JP6019980B2 - 画像形成装置、画像形成方法 - Google Patents
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Description
(1)交換前の現像ユニットの状態
画像形成装置は、印刷した際のトナー消費量を算出することでトナー容器のトナー残量を計算する。現像ユニットにトナーが残っているので(図のA)、トナー残量はC+Aとなる。以下、区別するため、トナー容器のトナー量を「トナー残量」、現像ユニットのトナー量を「ユニット残量」という。
(2)交換時の現像ユニットのユニット残量
旧品の現像ユニットのユニット残量はA、新品の現像ユニットのユニット残量はBである。しかしながら、ユニット残量A、Bを直接、観測することはできない。
(3)そこで、画像形成装置は、現像ユニットが交換されたことを検知した場合、ユニット残量Aとユニット残量Bの差Tdiffを算出し、トナー残量Cを補正する。差Tdiffは、ユニット残量の誤差なので、以下、誤差Tdiffという。
Tdiff=累積トナー消費量T−トナー補給量Tsup
この誤差Tdiffをトナー残量Cに反映させる。
トナー残量=トナー残量+Tdiff
これにより、現像ユニットが交換されたことを検知し、誤差Tdiffで補正することで現像ユニットだけが交換されてもトナー残量を正確に更新することができる。
図3は画像形成装置の概略構成図の一例を示す。画像形成装置100は、主な構成部材として、露光器7、トナー容器22A〜22D、現像ユニット2A〜2D、転写ベルト12、廃トナーボックス23、給紙トレイ14、用紙搬送機構24、定着器18、及び、排紙トレイ25を有する。
現像ユニットトナー検知センサ43が、ユニット残量が一定値未満か否かを検知する方法としては、例えば、以下のような方法がある。
図5(a)は、現像ユニットトナー検知センサ43の一例を示す図である。現像ユニット2A〜2Dに、予め、光を透過させる透過窓431、432を対向するように2つ設けておく。現像ユニットトナー検知センサ43は、発光素子433と受光素子434を有し、発光素子433は透過窓431の外側に、受光素子434は透過窓432の外側に配置される。
図6は、画像形成装置100の機能ブロック図の一例を示す。CPU32はROM33に記憶されたプログラムを実行して図示する機能を実現する。図示する機能はトナー容器22A〜22Dのトナー残量の検知に関する機能であり、その他の機能は省略されている。画像形成装置100は、トナー残量算出部54、累積消費量算出部53、現像ユニット内トナー検知部52、トナー補給部51、現像ユニット交換検知部50、及び、記憶部55を有している。記憶部55は、例えばNVRAM37を実体としている。
図7は、画像処理IC39によるトナー消費量の求め方を説明する図の一例である。画像処理IC39は、自身が持つラインメモリから画像データを読み出して、画素毎にトナー消費量を算出する。
注目画素Aの光量 = A*main + (C+G)*ref1_1 + (E+I)*ref1_2 + (B+D+F+H)*ref1_3 + (L+T)*ref2_1 + (P+X)*ref2_2 + (K+M+S+U)*ref2_3 + (O+Q+W+Y)*ref2_4 + (J+N+R+V)*ref2_5 …(1)
注目画素Aの濃度だけでなく参照画素の濃度を考慮に入れるのは、注目画素に対する露光が周囲の画素にも影響するためである。また、影響は注目画素Aに近いほど大きく、点対称な位置では同程度になるので、上式(1)のように算出できる。したがって、このように注目画素Aだけでなく参照画素の光量を考慮することで、正確なトナー消費量を算出できる。なお、5×5の画素を参照画素とするのは一例であって、露光が影響する画素の範囲と計算負荷を考慮して決定すればよい。
トナー消費量の換算値 =f(Aの光量)
ところで、トナーが現像される量(用紙に付着する量)は感光体5A〜5Dを露光するレーザやLEDの光量に比例するが、ある光量レベル(上限値)で飽和し、それ以上は光量を大きくしても現像量は変化しない。そこで、算出したAの光量に対し飽和処理を行う。
Aの光量 ≦ 上限値 の場合 → トナー消費量の換算値 =f(Aの光量)
Aの光量 > 上限値 の場合 → トナー消費量の換算値 =f(上限値)
さらに、注目画素Aの光量から算出されるトナー消費量の換算値から、注目画素Aの光量の一定量のオフセット値に相当する分だけ減算する。これは、注目画素Aの光量とトナーの現像量の関係を考慮したもので、オフセットにより実際にトナーが現像される現像量に近づけることができる。なお、減算結果がマイナスの場合には結果をゼロとする。
(i) 式(1)を用いてAの光量を算出する
(ii) 飽和処理を行うと共に、換算式fを使って1画素あたりのトナー消費量の換算値を求める
(iii) 「トナー量の換算値 − オフセット値」を算出する
画像処理IC39は、1ページの全画素に以上の計算を行う。例えば、注目画素Aの後、右に隣接したEに対して行い、その次にPに対して行う。また、1ページはCMYKに分解されているので、CMYK毎に1ページ内の全画素に対して行う。CMYK毎にトナー消費量の換算値を合計することで、1ページ分の、CMYKのトナー消費量換算値の合計が得られる。なお、周辺画素が画像領域外になった場合、周辺画素を光量ゼロの画素として扱う。
上記の計算方法は露光手段に応じて適正化されているので、露光手段に応じて変更することで精度の高いトナー消費量を算出することができる。
図9は、トナー容器の累積トナー消費量(X軸)とユニット残量(Y軸)の関係を示したグラフ図の一例である。実線は実際のユニット残量を示し(現像ユニットが交換されたために垂直に増減する)、点線は現像ユニット2A〜2Dが交換されていない場合のユニット残量を示す。
Tdiff(g)=T2−T1−Tsup
T1、T2は、上述したトナー消費量の算出方法で求められている。1回の補給量Tsupは、補給時間t〔s〕と単位時間あたりの補給量dS〔g/s〕を用いて以下の式で算出することができる。
Tsup=t×dS
dSは、前回の補給時間と補給してからの現像ユニットトナー検知センサ43が現像ユニットトナー検知センサOFFを検知するまでのトナー消費量を利用することで精度を上げる事ができる(現像ユニットが交換されていない場合、T2-T1=Tsupなので、T2-T1を補給時間tで割ればdSが求められる)。
図11は画像形成時のトナー残量の算出手順を示すフローチャート図の一例である。図11は現像ユニット2A〜2Dが旧品から旧品に交換された場合のトナー残量の算出手順である。図11の手順は、例えばトナーを消費する印刷ジョブが実行された後に実行される。算出手順はトナー容器毎に行われるが、以下ではトナー容器22Aを例に説明する。
累積消費量Tc=Tc+Ta
S104:現像ユニット交換検知部50は、旧品の現像ユニット2Aへの交換があったかを判断する。旧品の現像ユニット2Aへの交換検知は図12、13にて説明する。S104の判定は、旧品の現像ユニット2Aへの交換の有無を判定するもので、旧品への交換がなければ新品への交換もないと判定する。
トナー残量Te=Te−トナー消費量Ta
S106:旧品の現像ユニット2Aへの交換が検知された場合、トナー残量算出部54は、旧品の現像ユニット2Aへの交換検知後にトナー補給部51がトナー補給を実施したか否かを判定する。これは、S109、S111で説明するように、現像ユニット2Aの交換後、トナー補給が行われると誤差Tdiffが修正されているためである。
トナー残量Te=Te+Tdiff
交換前後の誤差Tdiff=累積消費量Tc−補給量Tsup
S110:ステップS107でNと判定された場合も、トナー残量算出部54は、現像ユニットトナー検知センサONか否か判断する。現像ユニットトナー検知センサONの場合(S110のY)は、現像ユニット内にトナーが一定値より多く存在する。すでに、累積消費量Tcが補給量Tsup以上なので、交換前のユニット残量の方が、交換後のユニット残量より少なかったか又は同じであったことが確定する(図9の状況)。
トナー残量Te=Te−トナー消費量Ta
S112:ステップS112以降の処理は、トナー容器内のトナー残量Teがニアエンドになった場合のトナー残量Teの補正処理である。まず、トナー残量算出部54はトナー残量Teがゼロ以下か否かを判断する。ゼロ以下かどうかを判定するのは、S105、S109、S111の計算上はマイナスとなる場合があるためである。
トナー残量Te=トナー残量Tpre
すなわち、トナー残量Teの算出が困難なのでトナー残量Teを更新することなく元に戻す。
トナー残量Te=0
以上の処理により、現像ユニット2Aのみが旧品の現像ユニット2Aに交換がされた場合においても、S107〜S111で誤差Tdiffの正負を判断しトナー残量Teを補正することで、トナー容器22Aのトナー残量Teの精度を向上させることができる。
続いて、現像ユニット2Aの交換の検知につて説明する。現像ユニット2Aの交換は、新品への交換と旧品への交換がある。
Diff=補給量Tsup−補給してからの累積消費量Tc
S305:現像ユニット交換検知部50は、S304で算出した差Diffが閾値Th_chgより大きいか否かを判断する。閾値Th_chgより大きい場合(S304のY)は、処理はS306へ進む。閾値以下の場合(S304のN)は、処理はS308へ進む。閾値Th_chgは交換されたか否かを判断するための閾値であり、ROM33に記録されている。閾値Th_chgはゼロより大きい値である。差Diffが閾値Th_chgより大きい場合は、現像ユニット2Aの交換があったことを推定できる。
続いて、新品の現像ユニット2Aへの交換が検知された場合の、トナー残量の算出について説明する。
Tpre = トナー残量Te
S202:トナー残量補正部542は、トナー容器22Aのトナー残量Teを、新品の現像ユニット2Aのトナー量Tnewと、補給してからの累積消費量Tcを用いて算出する。新品の現像ユニット2Aには一定量のトナーが入っており、その値TnewはROM33に記録されている。
「新品現像ユニットのトナー量Tnew−補給してからの累積消費量Tc」が、現像ユニット交換前後のトナー残量の差である。
トナー残量Te=Te+(新品現像ユニットトナー量Tnew - 補給してからの累積消費量Tc)
S203:以降のS203〜S207の処理は、図11のS112〜S116と同様である。すなわち、トナー容器22Aがニアエンドになった場合のトナー残量Teを補正している。
まず、トナー残量算出部54はトナー残量Teがゼロ以下か判断する。ゼロ以下かどうかを判定するのは、トナー残量Teは計算上はマイナスとなる場合があるためである。
トナー残量Te=トナー残量Tpre
すなわち、トナー残量Teの算出が困難なのでトナー残量Teを更新することなく元に戻す。
トナー残量Te=0
以上の制御により、新品の現像ユニット2Aへ交換された場合においても、トナー容器22Aのトナー残量の検知精度を向上させることができる。
5A〜5D 感光体
6A〜6D 帯電器
7 露光器
8A〜8D 現像ローラ
9A〜9D クリーニング装置
12 搬送ベルト
18 定着器
22A〜22D トナー容器
39 画像処理IC
42 トナー供給クラッチ
43 現像ユニットトナー検知センサ
51 トナー補給部
52 現像ユニットトナー検知部
53 累積消費量算出部
54 トナー残量算出部
100 画像形成装置
Claims (11)
- 画像データに基づき感光体を露光して現像剤にて現像することで画像を形成する画像形成装置であって、
現像剤を収容した交換可能な現像剤容器と、
前記現像剤容器から現像ユニットへ予め定められた補給量の現像剤を補給する現像剤補給手段と、
現像剤により画像を現像する交換可能な前記現像ユニットと、
前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知する現像剤検知手段と、
現像による現像剤消費量を画像データから算出する消費量算出手段と、
前記現像剤補給手段が最後に前記現像剤容器から現像ユニットへ現像剤を補給した時を基準とする、前記現像剤消費量の累積値を算出する累積消費量算出手段と、
前記消費量算出手段が算出した前記現像剤消費量を、記憶している前記現像剤容器内の現像剤残量から減じて前記現像剤残量を更新する現像剤残量算出手段と、
前記現像ユニットが交換されたことを検知する現像ユニット交換検知手段と、
前記現像ユニット交換検知手段が現像ユニットが交換されたことを検知した場合、前記現像ユニット内の現像剤の残量であるユニット残量の交換前後の差を算出する現像剤差分算出手段と、
前記現像剤残量算出手段が算出した前記現像剤残量を、前記差により補正する現像剤残量補正手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像剤差分算出手段は、前記現像剤補給手段が最後に現像剤を補給してから、前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知しなくなるまでに前記累積消費量算出手段が累積した前記現像剤消費量の累積値から、
前記現像剤補給手段が補給する現像剤の補給量を減じた値を、前記差として算出する、
ことを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。 - 前記現像ユニット交換検知手段は、前記現像剤補給手段が現像剤を補給してから、前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知しなくなるまでに前記累積消費量算出手段が累積した前記現像剤消費量の累積値から、
前記現像剤補給手段が補給する現像剤の補給量を減じた値が、閾値以上の時、現像ユニットが交換されたことを検知する、ことを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置。 - 前記消費量算出手段は、メモリに記憶された画像データから注目画素の画素値、及び、前記注目画素の周囲の画素の画素値を読み出し、
前記注目画素の画素値に最も大きい重み付けをして、前記周囲の画素の画素値に前記注目画素より小さい重み付けをして、重み付けされた前記注目画素と前記周囲の画素の画素値を合計することで、前記現像剤消費量を推定する、
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の画像形成装置。 - 前記現像剤残量補正手段は、
前記累積消費量算出手段が推定した前記現像剤消費量の累積値が前記補給量以上となった場合に、前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知している場合、前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知しなくなるまで、前記現像剤残量から前記現像剤消費量を減じない、
ことを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の画像形成装置。 - 前記現像剤残量補正手段は、
前記累積消費量算出手段が累積した前記現像剤消費量の累積値が前記補給量以上となる前に、前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知しなくなった場合、前記現像剤残量から前記差を減じる、
ことを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載の画像形成装置。 - 前記現像剤残量算出手段が算出した前記現像剤残量がゼロ以下になった場合に、
前記現像剤補給手段が前記現像剤容器から前記現像ユニットへ現像剤を補給しても、 前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知しない場合、
前記現像剤残量算出手段は、前記現像剤残量をゼロにする、
ことを特徴とする請求項5又は6記載の画像形成装置。 - 前記現像剤容器内の現像剤残量がゼロ以下になった場合に、前記現像剤補給手段が前記現像剤容器から前記現像ユニットへ現像剤を補給することで、
前記現像剤検知手段が前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知した場合、
前記現像剤残量算出手段は、前記現像剤が消費されても前記現像剤残量を更新しない、 ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記現像ユニット交換検知手段が新品の前記現像ユニットに交換されたことを検知した場合、
前記現像剤残量補正手段は、新品の前記現像ユニット内の現像剤残量から、前記現像剤補給手段が補給してから前記累積消費量算出手段が推定した前記現像剤消費量の累積値を減じた値を、前記現像剤残量に加えて前記現像剤残量を補正する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 複数の光源が主走査方向に平行に配列された露光手段の、主走査方向に対する傾き情報に基づき画像データの読み出し順を変更することで画像データの傾きを補正する傾き補正手段を有し、
前記累積消費量算出手段は、前記傾き補正手段が読み出し順を変更する前の画像データの配置に基づき前記現像剤消費量を推定する、
ことを特徴とする請求項1〜9いずれか1項記載の画像形成装置。 - 画像データに基づき感光体を露光して現像剤にて現像することで画像を形成する画像形成方法であって、
現像剤補給手段が、現像剤を収容した交換可能な現像剤容器から現像ユニットへ予め定められた補給量の現像剤を補給するステップと、
現像剤検知手段が、現像剤により画像を現像する交換可能な前記現像ユニット内の現像剤が所定量より多いことを検知するステップと、
消費量算出手段が現像による現像剤消費量を画像データから算出するステップと、
前記現像剤補給手段が最後に前記現像剤容器から現像ユニットへ現像剤を補給した時を基準とする、前記現像剤消費量の累積値を累積消費量算出手段が算出するステップと、
現像剤残量算出手段が、前記消費量算出手段が推定した前記現像剤消費量を、記憶している前記現像剤容器内の現像剤残量から減じて前記現像剤残量を更新するステップと、
現像ユニット交換検知手段が、前記現像ユニットが交換されたことを検知するステップと、
前記現像ユニット交換検知手段が現像ユニットが交換されたことを検知した場合、現像剤差分算出手段が、前記現像ユニット内の現像剤の残量であるユニット残量の交換前後の差を算出するステップと、
現像剤残量補正手段が、前記現像剤残量算出手段が算出した前記現像剤残量を、前記差により補正するステップと、を有することを特徴とする画像形成方法。
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