JP5511696B2 - 画像形成装置およびトナー量算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置およびトナー量算出方法に関するものである。

プリンター、複合機などといった電子写真方式の画像形成装置は、トナーカートリッジからトナーを取り出して画像を形成する。このような電子写真方式の画像形成装置には、トナー消費量を測定するものがある。通常、トナー消費量は、画像データなどから、間接的に測定される。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラムなどに静電潜像が形成される。静電潜像のドットありの箇所とドットなしの箇所との境界部分では縁端電界が生じ、必要以上にトナーが消費されてしまう。この現象は、エッジ効果と呼ばれる。このため、エッジ効果を考慮してトナー消費量を計算する方法が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、エッジの出現頻度を考慮してトナー消費量が計算される。

また、ある画像形成装置では、周辺画素に対するレーザー光の露光を考慮して注目画素の電位が計算され、その電位からトナー消費量が計算される（例えば特許文献２参照）。

特開２００６−２７６４２２号公報 特開２００９−１４５６６７号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の画像形成装置では、エッジの周辺画素からの影響を考慮していないため、正確にトナー消費量が計算されない可能性がある。また、上述の特許文献２に記載の画像形成装置では、周辺画素に対するレーザー光の露光を考慮して注目画素の電位が計算されるものの、周辺画素で形成される静電潜像（つまり、電荷）の影響が考慮されていない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、トナー消費量が正確に導出される画像形成装置およびトナー量算出方法を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る画像形成装置は、感光体と、露光信号に基づき光を感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置と、露光信号に基づきトナー消費量を計算するトナー量計算部とを備える。そして、トナー量計算部は、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定し、注目画素の電界変動度と所定のゲインとの積に静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値を加算した値を、注目画素の電界強度として特定し、その電界強度に対応するトナー消費量を特定する。

これにより、周辺画素に広がる静電潜像の分布パターンに起因する注目画素の電界強度を考慮してトナー消費量が特定されるため、トナー消費量が正確に導出される。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置に加え、次のようにしてもよい。この場合、トナー量計算部は、露光信号の分布パターンに対してローパスフィルターを適用して静電潜像の分布パターンを特定する。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、上述のローパスフィルターは、ガウシアンフィルターである。

これにより、露光装置からの光により感光体上に形成される静電潜像の分布パターンが正確に特定される。

また、本発明に係る画像形成装置は、上記の画像形成装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、トナー量計算部は、静電潜像の分布パターンにおける各画素による電界強度分布パターンに基づいて注目画素の電界強度を特定する。

これにより、注目画素の電界強度が正確に特定される。

本発明に係るトナー量算出方法は、感光体と、露光信号に基づき光を感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置とを備える画像形成装置におけるトナー量算出方法であって、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定し、注目画素の電界変動度と所定のゲインとの積に静電潜像の分布パターンにおける注目画素の値を加算した値を、注目画素の電界強度として特定し、その電界強度に対応するトナー消費量を特定する。

これにより、周辺画素に広がる静電潜像の分布パターンに起因する注目画素の電界強度を考慮してトナー消費量が特定されるため、トナー消費量が正確に導出される。

本発明によれば、トナー消費量を正確に計算することができる。

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の一部を示す側面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る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、図２におけるトナー量計算部の構成を示すブロック図である。 図４は、図３における静電潜像予測部のフィルター係数の一例を示す図である。 図５は、図３における電界変動予測部のフィルター係数の一例を示す図である。 図６は、図３における変換部における電界強度とトナー消費量との対応関係の一例を示す図である。 図７は、露光信号の値の分布パターンの一例を示す図である。 図８は、図３における静電潜像予測部により、図７の露光信号から得られる静電潜像の分布パターンの一例を示す図である。 図９は、図３におけるトナー量計算部により、図７の露光信号から得られる電界強度分布の一例を示す図である。 図１０は、露光信号の値の分布パターンの別の例を示す図である。 図１１は、図３における静電潜像予測部により、図１０の露光信号から得られる静電潜像の分布パターンの一例を示す図である。 図１２は、図３におけるトナー量計算部により、図１０の露光信号から得られる電界強度分布の一例を示す図である。

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の一部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印刷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および現像ユニット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色の感光体である。

露光装置２は、感光体ドラム１ａ〜１ｄへレーザー光を走査しつつ照射して静電潜像を形成する装置である。レーザー光は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転方向（副走査方向）に垂直な方向（主走査方向）に走査される。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、および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）を含むレーザースキャニングユニットを有する。

さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。

現像ユニット３ａ〜３ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーがそれぞれ充填されるトナーカートリッジと、トナーカートリッジ内のトナーホッパーから搬送されてくるトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄへ付着させる現像器とを有し、そ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画像を形成する。

感光体ドラム１ａおよび現像ユニット３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂおよび現像ユニット３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃおよび現像ユニット３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄおよび現像ユニット３ｄにより、ブラックの現像が行われる。

中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体（中間転写体）である。中間転写ベルト４は、駆動ローラー５に張架され、駆動ローラー５からの駆動力によって、感光体ドラム１ｄとの接触位置から感光体ドラム１ａとの接触位置への方向へ周回していく。

転写ローラー６は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト４に接触させ、中間転写ベルト４上のトナー画像を用紙に２次転写する。なお、トナー画像を転写された用紙は、定着器９へ搬送され、トナー画像が用紙へ定着される。

ローラー７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。

センサー８は、中間転写ベルト４に光線を照射し、中間転写ベルト４の表面またはその表面上のトナーパターンからの反射光を検出する。例えば、センサー８は、トナー濃度調整の際に、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射し光線の反射光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。

図２は、本発明の実施の形態に係る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。この画像形成装置は、プリントエンジン１１、およびコントローラー１２を有する。

図２において、プリントエンジン１１は、図１に示す電子写真プロセスや用紙搬送の駆動系および露光装置２を制御する回路である。プリントエンジン１１は、コントローラー１２からの画像データに従って印刷を実行する。例えば、用紙搬送の駆動系は、印刷用紙の給紙、上述の現像装置および定着器９への印刷用紙の搬送、印刷用紙の印刷完了後の排紙などを行うローラー等を駆動するモーターなどである。例えば、電子写真プロセスの駆動系は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、中間転写ベルト４などを駆動するモーターや、露光装置２のレーザースキャニング用モーターなどである。

コントローラー１２は、色補正、ハーフトーニングなどの画像処理後の各色についての画像データをプリントエンジン１１に供給する。

プリントエンジン１１は、露光信号生成部２１とトナー量計算部２２とを有する。露光信号生成部２１は、コントローラー１２からの画像データに基づいて露光信号を生成する。露光信号は、コントローラー１２からの画像データに基づき、各画素について光を照射するか否かを示す。プリントエンジン１１は、この露光信号で露光装置２を動作させる。

トナー量計算部２２は、この画像形成装置による印刷などに伴うトナー消費量を計算する。さらに、トナー量計算部２２は、そのトナー消費量からトナーカートリッジ内のトナー残量を計算する。さらに、トナー量計算部２２は、トナー消費量の積算値やトナー残量を、図示せぬ操作パネルに表示させたり、トナー残量が少なくなったときに警告メッセージを図示せぬ操作パネルに表示させたりする。

トナー量計算部２２は、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界強度を特定し、その電界強度に対応するトナー消費量を特定する。

図３は、図２におけるトナー量計算部２２の構成を示すブロック図である。

図３において、静電潜像予測部３１は、露光信号から静電潜像の分布パターンを特定する。静電潜像予測部３１は、露光信号の分布パターンに対してローパスフィルターを適用して静電潜像の分布パターンを特定する。この実施の形態では、このローパスフィルターは、ガウシアンフィルターである。

図４は、図３における静電潜像予測部３１のフィルター係数の一例を示す図である。静電潜像予測部３１は、予め設定されている主走査方向および副走査方向についてのガウス分散値に基づいてフィルター係数を決定する。図４に示すフィルター係数は、ガウス分散値がそれぞれ０．８１であるガウシアンフィルターのフィルター係数である。フィルター係数の総和はほぼ１とされる。なお、このガウス分散値は、露光装置２から照射されるレーザー光のプロファイルに基づいて指定される。

注目画素についての静電潜像予測部３１の出力値（つまり、図４の中心画素（ｉ＝０，ｊ＝０）についての出力値）は、各周辺画素（ｉ，ｊ）についての露光信号の値とその画素（ｉ，ｊ）についてのフィルター係数との積の総和とされる。

また、電界変動予測部３２は、静電潜像予測部３１により得られた静電潜像の分布パターンに基づいて、注目画素の電界変動度を計算する。電界変動予測部３２は、静電潜像の分布パターンにおける各画素による電界強度分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定する。ここでは、各画素による電界強度分布パターンが、画素からの距離の２乗に反比例するものとされている。

図５は、図３における電界変動予測部３２のフィルター係数の一例を示す図である。注目画素（図５の中心画素）についてのフィルター係数は０とされ、フィルター係数の総和はほぼ１とされる。

注目画素についての電界変動予測部３２の出力値（つまり、図５の中心画素についての出力値）は、各周辺画素（ｉ，ｊ）についての静電潜像予測部３１の出力値とその画素（ｉ，ｊ）についてのフィルター係数との積の総和から、注目画素についての静電潜像予測部３１の出力値を減算した値とされる。

乗算部３３は、電界変動予測部３２により得られた注目画素の電界変動度に所定のゲインを乗算する。

加算部３４は、注目画素について、乗算部３３により得られた値と、静電潜像予測部３１の出力値との和を、注目画素の電界強度として計算する。

変換部３５は、加算部３４により得られる注目画素の電界強度の値を、その注目画素についてのトナー消費量に変換する。変換部３５は、例えばルックアップテーブルを有し、そのルックアップテーブルを参照して、そのトナー消費量を導出する。

トナーカウンター３６は、変換部３５から得られる画素ごとのトナー消費量の情報に基づいて、ページごとやトナーカートリッジ交換時からの、トナー消費量の累積値を計算する。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。

プリントエンジン１１では、コントローラー１２から画像データが供給されると、露光信号生成部２１が、その画像データに基づいて露光信号を生成する。

そして、その露光信号は露光装置２に供給され、露光装置２は、その露光信号に基づいて感光体ドラム１ａ〜１ｄに光を照射して静電潜像を形成する。

一方、プリントエンジン１１では、その露光信号がトナー量計算部２２に供給され、トナー量計算部２２は、その露光信号に基づいてトナー消費量を計算する。

トナー量計算部２２では、静電潜像予測部３１は、露光信号を所定ライン数のラインバッファーで順次保持し、そのラインバッファーに保持されている露光信号の画素値に対して図４に示すようなフィルターを適用して、注目画素（中心画素）の静電潜像レベル（負電荷量に対応する）を計算する。

次に、電界変動予測部３２は、静電潜像予測部３１の出力を所定ライン数のラインバッファーで順次保持し、そのラインバッファーに保持されている値に対して図５に示すようなフィルターを適用して、注目画素（中心画素）の電界強度の変動量を計算する。

そして、乗算部３３により注目画素の電界強度の変動量に対して所定のゲインが乗算される。なお、このゲインの値は、実験などにより予め決定されている。

この乗算部３３の出力値が、加算部３４により、注目画素についての静電潜像予測部３１の出力値に加算されて、注目画素の電界強度が計算される。

そして、変換部３５は、その注目画素の電界強度に対応するトナー消費量を計算し、トナーカウンター３６へ供給する。トナーカウンター３６は、その注目画素のトナー消費量に基づいて、トナー消費量の累積値を更新する。

図６は、図３における変換部３５における電界強度とトナー消費量との対応関係の一例を示す図である。図６における電界強度は、ベタ塗りの際の電界強度で正規化した値である（つまり、ベタ塗りの際の電界強度を１とした場合の値）。また、図６におけるトナー消費量は、ベタ塗りの際の１画素あたりのトナー消費量で正規化した値である（つまり、ベタ塗りの際のトナー消費量を１とした場合の値）。

ここで、具体例について説明する。

第１の例．

図７は、露光信号の値の分布パターンの一例を示す図である。図８は、図３における静電潜像予測部３１により、図７の露光信号から得られる静電潜像の分布パターンの一例を示す図である。図９は、図３におけるトナー量計算部２２により、図７の露光信号から得られる電界強度分布の一例を示す図である。

図９に示すように、エッジ効果が発生している箇所が特定されている。したがって、それに応じたトナー消費量をカウントすることができる。

第２の例．

図１０は、露光信号の値の分布パターンの別の例を示す図である。図１１は、図３における静電潜像予測部３１により、図１０の露光信号から得られる静電潜像の分布パターンの一例を示す図である。図１２は、図３におけるトナー量計算部２２により、図１０の露光信号から得られる電界強度分布の一例を示す図である。

図１２に示すように、エッジ効果が発生している箇所が特定されている。したがって、それに応じたトナー消費量をカウントすることができる。

以上のように、上記実施の形態によれば、トナー量計算部２２は、露光信号に基づいて静電潜像の分布パターンを特定し、静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界強度を特定し、その電界強度に対応するトナー消費量を特定する。

これにより、周辺画素に広がる静電潜像の分布パターン（つまり、周辺画素の電荷の分布）に起因する注目画素の電界強度を考慮してトナー消費量が特定されるため、トナー消費量が正確に導出される。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、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（感光体の一例）
２ 露光装置
２２ トナー量計算部

Claims (5)

1. 感光体と、
   露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置と、
   前記露光信号に基づきトナー消費量を計算するトナー量計算部とを備え、
   前記トナー量計算部は、前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定し、前記静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定し、前記注目画素の電界変動度と所定のゲインとの積に前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値を加算した値を、注目画素の電界強度として特定し、特定した前記電界強度に対応するトナー消費量を特定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー量計算部は、前記露光信号の分布パターンに対してローパスフィルターを適用して前記静電潜像の分布パターン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。
3. 前記ローパスフィルターは、ガウシアンフィルターであることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記トナー量計算部は、前記静電潜像の分布パターンにおける各画素による電界強度分布パターンに基づいて注目画素の電界強度を特定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 感光体と、露光信号に基づき光を前記感光体へ照射して静電潜像を形成させる露光装置とを備える画像形成装置におけるトナー量算出方法において、
   前記露光信号に基づいて前記静電潜像の分布パターンを特定し、
   前記静電潜像の分布パターンに基づいて注目画素の電界変動度を特定し、前記注目画素の電界変動度と所定のゲインとの積に前記静電潜像の分布パターンにおける前記注目画素の値を加算した値を、注目画素の電界強度として特定し、
   特定した前記電界強度に対応するトナー消費量を特定すること、
   を特徴とするトナー量算出方法。