JP5510062B2 - 画像形成装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、着色剤を交換可能な画像形成装置に関し、特に、着色剤が交換されたか否かを判別するための技術に関する。

従来より、トナーを収容する現像カートリッジを着脱可能に備え、当該現像カートリッジが交換されたかどうかを判定することが可能なカラーレーザプリンタがある。具体的には、現像カートリッジはそのＩＤ情報が記憶されたＩＤチップを有し、カラーレーザプリンタの装置本体は、上記ＩＤチップからＩＤ情報を取得して、メモリに予め記憶された管理テーブルを参照して、現像カートリッジが交換されたか否かを判定する制御部を有する。

特開２００６−１０６１２６号公報

しかしながら、従来の上記カラーレーザプリンタは、例えばノイズなどによりＩＤ情報の取得エラーが生じて現像カートリッジが交換されたか否かを誤判定するおそれがある。このため、カラーレーザプリンタを含む画像形成装置において、画像形成に利用する着色剤（それを収容する収容器）が交換されたか否かを、ＩＤチップを利用する技術に代わって、或いは、同技術と共に判定することが可能な、新たな技術の開発が望まれていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、ＩＤチップを利用する技術とは異なる方法で、着色剤が交換されたか否かを判定することが可能な画像形成装置及びプログラムを提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、第１発明に係る画像形成装置は、着色剤を交換可能に収容する収容部と、前記収容部に収容された着色剤を用いて画像を形成する形成部と、前記形成部がパターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出部と、前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、前記収納部に収容された着色剤が交換されているか否かを判定する判定部と、を備える。

この発明によれば、形成部がパターン画像を形成する際、それに用いられる着色剤の特性によって当該パターン画像の形成状態が変化することを利用して、着色剤が交換されたか否かを判定するものである。即ち、上記形成状態を示す検出値を複数検出し、それら複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、着色剤が交換されているか否かを判定する。
これにより、ＩＤチップを利用する技術とは異なる方法で、着色剤が交換されたか否かを判定することが可能である。

第２の発明は、第１の発明の画像形成装置であって、前記取得部は、互いに異なる時期に前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得し、前記判定部は、前記互いに異なる時期に検出した複数の検出値との間で、前記判定を実行する。

この発明によれば、経時的に変化する着色剤の特性を、互いに異なる時期における複数の検出値を把握し、その結果に基づき、着色剤が交換されたか否かを判定することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の画像形成装置であって、前記判定部は、前記複数の検出値同士の差分値が基準値以上である場合に、前記大小関係が前記基準関係に合致しないとして、前記着色剤が交換されたと判定する。

この発明によれば、パターン画像の形状状態を示す複数の検出値同士の差分値を基準値と比較するという、比較的に簡単な方法により、着色剤が交換されたか否かを判定することができる。

第４の発明は、第３の発明の画像形成装置であって、前記着色剤の交換とは異なり、前記形成状態を変化させる要素量を検出する要素検出部を備え、前記判定部は、前記要素検出部により検出された要素量が大きいほど、前記差分値を小さくすること、及び、前記基準値を大きくすることの少なくとも一方を行った後に、前記着色剤が交換されたか否かを判定する。

この発明によれば、着色剤の交換とは異なる要素による影響を抑制しつつ、着色剤が交換されたか否かを、より正確に判定することができる。

第５の発明は、第１または第２の発明の画像形成装置であって、前記着色剤の交換とは異なり、前記形成状態を変化させる要素量を検出する要素検出部を備え、前記判定部は、前記取得部が取得した一の検出値と、当該一の検出値よりも前に取得した他の検出値及び前記要素検出部により検出された要素量に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、前記複数の検出値同士の大小関係が前記基準関係に合致しないとして、前記着色剤が交換されたと判定する。

この発明によれば、一の検出値と、それよりも前に取得した他の検出値及び要素検出部により検出された要素量に基づく理論値との差分値が基準値以上である場合に、着色剤が交換されたと判定する。従って、要素量に応じた適切な理論値により、着色剤が交換されたか否かを適切に判定することができる。

第６の発明は、第１または第２の発明の画像形成装置であって、前記判定部は、前記取得部が取得した一の検出値と、当該一の検出値よりも前に取得した複数の他の検出値に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、前記複数の検出値同士の大小関係が前記基準関係に合致しないとして、前記着色剤が交換されたと判定する。

この発明によれば、一の検出値と、当該一の検出値よりも前に取得した複数の他の検出値に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、着色剤が交換されたと判定する。従って、複数の他の検出値における変化傾向から定まる理論値により、着色剤が交換されたか否かを適切に判定することができる。

第７の発明は、第１から第６のいずれか一つの発明の画像形成装置であって、前記収容部内の着色剤の残量を検出する残量検出部を備え、前記残量検出部が検出した着色剤の残量の変化量が基準変化量以上であることを条件に、前記形成部は前記パターン画像を形成する。

この発明によれば、残量検出部が検出した着色剤の残量の変化量が基準変化量以上である、という着色剤の交換の可能性が高いタイミングにてパターン画像の形成を行うことにより、不必要にパターン画像を形成することを抑制することができる。

第８の発明は、第１から第７のいずれか一つの発明の画像形成装置であって、前記収容部内の着色剤の残量を検出する残量検出部を備え、前記残量検出部が検出した着色剤の残量が基準残量以上であることを条件に、前記形成部は前記パターン画像を形成する。

この発明によれば、着色剤の残量が基準残量量以上であることを条件に、前記形成部は前記パターン画像を形成するので、着色剤の残量が少ない場合には、着色剤の消費を抑制することができる。

第９の発明は、第１から第８のいずれか一つの発明の画像形成装置であって、前記状態検出部が検出した検出値に基づき、前記形成部が画像を形成する際の形成条件を補正する補正部を備える。

この発明によれば、共通のパターン画像を利用して、着色剤が交換されたか否かの判定と、形成条件の補正とを行うことができる。

第１０の発明に係るプログラムは、着色剤を交換可能に収容する収容部と、前記収容部に収容された着色剤を用いて画像を形成する形成部とを備える画像形成装置が有するコンピュータに、前記形成部がパターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出処理と、前記状態検出処理にて検出した複数の検出値を取得する取得処理と、前記取得処理にて取得した前記複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、前記収納部に収容された着色剤が交換されているか否かを判定する判定処理と、を実行させる。

本発明によれば、ＩＤチップを利用する技術とは異なる方法で、着色剤が交換されたか否かを判定することが可能である。

本発明の実施形態１に係るプリンタの概略構成を示す側断面図（カバーが閉状態） プリンタの概略構成を示す側断面図（カバーが開状態） プリンタの電気的構成を示すブロック図 トナー交換判定処理のフローチャート 濃度パターンを示す図 実施形態２のトナー交換判定処理を示すフローチャート 濃度低下量、及び、トナー残量差との関係を示すグラフ 前回検出値、濃度低下量、及び、理論値の関係を示すグラフ 実施形態３のトナー交換判定処理を示すフローチャート 過去３回分の検出値に基づく変化傾向、及び、理論値の関係を示すグラフ 変形例のトナー交換判定処理を示すフローチャート

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図５を参照しつつ説明する。
（プリンタの全体構成）
図１，２は、本実施形態のプリンタ１（画像形成装置の一例）の概略構成を示す側断面図である。なお、以下の説明においては、図１，２の紙面左方向がプリンタ１の前方向であり、各図中ではＦ方向として示してある。また、プリンタ１は例えば４色（ブラックＫ、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ）のトナーによりカラー画像を形成するカラープリンタであり、以下、各構成部品を色ごとに区別する場合には、その構成部品の符号末尾に各色を意味するＫ（ブラック）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）を付すものとする。

プリンタ１は、ケーシング３を備えており、ケーシング３の上面には開口部３Ｂ（図２参照）が形成され、その開口部３Ｂを塞ぐようにカバー３Ａが開閉可能に設けられている。ケーシング３の底部には、シート５（例えば用紙やＯＨＰシートなど）が積載される供給トレイ７が前方に引き出し可能に設けられている。

供給トレイ７の前端上方にはピックアップローラ９が設けられており、このピックアップローラ９の回転により、供給トレイ７内の最上位に積載されたシート５がレジストレーションローラ１１へ送り出される。レジストレーションローラ１１は、シート５の斜行補正を行った後、そのシート５を画像形成部１３のベルトユニット１５上へ搬送する。

画像形成部１３（形成部の一例）は、ベルトユニット１５、露光部１７、プロセス部１９、定着部２１などを備えている。

ベルトユニット１５は、前後一対のベルト支持ローラ２３間に、ポリカーボネート等からなる環状のベルト２５を張架した構成となっている。そして、後側のベルト支持ローラ２３が回転駆動されることにより、ベルト２５が図示時計周り方向に循環移動し、ベルト２５上面のシート５が後方へ搬送される。また、ベルト２５の内側には、後述するプロセス部１９の各感光体２７とベルト２５を挟んで対向する位置にそれぞれ転写ローラ２９が設けられている。

ベルト２５の近傍（下方）には、ベルト２５表面に形成されるパターン画像の検出等に用いられるパターンセンサ３１（状態検出部の一例）が設けられている。パターンセンサ３１は、ベルト２５表面に光を照射して、その反射光をフォトトランジスタ等で受光し、その受光量に応じたレベルの信号を出力する。さらに、ベルトユニット１５の下方には、ベルト２５表面に付着したトナーや紙粉等（上記パターン画像を含む）を回収するクリーナ３３が設けられている。

露光部１７は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色に対応した４つのＬＥＤユニット１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃを備えている。各ＬＥＤユニット１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃは、図示しない支持機構によりカバー３Ａ下面に支持されており、その下端部にＬＥＤヘッド３５Ｋ，３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃを有している。

ＬＥＤヘッド３５Ｋ，３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃは、複数の発光素子（例えばＬＥＤ）が左右方向に一列に並んで配置されたものである。各発光素子は、形成すべき画像データに基づいて発光制御され、各発光素子から出射された光が感光体２７の表面に照射され、その表面が露光される。

プロセス部１９は、上記４色に対応した４つのプロセスカートリッジ３７Ｋ，３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃを備えている。各プロセスカートリッジ３７Ｋ，３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃは、カートリッジフレーム３９と、このカートリッジフレーム３９に対し着脱可能に装着される現像カートリッジ４１Ｋ，４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃとを備えている。

図２に示すように、カバー３Ａを開放すると、各ＬＥＤユニット１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃがカバー３Ａと共に退避して、各プロセスカートリッジ３７Ｋ，３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃは、ケーシング３に対して着脱可能になる。なお、本実施形態では、上記ＬＥＤユニット１７Ｋ，１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ、プロセスカートリッジ３７Ｋ，３７Ｙ，３７Ｍ，３７Ｃ及び各転写ローラ２９により４組の単位画像形成部が構成される。

各現像カートリッジ４１は、各色のトナー（着色剤の一例）を収容するトナー収容室４３を備え、その下側に供給ローラ４５、現像ローラ４７、層厚規制ブレード４９、アジテータ５１、等を備えている。また、各現像カートリッジ４１は、各トナー収容室４３内のトナーの残量に応じた検出信号を出力するトナーセンサ６５を備えている。尚、トナーセンサ６５に関しては、後述にて説明する。

トナー収容室４３から放出されたトナーは、供給ローラ４５の回転により現像ローラ４７に供給され、供給ローラ４５と現像ローラ４７との間で正に摩擦帯電される。さらに、現像ローラ４７上に供給されたトナーは、現像ローラ４７の回転に伴って、層厚規制ブレード４９と現像ローラ４７との間に進入し、ここでさらに十分に摩擦帯電されて、一定厚さの薄層として現像ローラ４７上に担持される。

カートリッジフレーム３９の下部には、表面が正帯電性の感光層によって覆われた感光体２７と、スコロトロン型の帯電器５３とが設けられている。画像形成動作時には、感光体２７が回転駆動され、それに伴って感光体２７の表面が帯電器５３により一様に正帯電される。そして、その正帯電された部分が露光部１７により露光されて、感光体２７の表面にシート５に形成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。

次いで、現像ローラ４７の回転により、現像ローラ４７上に担持され正帯電されているトナーが、感光体２７に対向して接触するときに、感光体２７の表面上に形成されている静電潜像に供給される。これにより、感光体２７の静電潜像が可視像化され、感光体２７の表面には露光部分にのみトナーが付着したトナー像が担持される。

その後、各感光体２７の表面上に担持されたトナー像は、ベルト２５によって搬送されるシート５が、感光体２７と転写ローラ２９との間の各転写位置を通る間に、転写ローラ２９に印加される負極性の転写電圧によって、シート５に順次転写される。こうしてトナー像が転写されたシート５は、次いで定着部２１に搬送される。

定着部２１は、熱源を有する加熱ローラ２１Ａと、シート５を加熱ローラ２１Ａ側へ押圧する加圧ローラ２１Ｂとを備えており、シート５上に転写されたトナー像を熱定着させる。そして、定着部２１により熱定着されたシート５は、排出ローラ５５を介して、カバー３Ａの上面へと排出される。

なお、プリンタ１では、トナーが少なくなった場合、図２に示すようにカバー３Ａを開いて、開口部３Ｂから現像カートリッジ４１或いはプロセスカートリッジ３７を取り出して、新品のトナーを収容した現像カートリッジ４１等をケーシング３内に装着する。プリンタ１のうち現像カートリッジ４１或いはプロセスカートリッジ３７を除いた部分が装置本体である。

トナーを交換するには、取り出した現像カートリッジ等内のトナーを入れ替えて当該現像カートリッジ等をケーシング３に再装着するなど、トナーだけを交換する方法と、トナーと共にそれを収容する現像カートリッジ４１或いはプロセスカートリッジ３７をも交換する方法とがある。前者の方法の場合、現像カートリッジ４１が「収容部」の一例であり、後者の方法の場合、カートリッジフレーム３９、或いは、プロセス部１９のうちプロセスカートリッジ３７が装着される部分が「収容部」の一例である。

（電気的構成）
図３は、プリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。
プリンタ１は、既述の画像形成部１３、パターンセンサ３１、トナーセンサ６５に加え、制御回路６１、操作部６３などを備えている。

制御回路６１（残量検出部、状態検出部、取得部、判定部、補正部の一例）は、ＣＰＵ６１Ａ（コンピュータの一例）、ＲＯＭ６１Ｂ、ＲＡＭ６１Ｃ、ＮＶＲＡＭ６１Ｄなどを備えている。ＲＯＭ６１Ｂには後述するトナー交換判定処理などを実行するためのプログラムが記憶されており、ＣＰＵ６１ＡはＲＯＭ６１Ｂから読み出したプログラムを実行してプリンタ１の各部を制御する。

操作部６３は、ユーザがプリンタ１の電源オフ指令や電源オン指令を入力するための電源ボタン、各種の設定や指示を入力するための操作ボタンや、各種の情報を表示するための液晶ディスプレイなどで構成されている。

トナーセンサ６５（残量検出部の一例）は、例えば光学式や接触式などのセンサであって、各現像カートリッジ４１に対応して設けられ、各トナー収容室４３内のトナーの残量に応じた検出信号、或いは、トナーの残量が基準残量（例えばゼロや正常に画像形成できない量よりもやや多い量）以上であるかどうかに応じた検出信号を出力する。ＣＰＵ６１Ａは、この検出信号に基づき各トナー収容室４３のトナーの残量が基準残量以上であるか否かを判定する。

（トナー交換判定処理）
図４はトナー交換判定処理を示すフローチャートである。プリンタ１の電源がオンされると、制御回路６１は、所定の補正実行条件が成立するかを定期的に判断する。この補正実行条件とは、画像品質を確保するために濃度測定の実行が必要な状態（若しくは実行が望ましい状態）であるかを判断するための条件であって、具体的には、例えば、前回の濃度測定の実行からの経過時間、感光ドラム２８の回転数、印刷累計枚数若しくは温度変化が基準以上であることや、ユーザにより操作部６３等にて補正指令の入力操作がされたこと等である。

補正実行条件が成立したと判断した場合、ＣＰＵ６１Ａがトナー交換判定処理のプログラムをＲＯＭ６１Ｂ等から読み出することにより、制御回路６１は、図４に示すトナー交換判定処理を実行する。

制御回路６１は、トナーセンサ６５からの検出信号に基づきトナー残量を検出し（Ｓ１）、そのトナー残量が基準残量以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。Ｓ１、Ｓ３において、制御回路６１はトナーセンサ６５と共に「残量検出部」として機能する。

トナー残量が基準残量以上である場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御回路６１は、画像形成部１３を制御して、ベルト２５上に、例えば図５に示すような濃度パターンＰ（パターン画像の一例）を形成する（Ｓ５）。この濃度パターンＰは、ベルト２５の移動方向に沿って並んだ複数のパッチから構成されている。より詳細には、濃度パターンＰは、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色について濃度が異なる５つのパッチを備えている（ブラックのパッチＫ１〜Ｋ５、シアンのパッチＣ１〜Ｃ５、マゼンタのパッチＭ１〜Ｍ５、及びイエローのパッチＹ１〜Ｙ５、一部図示を省略）。

次に、制御回路６１は、パターンセンサ３１により各パッチの濃度を検出する（Ｓ７ 状態検出処理の一例）。パッチの濃度は、濃度パターンＰを形成するために用いられたトナー（トナー収容室４３に収容されていたトナー）の特性（帯電性能、極性、形状など）の相違によって変化する、濃度パターンＰの形成状態を示す値の一例である。Ｓ７において、制御回路６１はパターンセンサ３１と共に「状態検出部」として機能する。

そして、制御回路６１は、各色ごとのパッチに対応する検出値（互いに異なる５つの濃度値）を例えばＮＶＲＡＭ６１Ｄに記憶する（Ｓ９ 取得処理の一例）。本実施形態では、制御回路６１は、補正実行条件が成立する度に検出値を取得し、複数回分の検出値をＮＶＲＡＭ６１Ｄに記憶する。Ｓ９において、制御回路６１はＮＶＲＡＭ６１Ｄと共に「取得部」として機能する。

続いて、制御回路６１は、ＮＶＲＡＭ４３に記憶されている濃度補正データを最新のものに更新する（Ｓ１１）。具体的には、今回検出した濃度（以下、「今回検出値」という）に基づいて、濃度０％から１００％までを２５６等分した各階調において、画像形成部１３によりシート５上に画像を形成した時の濃度（形成条件の一例）が理想濃度となるような濃度補正データを各色毎に生成する。

ここで得られる濃度補正データには、ＬＥＤヘッド１８のＬＥＤの発光強度を階調毎に調整するための調整値と、現像ローラ４７に印加する現像電圧を調整する（即ち全階調の濃度を調整する）ための調整値とが含まれる。そして、制御回路６１は、今回生成した濃度補正データをＮＶＲＡＭ４３に記憶し、既にＮＶＲＡＭ４３に旧濃度補正データが記憶されていればそれを消去する。これにより、最新の濃度補正データを利用すれば、濃度ずれによる画像品質の低下を抑制した画像をシート５に形成することができる。Ｓ１１において、制御回路６１は「補正部」として機能する。

濃度補正データを更新すると、制御回路６１は、前回の補正実行条件が成立したときの検出値（以下、「前回検出値」という）がＮＶＲＡＭ４３に記憶されているか否かを確認する（Ｓ１３）。前回検出値が記憶されていなければ（Ｓ１３：ＮＯ）、後述するトナー交換の判定をせずに本トナー交換処理を終了する。

前回検出値が記憶されていれば（Ｓ１３：ＹＥＳ）、前回と今回の検出値同士の大小関係が、トナー交換がないと仮定した場合の大小関係（基準関係）に合致するか否かを判定する（判定処理の一例）。このために、本実施形態では、今回検出値と前回検出値との差分値が基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。具体的には、ブラックのパッチＫ１〜Ｋ５それぞれについて前回検出値と今回検出値の差分値を算出し、これらのうち所定数（所定割合）以上のパッチについて差分値が基準値以上であることを条件に、Ｓ１５の判定を「ＹＥＳ」とする。

なお、このＳ１５の判定を５つのパッチの一部（例えば最も濃度が高いパッチ）だけについて行ってもよい。更に、Ｓ１５の判定対象を全色とし、このうちの一色でも差分値が基準値以上であれば「ＹＥＳ」としてもよいが、判定対象を一部の色（例えば一般的に多く使用されるブラックトナー）だけにしてもよい。

この基準値は、前回と今回とでトナー交換がないとした場合に想定される、前回検出値と今回検出値との差分値よりもやや大きい値である。基準値はゼロでもよいが、トナー交換がなくてもトナー自体、ベルト２５の経年変化などによって検出値が変化することがあるのでゼロでない値が好ましい。なお、この基準値は、実験やシミュレーション等により求めることができる。

そして、差分値が基準以上であれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、その差分値は、前回と今回の間でトナー交換がないとした場合に想定される範囲を超える。換言すれば、前回と今回の検出値同士の大小関係が、上記基準関係に合致しないことを意味する。即ち、前回と今回でトナーの特性が大きく相違することを意味する。このため、トナー交換有りと判定し、例えば操作部３５が有する図示しない表示部にその旨を示すメッセージを表示したり、表示灯を点灯したり、音声を発したりする報知処理を行い（Ｓ１７）、本トナー交換判定処理を終了する。

一方、差分値が基準値未満であれば（Ｓ１５：ＮＯ）、その差分値は、前回と今回の間でトナー交換がないとした場合において想定される範囲内のものである。換言すれば、前回と今回の検出値同士の大小関係が、上記基準関係に合致することを意味する。即ち、前回と今回でトナーの特性の相違が小さいことを意味する。このため、トナー交換無しと判定し、上記表示部にその旨を示すメッセージを表示したり、表示灯を点灯したり、音声を発したりする報知処理を行い（Ｓ１９）、本トナー交換判定処理を終了する。Ｓ１３〜１９において制御回路６１は「判定部」として機能する。

また、トナー残量が基準残量未満である場合には（Ｓ３：ＮＯ）、制御回路６１は、濃度パターンＰを形成せずに本トナー交換判定処理を終了する。これにより、トナー残量が少ない場合に、濃度パターンＰの形成によるトナーの消費を抑制することができる。また、この場合、トナー交換の判定（Ｓ１５〜Ｓ１９）を行わない。しかし、トナー残量が少ないので仮にトナーが交換されたとしても損害は少なく、トナー交換の判定の必要性は低い。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、濃度パターンＰを形成する際、それに用いられるトナーの特性によって当該濃度パターンＰの形成状態（濃度）が変化することを利用して、トナー（或いはトナーを含む現像カートリッジ４１或いはプロセスカートリッジ３７）が交換されたか否かを判定するものである。

即ち、前回と今回の検出値同士の大小関係が基準関係に合致する場合にトナー交換無しと判定し、前回と今回の検出値同士の大小関係が基準関係に合致しない場合にトナー交換有りと判定する。これにより、ＩＤチップを利用する技術とは異なる方法で、着色剤が交換されたか否かを判定することが可能である。

また、経時的に変化するトナーの特性を、互いに異なる時期における検出値（前回と今回の検出値）を把握し、それらの大小関係に基づき、トナー交換の有無を判定するので、同時期に検出した複数の検出値同士の大小関係に基づきトナー交換の有無を判定する構成に比べて、判定精度を高めることができる。

しかも、前回と今回の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かを、複数の検出値同士の差分値を基準値と比較するという、比較的に簡単な方法により判断し、着色剤が交換されたか否かを判定することができる。

また、トナー交換の有無の判定を、専用のパターン画像ではなく、既存の濃度パターンＰを利用して行うことができる。

＜実施形態２＞
図６から図８は実施形態２を示す。上記実施形態１との相違は、複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かの判定方法にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

図６はトナー交換判定処理を示すフローチャートである。制御回路６１は、まずＳ１０１において、上記Ｓ１と同様にトナー収容室４３内のトナー残量を検出し、更に、それをＮＶＲＡＭ４３に記憶する。次にＳ３〜Ｓ１１までの処理を実行した後、前回の補正実行条件が成立したときに検出したトナー残量（以下、「前回トナー残量」という）、及び、前回検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されているか否かを判断する（Ｓ１０３）。前回トナー残量及び前回検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されていない場合には（Ｓ１０３：ＮＯ）、本トナー交換判定処理を終了する。

前回トナー残量及び前回検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されている場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、前回検出値、及び、トナー残量差に基づき理論値を算出する（Ｓ１０５）。トナー残量差は、前回トナー残量と、Ｓ１０１で今回検出したトナー残量（以下、「今回トナー残量」という）との差である。理論値は、前回と今回でトナー交換が無いとした場合に想定される今回の検出値（濃度）であり、以下のようにして算出することが可能である。

まず、トナー交換が無くても、トナー収容室４３に収容されるトナーは、経年変化により特性が低下し、それに伴って画像形成したときの濃度が低下していくことが経験的、実験的に認められる。従って、トナー特性の変化量は、濃度を変化させる要素量の一例である。そして、トナー特性の変化量は、トナー残量差が大きいほど大きくなる。そこで、本実施形態では、トナー特性の変化量を、トナー残量差から間接的に検出する構成であり、制御回路６１及びトナーセンサ６５と共に「要素検出部」として機能する。

以上の関係により、図７に示すような、濃度低下量とトナー残量差との相関関係を導出することができる。ＮＶＲＡＭ４３には、この濃度低下量とトナー残量差との相関関係情報（テーブルまたは演算式）が記憶されている。

制御回路６１は、上記相関関係情報に基づき、今回のトナー残量差ΔＴに対応する濃度低下量ΔＤを求め、その濃度低下量ΔＤを前回検出値から減算した結果を、理論値（＝前回検出値−ΔＤ）とする（図８参照）。そして、理論値と今回検出値との差分値が基準値以上かであるか否かを判定することにより、前回と今回の検出値同士の大小関係が上記基準関係（図８の曲線グラフ上の関係）に合致するか否かを判定する（Ｓ１０７）。

そして、制御回路６１は、理論値と今回検出値との差分値が基準値以上であれば（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、トナー交換有りと判定し（Ｓ１７）、差分値が基準値未満であれば（Ｓ１０７：ＮＯ）、トナー交換無しと判定する（Ｓ１９）。

本実施形態によれば、今回検出値と、前回検出値及びトナー残量差に基づく理論値との差分値が基準値以上である場合に、トナー交換有りと判定する。従って、トナー特性の変化に応じた適切な理論値により、トナー交換の有無を精度よく判定することができる。

＜実施形態３＞
図９、図１０は実施形態３を示す。上記実施形態１との相違は、複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かの判定方法にあり、その他の点は前記実施形態１と同様である。従って、実施形態１と同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。

図９はトナー交換判定処理を示すフローチャートである。制御回路６１は、Ｓ１〜Ｓ１１までの処理を実行した後、過去３回分の検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されているか否かを判断する（Ｓ２０１）。過去３回分の検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されていない場合には（Ｓ２０１：ＮＯ）、本トナー交換判定処理を終了する。

過去３回分の検出値がＮＶＲＡＭ４３に記憶されている場合には（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、これら過去３回分の検出値、及び、過去３回の最後の回と今回の濃度検出の時間差（以下、「検出時間差」という）とに基づき理論値を算出する（Ｓ２０３）。理論値は、過去３回及び今回でトナー交換が無いとした場合に想定される今回の検出値（濃度）であり、以下のようにして算出することが可能である。

即ち、制御回路６１は、過去３回分の検出値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と、それぞれの検出時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３から、図１０に示すように、トナー交換が無いとした場合に想定される濃度の変化傾向（関係曲線）を導出する。そして、この変化傾向に基づき今回の時間Ｔ４（＝Ｔ３＋検出時間差）に対応する濃度値を求め、これを理論値とする。

そして、理論値と今回検出値との差分値が基準値以上かであるか否かを判定することにより、過去３回と今回の検出値同士の大小関係が上記基準関係（図１０の曲線グラフ上の関係）に合致するか否かを判定する（Ｓ２０５）。

そして、制御回路６１は、理論値と今回検出値との差分値が基準値以上であれば（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、トナー交換有りと判定し（Ｓ１７）、差分値が基準値未満であれば（Ｓ２０５：ＮＯ）、トナー交換無しと判定する（Ｓ１９）。

本実施形態によれば、今回の検出値と、過去３回分の検出値に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、トナー交換有りと判定する。従って、過去の検出値における変化傾向に応じた適切な理論値により、トナー交換の有無を精度よく判定することができる。しかも、過去２回ではなく、３回分の検出値を利用することにより、上記変化傾向を的確に把握し、理論値を精度よく求めることができる。なお、過去４回分以上の検出値に基づき変化傾向を把握する構成でもよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。

（１）上記実施形態では、電子写真方式で画像を形成するプリンタを示したが、本発明は、例えば、インクジェット方式（この場合、インクが「着色剤」の一例）など他の方式の画像形成装置にも適用できる。また、画像形成として、例えば、ファクシミリで受信したデータの印刷、スキャナで取り込んだデータの印刷（コピー）、外部の記憶媒体から取得したデータの印刷（ダイレクトプリント）を実行する場合などにも本発明を適用することができる。

（２）上記実施形態では、パターン画像の形成状態をパターンセンサ３１により検出したが、本発明の「状態検出部」はこれに限られない。例えばＣＣＤ等の撮像素子によりパターン画像そのものを検出する構成でもよい。

（３）上記実施形態では、制御回路６１はＣＰＵ６１Ａ等を備える構成であったが、これに限らず、ハード回路により構成したもの（例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）でもよい。また、上記実施形態では、１つの制御回路６１を、残量検出部、状態検出部、取得部、判定部、補正部、要素検出部として機能させる構成を挙げたが、本発明はこれに限られない。残量検出部、状態検出部、取得部、判定部、補正部、要素検出部の一部または全部を個別の制御回路（専用回路でも汎用回路でもよい）で構成してもよい。

（４）上記実施形態では、トナー収容室４３が現像カートリッジ４１に分離不能に設けられていたが、本発明は、これに限られない。トナー収容室４３が現像カートリッジ４１から分離可能であって、トナーと共にトナー収容室４３だけを交換する構成でもよい。このとき現像カートリッジ４１からトナー収容室４３を除いた部分が「収容部」の一例である。

（５）上記実施形態では、トナーセンサ６５によりトナー残量を検出する構成であったが、本発明の「残量検出部」はこれに限られない。例えば新品の現像カートリッジ４１を装着してからの印刷累計時間、現像ローラ４５の回転数やシート５の印刷枚数などからトナー残量を推定する構成でもよい。この構成であればセンサを利用せずに済む。

（６）上記実施形態では、補正実行条件が成立したことを条件にトナー交換判定処理を実行したが、本発明はこれに限られない。例えばプリンタ１の電源がオンされたこと、図示しないカバー開閉センサによりカバー３Ａの開閉が検出されたことや、ユーザにより操作部６３等にてトナー交換判定指令の入力操作がされたことを条件にトナー交換判定処理を実行してもよい。

（７）上記実施形態では、濃度パターンＰの複数の濃度（トナー付着量）に基づきトナー交換がされたか否かを判定したが、本発明の「形成状態を示す値」はこれに限られない。トナーの特性の相違により、ベルト２５に形成したパターン画像の位置や形状（幅）が異なることがある。具体的には、トナーの帯電能力が低くなると、ベルト２５上において正規の形成位置からずれたり、幅広になったりすることがある。従って、パターンセンサにより、パターン画像の位置ずれ量（例えばパッチ間距離など）やパッチ幅に基づきトナー交換がされたか否かを判定してもよい。

要するに、トナー特性によって変化するパターン画像の形成状態を示す値であればよい。位置ずれ量やパッチ幅に基づきトナー交換する場合、画像形成部１３は、Ｓ５において位置検出用パターン（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のパッチがベルト２５の移動方向に沿って並んだ公知のパターン パターン画像の一例）を形成すれば、パターンセンサ３１による各色パッチ間距離や、パッチ幅の検出結果に基づき、トナー交換の判定だけでなく、画像形成部１３における露光タイミング（形成条件の一例）を制御して、シート５に形成した画像の色ずれ（位置ずれ）などを補正することができる。

また、上記実施形態では画像の濃度の補正や色ずれ（位置ずれ）の補正に用いることを前提にパターン画像を形成していたが、パターン画像を形成してトナー交換の判定のみを実行してもよい。即ち、実施形態１から実施形態３における図４、図６、及び図９におけるＳ１１の処理を実行せずに、トナー交換の判定のみのためにパターン画像を形成、検出、及び取得（Ｓ５、Ｓ７、及びＳ９）をする形態であってもよい。

（８）上記実施形態において、例えばＳ３の前または後に、前回と今回のトナー残量差が基準変化量以上であることを条件に、Ｓ５以降の処理（トナー交換の判定）を実行する構成でもよい。この構成によれば、前回と今回のトナー残量差が基準変化量以上である、というトナー交換の可能性が高いタイミングにて濃度パターンＰの形成を行うことにより、不必要に濃度パターンＰを形成することを抑制することができる。なお、上記実施形態２におけるトナー交換判定処理において、図６のＳ３とＳ５の間に、上記した前回と今回のトナー残量差が基準変化量以上であることを判断する処理（Ｓ３０１）を加えた変形例を図１１に示す。

また、逆に、前回と今回のトナー残量差が基準変化量未満である場合に、Ｓ５以降の処理（トナー交換の判定）を実行し、トナー残量差が基準変化量以上である場合には、Ｓ５以降の処理を行うことなくトナー交換有りと判定する構成でもよい。この構成によれば、トナー残量差が小さく、トナー交換の判定が困難な場合に限り、Ｓ５以降の処理を行うようにすることができる。

（９）上記実施形態では、互いに異なる時期に取得した複数の検出値に基づきトナー交換の有無を判定したが、これに限らず、同時期に取得した複数の検出値に基づきトナー交換の有無を判定してもよい。例えば前述の濃度パターンＰの互いに異なる濃度のパッチ（例えば１００％と５０％のパッチ）間における実際の検出値の差分値が、予め定めた基準値以上である場合に、トナー交換有りと判定する

更に、同一濃度の複数のパッチを形成する場合でも、例えば組成が粗悪であったり、劣化量が大きいトナーに交換されると、安定した画像が形成できず、実際の検出値同士で差が生じることがある。従って、同一濃度である複数パッチの検出値に基づきトナー交換の有無を判定することも可能である。なお、上記実施形態において、前回検出値等がＮＶＲＡＭ４３に記憶されていない場合に、この同時期に取得した複数の検出値に基づくトナー交換判定を行う構成でもよい。

（１０）上記実施形態では、複数の検出値の差分値と基準値との比較に基づきトナー交換の有無を判定したが、本発明はこれに限られない。例えば複数の検出値の平均値が基準値に合致するか否かに基づきトナー交換の有無を判定してもよい。更に、複数のパターン画像を撮像素子にて撮像し、画像処理により両パターンの画像が合致するか否かに基づきトナー交換の有無を判定してもよい。

（１１）上記実施形態１において、実施形態２で説明したトナー残量差、後述する検出時間差やベルト２５の劣化量などの要素量が大きいほど、前回検出値と今回検出値の差分値を小さくすること、及び、基準値を大きくすることの少なくとも一方を行った後に、Ｓ１５の判定を行ってもよい。この構成によれば、トナー交換とは異なる、要素量による影響を抑制しつつ、トナーが交換されたか否かを、より正確に判定することができる。

（１２）上記実施形態２では、前回検出値、及び、トナー残量差に基づき理論値を算出したが、本発明はこれに限られない。前回と今回の濃度検出の時間差（以下、「検出時間差」という）と、前回検出値に基づき理論値を求めることもできる。即ち、トナー特性の変化量は、検出時間差が長いほど大きくなる。従って、トナー特性の変化量を、検出時間差により間接的に検出可能である。

そして、濃度低下量と検出時間差との相関関係情報に基づき、今回の検出時間差に対応する濃度低下量を求め、これを前回検出値から減算することにより理論値を算出することができる。このとき、検出時間差を検出するための制御回路６１の内蔵タイマが「要素検出部」として機能する。なお、トナー特性の変化量は、トナー残量差や検出時間差に限らず、前回と今回の印刷枚数差、前回から今回までのベルト２５や感光体２７の回転数などからも知ることができる。

更に、トナー交換が無くても、ベルト２５の経年変化により劣化し、それに伴って、画像形成したときの濃度が低下していくことが経験的、実験的に認められる。従って、ベルト２５の劣化量（度合い）は、濃度を変化させる要素量の一例である。ベルト２５は劣化量が大きくなるほど、反射率が低下するので、ベルト２５に画像が形成されていないときのパターンセンサ３１からの検出信号に基づきベルト２５の劣化量を知ることができる。このとき制御回路６１はパターンセンサ３１と共に「要素検出部」として機能する。

そして、濃度低下量とベルト２５の劣化量差との相関関係情報に基づき、今回の劣化量差に対応する濃度低下量を求め、これを前回検出値から減算することにより理論値を算出することができる。なお、理論値の算出において、必ずしも前回検出値を基準とする必要はなく、それより前に検出した検出値や、予め定めた初期値を基準にトナー残量差、検出時間差やベルト２５の劣化量差を求めて理論値を算出してもよい。

１…プリンタ
１３…画像形成部
３１…パターンセンサ
４１…現像カートリッジ
６１…制御回路
６５…トナーセンサ

Claims (9)

1. 着色剤を交換可能に収容する収容部と、
   前記収容部内の着色剤の残量を検出する残量検出部と、
   前記残量検出部が検出した着色剤の残量の変化量が基準変化量以上であることを条件に、前記収容部に収容された着色剤を用いてパターン画像を形成する形成部と、
   前記形成部が前記パターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、前記収納部に収容された着色剤が交換されているか否かを判定する判定部と、を備える画像形成装置。
2. 着色剤を交換可能に収容する収容部と、
   前記収容部に収容された着色剤を用いて画像を形成する形成部と、
   前記形成部がパターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得する取得部と、
   前記着色剤の交換とは異なり、前記形成状態を変化させる要素量を検出する要素検出部と、
   前記取得部が取得した前記複数の検出値同士の差分値が基準値以上である場合に、前記着色剤が交換されたと判定する判定部と、を備え、
   前記要素検出部により検出された要素量が大きいほど、前記差分値を小さくすること、及び、前記基準値を大きくすることの少なくとも一方を行った後に、前記着色剤が交換されたか否かを判定する、画像形成装置。
3. 着色剤を交換可能に収容する収容部と、
   前記収容部に収容された着色剤を用いて画像を形成する形成部と、
   前記形成部がパターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得する取得部と、
   前記着色剤の交換とは異なり、前記形成状態を変化させる要素量を検出する要素検出部と、
   前記取得部が取得した一の検出値と、当該一の検出値よりも前に取得した他の検出値及び前記要素検出部により検出された要素量に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、前記着色剤が交換されたと判定する判定部と、を備える画像形成装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
   前記取得部は、互いに異なる時期に前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得し、
   前記判定部は、前記互いに異なる時期に検出した複数の検出値との間で、前記判定を実行する、画像形成装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の画像形成装置であって、
   前記判定部は、前記取得部が取得した一の検出値と、当該一の検出値よりも前に取得した複数の他の検出値に基づく理論値と、の差分値が基準値以上である場合に、前記着色剤が交換されたと判定する、画像形成装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
   前記収容部内の着色剤の残量を検出する残量検出部を備え、
   前記残量検出部が検出した着色剤の残量が基準残量以上であることを条件に、前記形成部は前記パターン画像を形成する、画像形成装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置であって、
   前記状態検出部が検出した検出値に基づき、前記形成部が画像を形成する際の形成条件を補正する補正部を備える、画像形成装置。
8. 着色剤を交換可能に収容する収容部と、前記収容部に収容された着色剤を用いて画像を形成する形成部と、前記収容部内の着色剤の残量を検出する残量検出部と、を備える画像形成装置が有するコンピュータに、
   前記残量検出部が検出した着色剤の残量の変化量が基準変化量以上であることを条件に、前記形成部に前記パターン画像を形成させるパターン形成処理と、
   前記形成部がパターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出処理と、
   前記状態検出処理にて検出した複数の検出値を取得する取得処理と、
   前記取得処理にて取得した前記複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、前記収納部に収容された着色剤が交換されているか否かを判定する判定処理と、を実行させるプログラム。
9. 着色剤を収容し、現像ローラを備える交換可能なカートリッジと、
   前記現像ローラの回転数を検出する回転検出部と、
   前記回転検出部が検出した前記現像ローラの回転数の変化量が基準変化量以上であることを条件に、前記収容部に収容された着色剤を用いてパターン画像を形成する形成部と、
   前記形成部が前記パターン画像を形成する際、前記着色剤の特性によって変化する前記パターン画像の形成状態を示す値を検出する状態検出部と、
   前記状態検出部が検出した複数の検出値を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記複数の検出値同士の大小関係が基準関係に合致するか否かに応じて、前記カートリッジが交換されているか否かを判定する判定部と、を備える画像形成装置。

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