、得られた画像に対し、画素集合部の輪郭部分を元画像の濃度のまま印刷し、中央部においてディザ画像化、ハーフトーン画像化し、トナー消費量を低減するものであった。このときの処理方法は輪郭部以外はすべての画像に対し一律に適応されるものであった。また、使用状況に応じて、ディザ画像化するパターン、もしくは、ハーフトーン画像化する割合を切り替えることで、画質を保持した低消費モードを提供することを可能とした。

しかし、ディザ画像化による低消費モードを行う場合には、従来行われていた低消費モードにおけるトナー消費量よりも、さらに多くトナー消費量を低減しようとすると、空点部分が非常に目立ち、本来べた黒であるはずの画像が、網目状の画像となる問題がある。

また、スキャナーレーザーの発光時間や発光光量を変化させたハーフトーン画像化による低消費モードを行った場合、感光体の感光層の耐久変化の影響を受けやすくなるという問題を生じる。すなわち、ハーフトーン処理を行わない場合の通常のレーザー光では感光体の使用による感光層の摩耗による感度変化の影響をほとんど受けなかったものが、発光時間や発光光量を変化させたレーザー光に対しては、感光体の感光層の耐久変化、つまり、感光体の摩耗が進み感光層が薄くなればなるほど感光体の感度が低下し、大きな濃度低下、および線幅の劣化を生じてしまう。

さらに、感光体の感度変化を検出するための濃度センサーや感光体表面電位センサーを設置して、そのセンサーの検出結果に基づいて発光時間や発光光量を変化させることによってハーフトーン画像化を行うことも可能であるが、上記センサー類の検出回路を組み込むためのコスト面の問題や、センサーを設置するための設置箇所を確保するための問題がある。

加えて、従来に示すようなべた黒画像や線幅といった画像面積の異なるパターンでは、画像面積の差より、ディザ画像化による低消費モードを行った場合に、画質を保持するために必要なトナー消費量がそれぞれの場合で異なるため、画像面積にかかわらず一律でトナー消費量を低減させるとトナー消費量の低減率を犠牲にする必要があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、像担持体の使用量によらず安定した画質を維持して、現像剤消費量を低減することを可能とする画像形成装置及びカートリッジ、カートリッジに搭載される記憶装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の画像形成装置は、現像剤を用いて第１の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第１の画像形成モードと、現像剤を用いて前記第１の画像形成条件とは異なる第２の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第２の画像形成モードとを有し、記録される画像に対する現像剤の消費量が前記第１の画像形成モードよりも前記第２の画像形成モードの方が少なくなる様に前記第２の画像形成条件が設定される画像形成装置において、前記像担持体の使用量の閾値情報を記憶する記憶手段と、前記記録される画像の画素集合領域のサイズを判別する判別手段と、前記像担持体の使用量と前記記憶手段に記憶された前記閾値情報と前記判別手段の判別結果に応じて前記第２の画像形成モードにおける前記第２の画像形成条件を変更する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記像担持体の使用量が前記閾値情報よって示される使用量に達した場合、前記第２の画像形成条件を前記判別手段によって判別した前記画素集合領域のサイズに対応した画像形成条件に変更することを特徴とする。

また、本発明のカートリッジは、現像剤を用いて第１の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第１の画像形成モードと、現像剤を用いて前記第１の画像形成条件とは異なる第２の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第２の画像形成モードとを有し、記録される画像に対する現像剤の消費量が前記第１の画像形成モードよりも前記第２の画像形成モードの方が少なくなる様に前記第２の画像形成条件が設定される画像形成装置に着脱可能なカートリッジにおいて、前記像担持体と、情報を記憶する記憶手段と、を有し、前記記憶手段は、前記画像形成装置で前記第２の画像形成モードを実行中に前記第２の画像形成条件を変更するために使用される情報であって、前記像担持体の使用量の閾値情報が記憶された第１の記憶領域と、前記閾値情報と対応付けて記憶され、前記記録される画像の画像情報に応じた画像形成条件が記憶された第２記憶領域と、を有し、前記閾値情報と前記画像形成条件とを用いて前記第２の画像形成条件が変更されることを特徴とする。

また、本発明の記憶装置は、像担持体を有し、現像剤を用いて第１の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第１の画像形成モードと、現像剤を用いて前記第１の画像形成条件とは異なる第２の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第２の画像形成モードとを有し、記録される画像に対する現像剤の消費量が前記第１の画像形成モードよりも前記第２の画像形成モードの方が少なくなる様に前記第２の画像形成条件が設定される画像形成装置に着脱可能なカートリッジに搭載される記憶装置において、前記画像形成装置で前記第２の画像形成モードを実行中に前記第２の画像形成条件を変更するための前記像担持体の使用量の閾値情報が記憶された第１の記憶領域と、前記閾値情報と対応付けて記憶され、前記記録される画像の画像情報に応じた画像形成条件が記憶された第２記憶領域と、を有し、前記閾値情報と前記画像形成条件とを用いて前記第２の画像形成条件が変更されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、像担持体の使用量に応じて、画像形成条件を変更することによって、像担持体の使用量によらず安定した画像を維持して、現像剤消費量を低減することが可能となる。

また、本発明の他の態様によれば、像担持体の使用量と、記録すべき画素集合領域の大きさを判別する判別手段の判別結果とに応じて、画像形成条件を変更することによって、像担持体の使用量によらず安定した画像を維持して、現像剤消費量を低減することが可能となる。

また、本発明の他の態様によれば、像担持体の使用量に応じて、画像形成条件として現像部材の現像条件と帯電部材の帯電条件とを変化させて、像担持体の使用量によらず安定した画像を維持して、現像剤消費量を低減することが可能となる。

（実施例１）
図２は本発明を適用する画像形成装置の略断面図である。

図２において、１は像担持体たる感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｉ等の感光材料をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成して構成されており、モータなどの駆動手段Ａにより矢示の時計方向ａに所定の周速度で回転駆動される。

２は回転する感光ドラム１の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電手段であり、本例では帯電ローラを使用した接触帯電装置を用いている。３は画像情報露光手段であり、本例ではレーザービームスキャナーを用いている。このスキャナー３は、半導体レーザー、ポリゴンミラー、Ｆ−θレンズ等を有してなり、不図示のホスト装置から送られてきた画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬを出射して感光ドラム１の一様に帯電された表面を走査露光し、静電潜像を形成する。４はプロセスカートリッジを構成する現像装置であり、現像剤（以下トナーという）が内包されている。感光ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像する。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。５は弾性層を有する回転体形状の接触帯電部材としての転写ローラであり、感光ドラム１に対して加圧接触させて転写ニップ部Ｎを形成しており、モータなどの駆動手段Ｂにより矢示の反時計方向ｂに所定の周速度で回転駆動される。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、該転写ニップ部Ｎに対して給紙部から給紙された被記録材Ｐ（被転写材）に対して順次静電転写される。手差し給紙部７やカセット給紙部１４等の給紙部から給紙された被記録材Ｐは、プレフィードセンサ１０で待機した後に、レジストローラ１１、レジストセンサ１２、転写前ガイド１３を通過して転写ニップ部Ｎ（画像形成部）に給紙される。

被記録材Ｐは、レジストセンサ１２によって感光ドラム１の表面に形成されたトナー像と同期取りされて、感光ドラム１と転写ローラ５とで形成される転写ニップ部Ｎに供給される。また、給紙部において記録材Ｐの給紙時に複数の記録材を誤って給紙してしまう重送と言った問題を解消するために、分離ローラ（８、１５）等が設けられている。転写ニップ部Ｎにおいてトナー像の転写を受け、転写ニップ部Ｎを通過した被記録材Ｐは、感光ドラム１の面から分離され、シートパス９を通って定着装置１８へ搬送される。本例の定着装置１８は加熱フィルムユニット１８ａと加圧ローラ１８ｂの圧接ローラ対からなるフィルム加熱方式の定着装置であり、トナー像を保持した被記録材Ｐは加熱フィルムユニット１８ａと加圧ローラ１８ｂの圧接部である定着ニップ部ＴＮで狭持搬送されて加熱・加圧を受けることでトナー像が被記録材Ｐ上に定着され永久画像となる。トナー像が定着された被記録材Ｐは排紙ローラ１９に従って、フェイスアップ排紙口１６もしくはフェイスダウン排紙口１７へ排出される。

一方、被記録材Ｐに対するトナー像転写後の感光ドラム１の表面は、プロセスカートリッジのクリーニング装置６により転写残留トナーの除去を受けて清掃されて繰り返して作像に供される。本例のクリーニング装置６はブレードクリーニング装置であり、６ａはそのクリーニングブレードである。

次に、本発明の画像形成装置制御部およびプロセスカートリッジについての詳細な説明を図１を用いながら行う。

本発明で用いられる電子写真画像形成装置（以下、「装置本体」という）は、ホストコンピュータからの画像信号を受け取り、可視化された画像として出力するレーザービームプリンタであり、電子写真感光体、現像手段、現像剤（トナー）等の消耗品をプロセスカートリッジとして装置本体に対して着脱し交換可能にした電子写真画像形成装置である。

図１に示すように、画像形成装置制御部１０１は、装置本体の形成動作を行う中央処理演算装置である本体ＣＰＵ１０３と、カートリッジに搭載されている記憶装置と通信を行うＩＯ制御部１０４、得られた画像信号１０７を画像処理する画像処理制御部１０５、出力画像信号に応じてスキャナレーザーの発光制御を行うレーザー駆動制御部１０６によって構成される。

プロセスカートリッジ１０２が装置本体に挿入された場合、および、装置本体に電源が投入された場合、ＩＯ制御部１０４はカートリッジに付随する記憶装置１１１と通信を行い、プロセス条件や使用履歴といった種々の記憶値を取得する。ＩＯ制御部１０４によって得られた記憶値は本体ＣＰＵ１０３に送信され、画像形成を行う際の、データとして使われる。

画像形成装置に接続される画像信号入力部１００であるコンピューターまたは画像読取りスキャナなどから送信された画像信号１０７は、画像処理制御部１０５において、エッジ処理や濃度調整などといった画像処理を行い最適な画像形成を行えるような画像信号として処理される。

本体ＣＰＵ１０３は、カートリッジの記憶装置１１１から得られた記憶値と、画像処理を終えた画像信号とから、最適なプロセス条件値を算出し、最適なプロセス条件値で画像を形成する。

また、プロセスカートリッジ１０２（以下、「カートリッジ」という）は、電子写真感光体である感光体ドラム１１２と、感光体ドラム１１２を均一に帯電するための帯電手段としての帯電ローラ１１３，現像装置１１４と、感光体ドラム１１２の表面を清掃するクリーニング手段であるクリーニングブレード１１５と、クリーニングブレード１１５により感光体ドラム１１２から除去された残留トナーを収容する廃トナー容器１１６とが一体的に構成され、装置本体に取り外し可能に装着される。

現像装置１１４は、現像剤であるトナーＴを収容する現像剤収納部であるトナー容器１１７、トナー容器１１７と連結された現像容器１１８、感光体ドラム１１２に対向配置された現像手段としての現像ローラ１１９、現像ローラ１１９に当接し、トナー層厚を規制する現像剤規制部材である現像ブレード１２０、及びトナー容器１１７内のトナーＴを攪拌し現像容器内へトナーＴを送り込むトナー容器内攪拌部材１２１、トナー容器から送り込まれたトナーＴを現像ローラ１１９へ搬送する攪拌部材１２２を備えている。

又、カートリッジの使用前には、トナー容器１１７と現像容器１１８の間にトナー封止部材１２３が貼着されている。このトナー封止部材１２３は、カートリッジの輸送中等に激しい衝撃が発生した場合等でもトナーが洩れることのないように設けられ、装置本体にカートリッジを装着する直前にユーザーによって開封される。

尚、本実施例においては、現像剤として絶縁性磁性１成分トナーを用いた。

また、本実施例に使用される記憶装置には、画像形成に必要な帯電バイアス設定値や、現像バイアス設定値、露光手段であるレーザーの光量設定値等といった画像形成プロセス設定値や、感光体使用量やトナー残量などの使用量等を記憶している。また、通紙履歴に応じてバイアス設定値などを切り替えて使用する場合、切り替えタイミングである閾値情報や閾値情報に応じて切り替えられる設定値などが記憶されている。

以上説明した上記構成において、ＣＰＵ１０３からの指示によって高圧印加部２００から帯電ローラに対してバイアスが印加されることによって、感光体ドラムが帯電ローラによって均一に帯電され、その表面を露光装置としてのレーザースキャナー１０８から照射される画像信号に応じたレーザー光１０９がミラー１１０で反射されて感光体ドラムに導かれることによって走査露光なされ、目的の画像情報の静電潜像が形成される。静電潜像は、ＣＰＵ１０３からの指示によって高圧印加部２００から現像ローラに対してバイアスが印加されて、現像ローラがトナーを感光体に搬送して、感光体ドラム上にトナーが付着されてトナー像として可視化される。

図４は画像処理の流れを示した図であり、図４を用いて画像処理の概略を説明する。

なお、図１と同様の部分には同じ番号を用いて記載してある。

図４においてプリンタ本体には文章や図といった画像情報１０７を送信するパーソナルコンピュータやホストコンピュータなどのコンピュータ機器１００が接続されている。このコンピュータ機器１００より、プリンタ本体４０３へ画像情報１０７が信号線４０４を介して送信され、送信された画像情報１０７はプリンタ本体内４０３の本体ＣＰＵ１０３や、本体ＣＰＵ内に設けられている画像が出力されるまでの間、画像データを一時的に保存する揮発性記憶装置（不図示）などに送られる。

そして、記録用紙１枚に印刷されるすべての画像情報１０７が取得できたことが確認されれば、プリンタ本体は印刷動作を開始する。印刷動作の開始後、レーザー駆動制御部１０６に画像情報１０７が信号線４０８を介して送信され、画像情報１０７に応じてレーザースキャナ１０８のレーザーを信号線４１０を介して発光・非発光制御する信号を送信して、感光体１１２上に静電潜像４１２を形成する。

ここで、コンピュータ機器より送信される画像データは、プリンタ本体の解像度の最小単位である１ｄｏｔ毎に、レーザースキャナの発光を制御するコードが入力されている。たとえば、ドットを打つのか打たないのかといった２値データが保存されている場合や、灰色などのハーフトーンを含んだ多値データなどが保存されている。また、ここで解像度の最小単位である１ｄｏｔを１画素という。

そして、この１画素毎の２値データ、または、多値データに基づいて、レーザースキャナ１０８の発光時間や光量が制御され、感光体上に静電潜像の電位差となって現れ、トナーの載り量を制御し濃度を調整し、豊かな階調性を得ている。

通常の画像形成モードでは、画像信号に応じた１画素ごとのデータに基づいて、レーザスキャナ１０８の発光量（発光時間または発光光量）をＣＰＵ１０３が制御して、レーザを発光させて感光体上に潜像を形成することによって画像を形成している。

これに対して、通常の画像形成モードとは異なる画像形成条件で画像を形成するモード、すなわち、通常の画像形成モードよりもトナーの消費量を低減させてトナーを節約して印字するトナー低消費モードがある。ここで、本実施例のトナー低消費モードについて図５を用いて説明する。本実施例の方法は、画素の集合割合に応じて行う、一律ではないトナー消費量低減のための画像処理方法である。

なお、この通常の画像形成モードとトナー低消費モードの選択は、画像形成装置に設けられているオペレーションパネル（不図示）のスイッチによる選択指示、または、外部コンピュータ（図１の１００）などからのコマンド入力などによって選択可能になっている。

図５は、画像形成処理の流れを示した図である。なお、図１と同様の部分については同じ番号を用いて記載してある。

図５において、外部コンピュータ１００からレーザプリンタに送信される画像情報がレーザプリンタのＣＰＵ１０３で受信され、ＣＰＵ１０３もしくは記憶装置（不図示）に保持される。ＣＰＵ１０３は、不図示のオペレーションパネルからの指示信号、もしくは、外部コンピュータからのコマンドに応じて、通常の画像形成モードで印字するか、もしくは、トナー低消費モードで印字するかを判断する。通常の画像形成モードであると判断された場合には、矢印Ａでしめされているように、画像情報（元画像）５０２をレーザ駆動制御部１０６に送信する。また、トナー低消費モードであると判断された場合には、矢印Ｂでしめされているように、画像情報（元画像）５０２を、画像処理を行う画像処理制御部１０５へ送信する。画像処理部１０５にて元画像が画素毎に解析され、小面積の画素集合領域である場合と、大面積の画素集合領域である場合に分けられる。パターン処理部５０では、小面積の画素集合領域である場合には、５０４の処理パターンで画像処理され、大面積の画素集合領域である場合には、５０５の処理パターンで画像処理が行われる。画像処理処理部１０５へ送られた画像情報５０６に対し画像処理が行われた後、再び本体ＣＰＵ１０３へ送信され、画像処理後の処理画像５０７としてレーザ駆動制御部１０６に送信されレーザーの発光制御に使われる。

図６においてトナー消費量を低減させる場合の画像処理の効果を示す。

図６−ａにおいて、現像を行う画素集合領域の面積の小さな小面積画像６０１と画素集合領域の面積の大きな大面積画像６０２がある。ここであげた小面積画像６０１と大面積画像６０２は画像情報６０４の一部に含まれる。図６−ａでのセル６０３は１画素を示し、６００ｄｐｉの解像度の場合、１画素＝１／６００インチに相当する。また、図６−ａにおいて画素内に“Ｂ”６０５が付してあるものは現像を行いドットを打つ画素である。また、空白はドットを打たない画素である。

画像処理ＣＰＵ内で、小面積画像と判断された画素集合領域６０１に対しては、小面積画像の処理パターンに即して、画像処理が行われる。また、大面積画像と判断された画素集合領域６０２に対しては、大面積画像の処理パターンに即して、画像処理が行われる。なお、小面積画像の処理パターンは図５の５０４、大面積画像の処理パターンは図５の５０５に相当する処理である。

この場合、大面積の画素集合領域とは、例えば、主走査方向８ドット以上、かつ、副走査方向８ドット以上の画素集合領域であり、小面積の画素集合領域とは、主走査方向７ドット以下、かつ、副走査方向７ドット以下の画素集合領域とする。なお、大面積／小面積の画素集合領域の判断は、このドット数に限定されるものではなく、適宜変更可能なものである。

画像処理後の画像情報（図６−ｂ）には、小面積画像６０６として処理された画素は濃度を大きく低下させないような中間階調データ（ハーフトーン）Ｈ１（６０８）として処理される。また、大面積画像６０７として処理された画素は濃度を保ちつつトナー消費量を可能なまでに低下させるハーフトーンＨ２（６０９）として処理される。なお、大面積画像を処理するハーフトーンＨ２の処理は、小面積画像を処理するハーフトーンＨ１の処理よりも濃度をより多く低下させるように設定してある。

図７において、本実施例で用いる２値データを解析しハーフトーン画像化を行い、ハーフトーン画像化に基づいて行うレーザー発光制御について説明を行う。

本実施例ではレーザー発光時間を制御し、発光時間に応じて感光体上に露光された箇所に電位差を生じさせる。

図７において、各プリンタの解像度に応じた１ｄｏｔを形成するために必要なレーザー発光時間７０１がある。１ｄｏｔを形成するための時間を連続して発光７０３させることで、べた黒画像が形成される。このときの感光体上の電位７０５は感光体暗部電位Ｖｄ７０７に対し、露光された明部電位Ｖｌ７０８となる。

また、１ｄｏｔの形成に必要な基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間を「基準発光時間」７０１とする。

ここで、レーザー発光時間が例えば基準発光時間に対し５０％に制御された場合、１ｄｏｔを形成するためのレーザー発光時間は７０２となる。これを連続的に発光７０４することで、レーザー発光時間を基準発光時間に対し５０％に制御されたべた黒画像が形成され、感光体上の電位７０６は感光体表面電位Ｖｄ７０７に対し、露光された部分はＶｌ’７０９となり、感光体上の潜像電位が変化７１０することでトナー消費量を変化させている。

また、このとき、感光体上の露光電位Ｖｌと現像バイアスのＤＣ成分との差を現像コントラストという。また、暗部電位Ｖｄと現像バイアスのＤＣ成分との差をバックコントラストという。

図８−ａにレーザー発光時間とドラム上の露光電位Ｖｌをしめす。ここで、横軸は基準発光時間に対するレーザー発光時間の割合を示す。図８−ａに示すように、レーザー発光時間が基準発光時間に対し１００％〜６０％では、ドラム上の露光電位Ｖｌの変化は小さい。また、基準発光時間に対し６０％以下においても変化は小さいが徐々に大きな変化を示す。

図８−ｂにドラム上露光電位Ｖｌとべた黒濃度を示す。図８−ｂに示すように、ドラム上露光電位に対してべた黒濃度は非線形に変化し、特にドラム上露光電位Ｖｌが小さくなるに従って、べた黒濃度は急激な落ち込みを示す。また、べた黒濃度として、満足のいく値は１．４以上であるので、このときに必要なドラム上露光電位は−２００Ｖ以上であることがわかり、図８−ａよりレーザー発光時間として、基準発光時間に対し６０％程度まで削減が可能である。

図８−ｃにドラム上露光電位Ｖｌと線幅をしめす。このときの線幅は、６００ｄｐｉの解像度において４ｄｏｔ幅で線画像を書いたものを顕微鏡で測定したものを採用する。また、このときの４ｄｏｔは約１７０μｍに相当する。図８−ｃに示すように、線幅はドラム上露光電位Ｖｌに対し、ほとんど変化することなく緩やかに推移していることがわかる。しかし、変化は緩やかではあるもののべた黒濃度と同様にドラム上露光電位Ｖｌに従って細くなっている。また、４ｄｏｔ幅の１７０μｍに対し、満足のゆく画質を得るために必要な線幅は約１６５μｍであるので、１６５μｍ以上の線幅を得るためには、ドラム上露光電位として−１８０Ｖ以上必要であることがわかり、図８−ａよりレーザー発光時間として、基準発光時間に対し８０％程度まで削減が可能である。

以上示したグラフより、べた黒濃度および線幅がドラム上露光電位に影響し、特にべた黒画像において、大きな変化を示している。また、そのそれぞれで満足のゆく画質を保持するためのドラム上露光電位は異なることがわかる。

ここで、べた黒濃度推移と線幅推移を確認する画像データとして、図９に示す。図９に示す画像データは例えばＡ４サイズの記録紙上の中央に、べた黒濃度を測定するための、５ｃｍ四方のべた黒画像９０１と、それと隣接して、線幅を測定するための、４ｄｏｔ幅で長さが５ｃｍ（１１８０ｄｏｔ）の縦線と横線９０２を配置する。べた黒濃度としては５ｃｍ（１１８０ｄｏｔ）四方のサンプルを反射濃度測定器（ＭＡｃｂｅｔｈ社製ＲＤ９１８）にて測定した結果を用いる。また、線幅としては縦線と横線の線幅を顕微鏡でそれぞれ測定し平均化したものを用いる。

そこで、１ｄｏｔに点灯する規定のレーザー発光時間（基準発光時間）に対し、べた黒画像９０１のように大面積画像のレーザー発光時間を６０％とし、線画像９０２のように小面積画像におけるレーザー発光時間を８０％とし、通紙枚数に応じてべた黒濃度と線幅変化を確認する。

また、このときの実験では、プロセススピードを２００ｍｍ／ｓｅｃとし、１分間にＡ４サイズの記録材を縦送りで連続３０枚通紙可能な画像形成装置を使用した。また、トナーカートリッジの容量は１０００ｇを搭載し、１枚につき６０ｍｇのトナー消費量で１６０００枚を通紙可能なカートリッジを用いた。このとき、画像形成装置の解像度を６００ｄｐｉとし、１ｄｏｔを形成するために必要な基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間は６３ｎｓｅｃとなる。また、通紙試験に用いられる記録材をＡ４サイズとし、通紙間隔は、１枚印刷するごとに駆動を停止する１枚間欠通紙モードにて行う。

さらに、本実施例においては、画像処理を行う上で、小面積と区別する画素集合領域を、縦１０ｄｏｔもしくは横１０ｄｏｔ以下の場合とし、大面積と区別する画素集合領域を、縦１１ｄｏｔかつ横１１ｄｏｔ以上の場合として、トナー消費量を低減させるモードとしてはレーザ発光時間を制御してトナー消費量を低減させる低消費モード用いる。

さらに、べた黒濃度測定や線幅測定は、図９に示す画像サンプルを用い、本実施例では２０００枚毎にサンプリングを行う。また、本実験では低消費モードを採用した場合のべた黒濃度推移と線幅推移を確認したいことから、大面積と判断された場合のレーザー発光時間が基準発光時間に対し６０％、小面積と判断された場合のレーザー発光時間が基準発光時間に対し８０％であることから、通常、トナー消費量を低減させないで使用した場合の１．５倍程度の通紙枚数（通紙積算枚数）まで印字させて、べた黒濃度や線幅の測定を行った。

その結果、べた黒濃度推移は図１０−ａ、線幅推移は図１０−ｂに示すように、通紙枚数に応じて常に減少していることがわかる。

そこで、通紙耐久を終えたトナーカートリッジを用いてレーザー発光時間とドラム上の露光電位を測定する。その結果、図１１に示すように、波線に示す通紙試験開始時に測定した推移に対し、実線に示す通紙試験後に測定した推移は、ドラム上露光電位が上昇していることがわかる。さらに、レーザー発光時間が基準発光時間に対し１００％の場合、通紙試験を行う前後でドラム上露光電位がほとんど変化していないのに対し、べた黒画像のような大面積画像で用いたレーザー発光時間が基準発光時間に対し６０％付近の変化が非常に大きいことがわかる。

さらに、特に画質の劣化が激しいべた黒画像について、通紙枚数とドラム上露光電位Ｖｌの推移を見ると、図１２に示すようになる。ドラム上露光電位が通紙枚数に応じてほぼ直線的に変化していることがわかる。

これは、通紙試験を行うこと、すなわち感光体ドラムの使用量によって、トナーカートリッジの感光体の露光特性が変化していることがわかる。また、感光体の露光特性の変化は、感光層の膜厚変化に起因すると考えられる。さらに、感光層の膜厚変化は通紙枚数に応じて変化するのでドラム上露光電位も通紙枚数に応じて変化することがわかる。加えて、図８−ａで示すように特に劣化の激しかったレーザー発光時間を基準発光時間に対し６０％にしたべた黒濃度推移はドラム上露光電位が低下すればするほど大きく変化していることから、レーザー発光時間を短くすることでトナー消費量を変化させる低消費モードを搭載する場合に特有の問題であることがいえる。これに対して低消費モードではない通常の画像形成モードにおいては、感光ドラム使用量に応じたドラム上の露光電位の変動、つまり、べた黒画像の濃度変動、線幅などの変動はほとんど問題ないレベルの変動である。

ここで、感光層の膜厚変化について、通紙枚数に応じて変化するとの説明を行った。しかし、通紙枚数と膜厚変化の関係は間欠耐久や連続耐久といった通紙条件によって変化してしまう。これは、感光層の膜厚変化は、使用によるドラム表面層の摩耗によるものであり、ドラムの回転数および帯電バイアスの印加時間に応じるからである。そこで、本実験では通紙間隔を１枚間欠に揃えて行ったが、１枚間欠は記録材が通紙する時間に加え、前回転処理、および後回転処理を行う間にも、帯電バイアスは印可され、ドラムの回転数も多い為、通紙試験を行う上で一番感光層を削る速度が速い。例えば図２１に示すように、感光層の削れ速度が速い１枚間欠を行った場合と、感光層の削れ速度の遅い連続通紙を行った場合の感光体上露光電位を比べると、通紙枚数において、ドラム上露光電位が削れ速度の速い１枚間欠の変化に比べ、削れ速度の遅い連続通紙の変化は非常に緩やかであることがわかる。

感光体の膜厚変化は通紙枚数における変化に比べ、帯電バイアスの印加時間とドラム回転時間のそれぞれに感光層を削らせる寄与率を乗じた値の総和であるドラム使用量を用いるのが適当である。そこで、本実施例では感光体の膜厚と相関のあるドラム使用量を用いる。

また、ドラム使用量の計算式は、帯電バイアス印可時間をＰｔ、ドラム回転時間をＤｔとすると、ドラム使用量Ｗは、以下の計算式となる。
Ｗ＝ａ×Ｐｔ＋ｂ×Ｄｔ
ここで、係数ａおよびｂはカートリッジ構成や本体構成、印加バイアスに応じて変化する、感光層の膜厚変化における寄与率であり、本実施例の構成では、ａ＝１、ｂ＝０．２８である。また、ＰｔおよびＤｔの時間を図２２に示す。図２２において、１枚間欠通紙を行った場合、印加時間は前回転時の印加時間と通紙時の印加時間と後回転時の通紙時間の総和である。また、連続通紙を行った場合、印加時間は後回転および前回転は行われないので、通紙時の印加時間と紙間時の印加時間の総和である。さらに、図２３において通紙枚数に対するドラム使用率Ｗの相関関係は、削れ速度の速い１枚間欠の場合と、削れ速度の遅い連続通紙の場合、それぞれの相関関係を示している。また、本実施例では、通紙モードとして１枚間欠モードを用いて行う。

そこで、本実施例では、トナーカートリッジのドラム使用量に応じて、画像集合の１ｄｏｔあたりの規定の基準発光時間（レーザ発光時間）を変化させて、ドラム上の露光電位を通紙枚数（ドラム使用量）によらず一定にする制御を行う。

本実施例では、べた黒画像のような大面積画素集合領域の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合と、線画像のように小面積画素集合の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合とを通紙枚数（ドラム使用量）によらず、一定の変化の割合とする。本実施例の場合は、大面積画素集合領域の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合を６０％とし、線画像のように小面積が素集合の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合を８０％とする。

すなわち、本実施例では、レーザの変調度（発光時間の変化の割合）を例えば６０％または８０％と一定にして、基準となる１ドット当りの発光時間を変化させることにより、ドラム上の露光電位を所望の電位になるようにしている。

本実施例では前述の実験で用いた実験装置（画像形成装置およびトナーカートリッジ）を用いる。

また、通紙枚数（ドラム使用量）に応じて、特にべた黒画像濃度の変化が大きいため、本実施例ではべた黒画像の濃度に注目して検討を行った。

はじめに、各通紙枚数においてべた黒画像の濃度が１．４以上となるドラム上露光電位−２００Ｖを得るために必要な、基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間（基準発光時間）を確認する。測定間隔としては、本実施例では５０００枚毎として行う。その結果、べた黒濃度推移を１．４以上とするドラム上露光電位−２００Ｖを得るためにの基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間は図１３に示すようになる。図１３は像形成担持体使用量０〜１８１２００までのレーザ点灯幅の１ドット当りのレーザの基準発光時間を示している。ここで像形成担持体使用量はプリント枚数そのものではなく、前述した使用量Ｗの値である。

そこで、図１３で得られたべた黒濃度が１．４以上となる基準発光時間をもちいて、実際に通紙試験を試みて、べた黒濃度推移と線幅推移を確認する。また、６つの低消費モード１〜６を、それぞれ像形成担持体使用量が０、３７７５０（プリント枚数５０００枚相当）、７５５００（プリント枚数１００００枚相当）、１１３２５０（プリント枚数１５０００枚相当）、１５１０００（プリント枚数２００００枚相当）、１８１２００（プリント枚数２５０００枚相当）の場合に対応させて設定する。そして、切り替えのタイミングとして、像形成担持体使用量Ｗがそれぞれに達した場合に、レーザーの基準発光時間を切り替える。画像形成条件、各枚数で切り替えを行う枚数と基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間の対応を図１４に示す。

その結果、図１５−ａで示すように、べた黒画像に関しては、通紙試験を通じて（通紙枚数に対して）安定した濃度を示すことが可能となった。また、線画像に関しては、図１５−ｂに示すように後半、線幅の増加が見られるものの、ほぼ安定した線幅推移を得ることが可能となった。

さらに、本実施例で求められた閾値情報をカートリッジに付属の記憶装置に記憶させる。たとえば、同一条件下にて通紙試験を行った場合に、カートリッジの感光ドラム、その他構成要素の特性などによっては感光層の削れ速度が異なる場合もある。そういった場合、本体ＣＰＵ内のＲＯＭ（不図示）に予め記憶してある閾値情報を用いて制御を行った場合には、カートリッジ毎に閾値情報を変更することができず、ドラム使用量に応じた補正を狙い通りに行うことができなくなる。一方、カートリッジに付属の記憶装置に閾値情報を記憶している場合は、カートリッジの構成要素に応じた最適な閾値情報を記憶させておき、カートリッジ個々の特性に依存した感光層の削れ速度変化に対応した最適な制御を行うことができる。

本実施例における低消費モードの制御フローを図１、図１４、図１６を用いて説明する。

プリンタに接続されているコンピュータなどからの印刷命令とともに画像情報（画像信号）が送信されてプリンタにおける制御が開始される（１６０１）。画像情報を全て受信したかを、本体ＣＰＵ１０３で判断した後（１６０２）、ＩＯ制御部１０４によってカートリッジに付属の記憶装置より閾値情報を読み込み、ＣＰＵ１０３において、ドラム使用量を閾値情報と比較し、図１４に示されているドラム使用量の閾値情報に応じた低消費モードが選択される（１６０４）。低消費モードの選択後、画像処理制御部１０５において画像処理が行われ（１６０５）、画素集合領域が大面積の場合（１６０９）、画素集合領域が小面積の場合（１６１０）、印字する画素がない場合（空白ドットの場合）など（１６１１）に分岐し、それぞれの画素の割合に応じた画像処理が画像処理制御部１０５において行われる（１６１４）。その後、ＣＰＵ１０３において、得られた画像情報に対し未処理の画像があるか否かを判断し（１６０８）、画像処理が終了したことが確認されたら（１６０６）、画像形成を行う際に、選択された低消費モードに応じて、ＣＰＵ１０３からレーザ駆動制御部１０６に対してレーザ発光時間を変更するように指示する信号が出力されて、基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間をドラム使用量の閾値情報に応じて変化させて（１６０７）、感光ドラム上にレーザー露光し、画像形成１６１２を行う。その後終了処理を行い、全ての印刷動作が終了する（１６１３）。

以上説明したように、カートリッジのドラム使用量（通紙枚数）に応じて、画像集合の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザ発光時間を変化させて、ドラム上の露光電位をドラム使用量（通紙枚数）によらず一定にする制御を行うことによって、ドラムの使用によるドラム膜厚変化によらず、可能な限りトナー消費量を低減し、かつ、安定した画質を維持できる低トナー消費モードを行うこが可能となる。

なお、本実施例では、べた黒画像のような大面積画素集合領域の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合と、線画像のように小面積画素集合の１ｄｏｔあたりの基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合とを通紙枚数（ドラム使用量）によらず一定の割合に設定して制御を行った。

また、本実施例では切り替える低消費モードを６種類持つ構成について説明したが、この限りではない。低消費モードをさらに沢山持ち、様々なモードにおいて適正な低消費モードを使用することで、効果的に安定した画質の低消費モードを提供することが可能となる。

各低消費モードで、画素集合領域が小面積の場合と画素集合領域が大面積の場合という分け方で画像処理を行ったが、これに限られたものではなく、さらに詳細に画素解析を行い、さらに詳細な場合分けを行うことも可能である。

本実施例においても、画素集合領域の輪郭部分にたいし、トナー消費量低減操作を行わないシーケンスを加えることも有効である。

本実施例で説明した、プロセススピードや解像度、レーザー発光時間に関し、これに限られたものではない。また、ドラム使用量、および、算出式、算出に用いた感光層の膜厚変化に対する寄与率、帯電バイアス印加時間、現像バイアス印加時間はこれに限られたものではない。

（実施例２）
前記実施例１ではドラム使用量に応じて、基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間を変化させることによって、画質の安定した低消費モードを提供することが可能となった。しかし、前記実施例１では、べた黒濃度をドラム使用量に応じず濃度を１．４以上に保つことが可能になった。しかし、線幅推移に関しては、ドラム使用量に応じて増加する傾向が見られた。

また、線幅が増加した場合、線画像を多用したものや、線画像と判断された画素集合領域が比較的狭い範囲に集まった場合、実施例１の方法では、ベタ画像に注目した制御となっているため、本来それぞれの画像が孤立しているべきであるものが、つながってしまい画像つぶれが発生する可能性がある。

そこで、本実施例では、基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間７０１（図７参照）を一定とし、ドラム使用量（通紙枚数）に応じて、べた黒画像のような大面積画素集合領域の基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合と、線画像のように小面積画素集合領域の基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合とを各々異なる割合に設定して変化させることを特徴とする。

ここで、べた黒画像などの大面積画素集合領域に対する適正な基準発光時間に対するレーザー発光時間は前記実施例１により既に求められていることから、本実施例での説明は省略する。また、画像形成装置の制御及びプロセスカートリッジの説明（図１）、画像処理の概要の説明（図４）、画像処理方法の説明（図５〜図１２）、感光体ドラムの使用量算出の説明については、実施例１と同様であるため説明を省略する。

本実施例では、線画像のような小面積画素集合領域に対する適正なレーザー発光時間を求める。ここで、小面積画素集合領域として、前記実施例１と同様に４ｄｏｔ幅の線画像を用いる。また、４ｄｏｔ幅の線画像において、安定した画質を得るためには、１６５μｍ以上必要である。また、４ｄｏｔ幅の線画像が１６５μｍ以上の線幅を得るためにドラム上露光電位は−１８０Ｖ以上必要とする。そこで、通紙試験（通紙枚数）を通してドラム上露光電位が−１８０Ｖ以上となるレーザー発光時間を確認する。測定間隔としては、本実施例では５０００枚毎として行う。その結果、線幅推移を１６５μｍ以上とするドラム上露光電位−１８０Ｖを得るためにレーザー発光時間は図１７に示すようになる。

そこで、図１７で得られた線幅が１６５μｍ以上となる基準発光時間に対するレーザー発光時間をもちいて、通紙試験における線幅推移を確認する。また、切り替えのタイミングとして、ドラム使用量の値がＷ＝７５５００（１００００枚目）で線幅が１６５μｍ以上を満たすための基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合（８３％：３２ｎｓｅｃ）をドラム使用量の値がＷ＝３７７５０（５０００枚目）で切り替える。同様に、各枚数で切り替えを行う枚数とレーザー発光時間の対応を図１８に示す。また、前記実施例１で求められたべた黒画像における、ドラム使用量に応じたレーザー発光時間を併記する。

その結果、図１９−ａおよび図１９−ｂで示すように、べた黒画像の濃度推移、および、線画像の線幅推移のそれぞれにおいて、ドラム使用量によらず安定した満足のゆく画質を得ることが可能となった。

また、本実施例においても、前記実施例１で述べたように閾値情報をカートリッジに付属の記憶装置内に記憶することが効果的である。

本実施例における低消費モードの制御フローを図１、図１８、図２０を用いて説明する。

プリンタに接続されているコンピュータなどからの印刷命令とともに画像情報が送信されてプリンタにおける制御が開始される（２００１）。画像情報を全て受信が行われたかをＣＰＵ１０３で判断した後（２００２）、ＩＯ制御部１０４によってカートリッジに付属の記憶装置より閾値情報を読み込み、ＣＰＵ１０３でドラム使用量を閾値情報と比較し、図１８に示されるドラム使用量の閾値情報に応じて低消費モードが選択される（２００４）。低消費モードの選択後、画像処理制御部１０５において画像処理が行われ（２００５）、画素集合領域が大面積の場合（２００９）、画素集合領域が小面積の場合（２０１０）、印字する画素がない場合（空白ドットの場合）など（２０１１）に分岐し、それぞれの画素の割合に応じた画像処理が画像処理制御部１０５において行われる（２０１２）。その後、ＣＰＵ１０３において、得られた画像情報に対し未処理の画像があるか否かを判断し（２００８）、画像処理が終了したことが確認されたら（２００６）、画像形成を行う際に、選択された低消費モードに応じて、ＣＰＵ１０３からレーザ駆動制御部１０６に対してレーザ発光時間を変更するように指示する信号が出力されて、基本となる１ｄｏｔあたりのレーザー発光時間を、画素集合領域が大面積の場合と小面積の場合のそれぞれにおいて、ドラム使用量の閾値情報に応じて変化させて（２００７）、感光ドラム上にレーザー露光し、画像形成を行う（２００８）。その後終了処理を行い全ての印刷動作が終了する（２００９）。

以上説明したように、本実施例では、カートリッジのドラム使用量（通紙枚数）に応じて、べた黒画像のような大面積画素集合領域の基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合と、線画像のように小面積画素集合領域の基準発光時間に対するレーザー発光時間の変化の割合とを各々異なる割合に設定して変化させることで、ドラムの使用によるドラム膜厚変化によらず、可能な限りトナー消費量を低減し、かつ、安定した画質を維持できる低トナー消費モードを行うこが可能となる。

本実施例では切り替える低消費モードを６種類持つ構成について説明したが、この限りではない。低消費モードをさらに沢山持ち、様々なモードにおいて適正な低消費モードを使用することで、効果的に安定した画質の低消費モードを提供することが可能となる。

各低消費モードで、画素集合領域が小面積の場合と画素集合領域が大面積の場合という分け方で画像処理を行ったが、これに限られたものではなく、さらに詳細に画素解析を行い、さらに詳細な場合分けを行うことも可能である。

本実施例においても、画素集合領域の輪郭部分にたいし、トナー消費量低減処理を行わないシーケンスを加えることも有効である。

また、本実施例では２値データにおいて説明を行った。しかし、これに限られたものではなく、多値データに関しても、濃度の低下率を多値データそれぞれに応じて変化させるなどの手段を用いることで、同様の効果を得ることが可能である。

本実施例で説明した、プロセススピードや解像度、レーザー発光時間に関し、これに限られたものではない。

ここで、上記の本実施例１〜２で説明したカートリッジの付属の記憶装置の詳細について説明する。

図２４は、本実施例１〜２で用いる記憶装置の記憶領域２８０１の概念図を示している。

例えば、記憶領域には画像形成に必要なプロセス設定値が格納されている領域２８０２と通紙動作に応じて増加する通紙履歴情報を記憶するために確保している領域２８０３と、カートリッジの固有情報（例えばシリアルＮｏ．）などを記憶している領域２８０４とにわけられる。

画像形成に必要なプロセス設定値２８０２には、使用されるに従って切り替えられるプロセス設定値２８０５やカートリッジによっては一定なプロセス設定値２８０６とがある。切り替えを必要とするプロセス設定値２８０５の領域には、切り替える枚数や回転数と言った閾値２８０７と、切り替えるプロセス設定値２８０８を記憶している。

また、カートリッジを使用することによって生じる、ドラムの回転数データや、通紙枚数と言った通紙履歴情報を記憶するための領域２８０３が、取りうる値の最大値が十分記憶できるように、十分な容量が確保されている。

上記実施例１、２で説明したドラム使用量の閾値情報は、図２４では２８０７の記憶領域に記憶されている。ドラムの使用量がこの閾値情報に到達したタイミングで、実施例１、２において説明したようにレーザ発光時間の変更を行う制御を実行する。

また、上述したドラム使用量の計算式によって算出されたドラム使用量Ｗを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶させておき、その情報を読み出して、記憶装置の領域２８０７に記憶されている閾値情報と比較して、ドラム使用量が閾値情報に到達したタイミングで実施例１、２の制御を行っても良い。

また、ドラム使用量を計算するために用いるは、帯電バイアス印可時間をＰｔ、ドラム回転時間をＤｔを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶し、係数ａ、ｂを記憶装置の領域２８０４に記憶させておき、ドラム使用量Ｗの計算に用いても良い。

なお、この閾値情報に応じたレーザ発光時間をプロセス設定値２８０８の記憶領域に記憶しておき、ドラムの使用量がこの閾値情報に到達したタイミングで読み出して使用してもよい。

なお、記憶装置の記憶領域の設定の仕方は、図２４に示すような設定に限らず、例えば、１つの閾値情報に対して、複数のプロセス設定値を設定するなど適宜変更可能であることは言うまでもない。

（実施例３）
実施例２において、カートリッジの使用量に応じて、１ｄｏｔ当りの規定の基準発光時間７０１（図７参照）に対するレーザ発光時間の割合を変化させることによって、ドラム上露光電位を通紙枚数によらず一定にするよう制御した。それに対して、本実施例では、トナーカートリッジのドラム使用量に応じて、レーザー光の光量を変化させ、ドラム上露光電位を通紙枚数によらず一定にすることを特徴とする。ここで、レーザー光の光量とは、単位面積あたりのレーザー発光エネルギー（単位：ｍｊ／ｍ＾２）のことである。

なお、画像形成装置の制御及びプロセスカートリッジの説明（図１）、画像処理の概要の説明（図４）、画像処理方法の説明（図５〜図１２）、感光体ドラムの使用量算出の説明については、実施例１と同様であるため説明を省略する。

なお、本実施例でも前述の実験で用いた実験装置（画像形成装置及びカートリッジ）を用いる。また、本実施例においても通紙枚数（ドラム使用量）に応じて、特にべた黒画像濃度の変化が大きいため、本実施例ではべた黒画像の濃度に注目して検討を行う。

はじめに、各通紙枚数においてべた黒画像の濃度が１．４以上となるドラム上露光電位−２００Ｖを得るために必要な、レーザー光量を確認する。測定間隔としては、本実施例では５０００枚毎として行う。その結果、べた黒濃度推移を１．４以上とするドラム上露光電位−２００Ｖを得るためのレーザー光量は図２５に示すようになる。

そこで、図２５で得られたべた黒濃度が１．４以上となるレーザー光量をもちいて、通紙試験におけるべた黒濃度推移と線幅推移を確認する。また、切り替えのタイミングとして、ドラム使用量の値がＷ＝７５５００（１００００枚目）でべた黒濃度が１．４以上を満たすためのレーザー光量をドラム使用量の値がＷ＝３７７５０（５０００枚目）で切り替える。同様に、各枚数で切り替えを行う枚数とレーザー光量の対応を図２６に示す。

その結果、図２７−ａで示すように、べた黒画像に関しては、通紙試験を通じて安定した濃度を示すことが可能となった。

また、線画像に関しては、図２７−ｂに示すように後半若干の線幅増加が見られるものの、安定した線幅推移を得ることが可能となった。

本実施例における低消費モードの制御フローを図１、図２６、図２８を用いて説明する。

プリンタに接続されているコンピュータなどから印刷命令とともに画像情報が送信されてプリンタにおける制御が開始される（１９０１）。画像情報を全て受信が行われたかをＣＰＵ１０３で判断した後（１９０２）、ＩＯ制御部１０４によってカートリッジに付属の記憶装置より閾値情報を読み込み、ＣＰＵ１０３でドラム使用量を閾値情報と比較し（１９０４）、図２６に示されるドラム使用量の閾値情報に応じたレーザー光量が選択される（１９０７）。レーザー光量の選択後、画像処理制御部１０５において画像処理が行われ（１９０５）、画素集合領域が大面積の場合（１９０９）、画素集合領域が小面積の場合（１９１０）、印字する画素がない場合（空白ドットの場合）など（１９１１）に分岐し、それぞれの画素の割合に応じた画像処理が行われる（１９１４）。その後、得られた画像情報に対し未処理の画像があるか否かを判断し（１９０８）、画像処理が終了したことが確認されたら（１９０６）、画像形成を行う。画像形成を行う際には、選択されたレーザー光量にて、感光ドラム上にレーザー露光し、画像形成を行う（１９１２）。その後終了処理を行い、全ての印刷動作が終了する（１９１３）。

なお、本実施例においても、実施例１、２と同様に、カートリッジの記憶装置にドラム使用量の閾値情報を記憶させておき、ドラム使用量が閾値情報に到達したタイミングで画像形成条件であるレーザー光量値を変更する制御を行う。

記憶装置については図２４と同様の構成であり、本実施例で説明したドラム使用量の閾値情報は、図２４では２８０７の記憶領域に記憶される。なお、閾値情報に応じたレーザ光量値を２８０８に記憶させておいてもよい。

また、実施例１，２と同様、上述したドラム使用量の計算式によって算出されたドラム使用量Ｗを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶させておき、その情報を読み出して、記憶装置の領域２８０７に記憶されている閾値情報と比較して、ドラム使用量が閾値情報に到達したタイミングで実施例１、２の制御を行っても良い。

また、実施例１，２と同様、ドラム使用量を計算するために用いるのは、帯電バイアス印可時間をＰｔ、ドラム回転時間をＤｔを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶し、係数ａ、ｂを記憶装置の領域２８０４に記憶させておき、ドラム使用量Ｗの計算に用いても良い。

以上説明したように、カートリッジのドラム使用量（通紙枚数）に応じて画像集合の１ｄｏｔあたりのレーザー光量を変化させることによって、ドラム使用量に応じた感光体上露光電位の変化を一定に保ち、ドラムの使用によるドラム膜厚変化によらず、可能な限りトナー消費量を低減し、かつ、安定した画質を維持できる低トナー消費モードを行うこが可能となる。

本実施例では切り替えるレーザー光量および切り替え閾値を５種類持つ構成について説明したが、この限りではない。レーザー光量をさらに沢山持ち、様々なモードにおいて適正なレーザー光量を使用することで、効果的に安定した画質の低消費モードを提供することが可能となる。

各低消費モードで、画素集合領域が小面積の場合と画素集合領域が大面積の場合という分け方で画像処理を行ったが、これに限られたものではなく、さらに詳細に画素解析を行い、さらに詳細な場合分けを行うことも可能である。

本実施例においても、画素集合領域の輪郭部分にたいし、トナー消費量低減操作を行わないシーケンスを加えることも有効である。

本実施例で説明した、プロセススピードや解像度、レーザー発光時間に関し、これに限られたものではない。また、ドラム使用量、および、算出式、算出に用いた感光層の膜厚変化に対する寄与率、帯電バイアス印加時間、現像バイアス印加時間はこれに限られたものではない。

（実施例４）
前記、実施例３において、ドラム使用量に応じて感光層が削れ、削れることによってドラム上露光電位が変化した場合であっても、レーザー光量をドラム使用量に応じて変化させ、ドラム上露光電位が一定となるように切り替えることで、画質の安定した低消費モードを提供することが可能となった。

本実施例では、ドラム使用量に応じて、現像バイアスと帯電バイアスを変化させることで、バックコントラストを変えることなく現像コントラストを一定に保つことで、画質を安定した低消費モードを提供する。

なお、画像形成装置の制御及びプロセスカートリッジの説明（図１）、画像処理の概要の説明（図４）、画像処理方法の説明（図５〜図１２）、感光体ドラムの使用量算出の説明については、実施例１と同様であるため説明を省略する。

以下、本実施例の説明を行う。

また、このときの低消費モードおよび実験条件は前記実施例１で説明したものと同一条件にて行う。

はじめに、ドラム使用量と現像コントラストの関係を確認すると、前記実施例１出説明したものと同様に、現像バイアスのＤＣ成分が−４５０Ｖである。図２９より、現像コントラストが通紙試験初期、すなわちドラム使用量Ｗ＝０では２５０Ｖあったものが、ドラム使用量Ｗ＝１８０００付近では１００Ｖ程度にまで低下してしまっていることがわかる。

そこで、ドラムの使用量に応じて、現像コントラストが常に２５０Ｖ以上となるように、現像バイアスのＤＣ成分を変化させる。ここで、現像バイアスのＤＣ成分のみを変化させてしまうと、現像コントラストは一定に保つことが可能であるが、ドラム上帯電電位とのバックコントラストの値が減少し、現像かぶりを生じさせてしまうことがある。そこで、現像バイアスのＤＣ成分とともに帯電バイアスのＤＣ成分も変化させ、バックコントラストを一定と保つようにする。

また、ドラム上帯電電位を変化させた場合であっても、スキャナーレーザーにより露光されたドラム上露光電位はほとんど変化しない。

ここで、ドラム使用量に対する現像バイアスＤＣ成分および、帯電バイアスＤＣ成分を図３０とする。そこで、図３０を用いて通紙試験を行った場合の濃度推移を説明する。

この結果、図３１−ａ（べた黒濃度）および図３２−ｂ（線幅）となり、バックコントラストを保ちながら、現像コントラストを２５０Ｖ以上となるように切り替えることで、ドラム使用量に応じて、べた黒濃度推移および線幅推移が低下していたものが、通紙試験を通じて安定した画像を得ることが可能となった。

また、本実施例における低消費モードの制御フローを図１、図３０、図３２を用いて説明する。

プリンタに接続されているコンピュータなどから印刷命令とともに画像情報が送信されてプリンタにおける制御が開始される（２３０１）。画像情報を全て受信が行われたかをＣＰＵ１０３で判断した後（２３０２）、カートリッジに付属の記憶装置より閾値情報を読み込み、ＣＰＵ１０３でドラム使用量を閾値情報と比較し（２３０４）、図３０に示されているドラム使用量の閾値情報に応じた現像バイアス（２３１５）および帯電バイアス（２３０７）が選択され、画像処理制御部１０５において画像処理が行われ（２３０５）、画素集合領域が大面積の場合（２３０９）、画素集合領域が小面積の場合（２３１０）、印字する画素がない場合（空白ドットの場合）など（２３１１）に分岐し、それぞれの画素の割合に応じた画像処理が行われる（２３１４）。その後、得られた画像情報に対し未処理の画像があるか否かを判断し（２３０８）、画像処理が終了したことが確認されたら（２３０６）、画像形成を行う。画像形成を行う際には、ドラム使用量の閾値情報に応じて選択された帯電バイアスによって感光ドラムが帯電され、感光ドラム上にレーザー露光し、スキャナーレーザーによって感光ドラム面上に形成された静電潜像に、ドラム使用量の閾値情報に応じて選択された現像バイアス及び帯電バイアスによって形成された現像コントラストによって画像形成を行う（２３１２）。その後終了処理を行い、全ての印刷動作が終了する（２３１３）。

なお、本実施例においても、実施例１〜３と同様に、カートリッジの記憶装置にドラム使用量の閾値情報を記憶させておき、ドラム使用量が閾値情報に到達したタイミングで画像形成条件である現像バイアス値、帯電バイアス値を変更する制御を行う。

記憶装置については図２４と同様の構成であり、本実施例で説明したドラム使用量の閾値情報は、図２４では２８０７の記憶領域に記憶される。なお、閾値情報に応じた現像バイアス値、帯電バイアス値をプロセス設定値２８０８の記憶領域に記憶させてもよい。

また、実施例１，２と同様、上述したドラム使用量の計算式によって算出されたドラム使用量Ｗを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶させておき、その情報を読み出して、記憶装置の領域２８０７に記憶されている閾値情報と比較して、ドラム使用量が閾値情報に到達したタイミングで実施例１、２の制御を行っても良い。

また、実施例１，２と同様、ドラム使用量を計算するために用いるのは、帯電バイアス印可時間をＰｔ、ドラム回転時間をＤｔを記憶装置の領域２８０３に更新して記憶し、係数ａ、ｂを記憶装置の領域２８０４に記憶させておき、ドラム使用量Ｗの計算に用いても良い。

以上説明したように、ドラム使用量（通紙枚数）に応じて変化するドラム上露光電位を、現像バイアスを変化させ、現像コントラストを一定に保ち、また、現像コントラストを一定にするため現像バイアスを変化させるのと同時に、帯電バイアスも同様に変化させ、ドラム上帯電電位を変化させることで、バックコントラストを一定に保ち、現像かぶりなどの問題を生じさせず、安定した画像を維持できる低トナー消費モードを行うことができる。

本実施例では説明したような帯電バイアス、現像バイアスのそれぞれの値は、これに限られたものではない。

また、閾値、および切り替えタイミング、切り替えの数についてもこれに限られたものではない。

なお、上記実施例１〜４の感光ドラムの使用量に応じた制御は、説明するまでもないがトナー低消費モードにおいて実行されるものであり、通常の画像形成モードにおいては実行されないものである。

なお、上記実施例１〜４で説明したトナー低消費モードにおける感光ドラム上の露光電位の変動を低減させるための制御とは別に、通常の画像形成モード時およびトナー低消費モード時において、画質を維持するために、感光ドラムの使用量に応じて帯電条件または現像条件を切り替える制御を実施している。この場合は、上記実施例で説明したドラム使用量のしきい値とは異なるしきい値を用いて帯電条件または現像条件を切り替えることになる。

本発明の画像形成の概略説明図である。 本発明の画像形成装置についての概略説明図である。 本発明の従来の画像処理についての概略説明図である。 本発明の画像形成の概略説明図である。 本発明の画像処理の概略説明図である。 本発明の画像情報に関する概略説明図である。 本発明の感光体上の電位に関する概略説明図である。 本発明のレーザー発光時間とドラム上露光電位、および、ドラム上露光電位とべた黒濃度、線幅の概略説明図である。 本発明のべた黒濃度と線幅測定サンプルの概略説明図である。 本発明の通紙枚数とべた黒濃度推移、線幅推移の概略説明図である。 本発明の通紙前後におけるレーザー発光時間とドラム上露光電位の概略説明図である。 本発明の通紙枚数とドラム上露光電位の概略説明図である。 本発明の第一の実施例にかかるドラム使用量と基準発光時間の適正値を説明した表である。 本発明の第一の実施例にかかるドラム使用量に応じた基準発光時間の切り替えを説明した表である。 本発明の第一の実施例にかかる効果を説明した図である。 本発明の第一の実施例にかかる制御の流れに関する概略説明図である。 本発明の第二の実施例にかかる線幅を一定に保つためのドラム使用量に対する適正レーザー発光時間を示す表である。 本発明の第二の実施例にかかるドラム使用量に対する線画像およびべた黒画像の適正レーザー発光時間の切り替えを示す表である。 本発明の第二の実施例にかかる効果を説明した図である。 本発明の第二の実施例にかかる制御の流れに関する概略説明図である。 本発明の通紙条件によるドラム上露光電位の概略説明図である。 本発明の帯電バイアス印加時間とドラム回転時間の表である。 本発明の通紙枚数とドラム使用量に関する説明図である。 本発明の実施例にかかる記憶装置内の記憶領域の概略概念図である。 本発明の第三の実施例にかかるドラム使用量と適正なレーザー光量の図である。 本発明の第三の実施例にかかる閾値とレーザー光量の図である。 本発明の第三の実施例におけるレーザー光量切り替えの効果を示した図である。 本発明の第三の実施例にかかる制御に関する流れ図である。 本発明の第四の実施例にかかるドラム使用量の現像コントラストの図である。 本発明の第四の実施例にかかる閾値と帯電バイアス条件、および現像バイアス条件を示した図である。 本発明の第四の実施例にかかる現像バイアスおよび帯電バイアスの切り替えの効果を示した図である。 本発明の第四の実施例にかかる制御に関する流れ図である。

符号の説明

１、１１２ 感光体ドラム
２、１１３ 帯電ローラ
３、１０８ レーザービームスキャナー
４、１１４ 現像装置
５ 転写ローラ
６ クリーニング装置
７ 手差し給紙部
８、１５ 分離ローラ
９ シートパス
１０ プレフィードセンサ
１１ レジストローラ
１２ レジストセンサ
１３ 転写前ガイド
１４ カセット給紙部
１６ フェイスアップ排紙口
１７ フェイスダウン排紙口
１８ 定着装置
１８Ａ 加熱フィルムユニット
１８ｂ 加圧ローラ
１９ 排紙ローラ
５０ パターン処理部
Ａ、Ｂ 駆動手段
１００ 画像信号入力部
１０１ 画像形成装置制御部
１０２ プロセスカートリッジ
１０３ ＣＰＵ
１０４ ＩＯ制御部
１０５ 画像処理制御部
１０６ レーザ駆動制御部
１０７ 入力画像信号
１０８ レーザスキャナー
１０９ レーザ光
１１０ ミラー
１１１ 記憶装置
１１５ クリーニングブレード
１１６ 廃トナー容器
１１７ トナー容器
１１８ 現像容器
１１９ 現像ローラ
１２０ 現像ブレード
１２１ トナー容器内攪拌部材
１２２ 攪拌部材
１２３ トナー封止部材
２００ 高圧印加部

Claims (5)

1. 現像剤を用いて第１の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第１の画像形成モードと、現像剤を用いて前記第１の画像形成条件とは異なる第２の画像形成条件で像担持体に画像を形成する第２の画像形成モードとを有し、記録される画像に対する現像剤の消費量が前記第１の画像形成モードよりも前記第２の画像形成モードの方が少なくなる様に前記第２の画像形成条件が設定される画像形成装置において、
   前記像担持体の使用量の閾値情報を記憶する記憶手段と、
   前記記録される画像の画素集合領域のサイズを判別する判別手段と、
   前記像担持体の使用量と前記記憶手段に記憶された前記閾値情報と前記判別手段の判別結果に応じて前記第２の画像形成モードにおける前記第２の画像形成条件を変更する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記像担持体の使用量が前記閾値情報よって示される使用量に達した場合、前記第２の画像形成条件を前記判別手段によって判別した前記画素集合領域のサイズに対応した画像形成条件に変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記判別手段によって前記画素集合領域が所定の大きさより大きいと判別された場合の前記第２の画像形成条件と、前記前記画素集合領域が所定の大きさより小さいと判別された場合の前記第２の画像形成条件とを異なる条件に設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成装置は、前記像担持体を前記画像情報に応じて露光する露光手段を有し、前記第２の画像形成条件とは、前記露光手段の露光時間または露光エネルギーであ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. 前記画像形成装置は、前記像担持体を帯電するための帯電部材と、前記像担持体に前記現像剤を供給するための現像部材と、を有し前記第２の画像形成条件とは、前記前記帯電部材と前記現像部材とに印加されるバイアス電圧であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体と前記記憶手段とが一体化されたカートリッジとして前記画像形成装置に着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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