JP6056405B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)画像形成装置は、印刷した画像データの画素数などを蓄積して現像ユニット内のトナー量を推定する。そして、センサが現像ユニット内のトナー量を検出した検出信号と、推定されたトナー量の関係を散布図に打点(プロット)する(図ではX軸の右方向にいくほどトナー量が小さくなっている)。検出信号は現像ユニット内のトナー量が大きいほど大きい値を示すので、推定されたトナー量が少なくなるほどセンサ検出信号(以下、単に検出信号という)は小さくなる。したがって、打点の回帰直線は図示するように右下がりになる。
(2)トナー汚れが検出された場合、画像形成装置は検出信号を補正する(検出信号を小さくする)又は加工方法を変更する(後述する閾値を大きくする)ことでトナー量を実際よりも多くあると測定してしまうことを抑制する。補正方法は後述するが、例えば加工によりトナー量が少なくなるようにしたり、検出信号が低くなるように補正すればよい。補正により、測定精度の低下やトナー量が実際よりも多くあると誤検知してしまうことを抑制できる。
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。
I/O38は、入出力インタフェースであり、各種の周辺機器を接続することができる。I/O38は複数あるが図示を省略している、又は、I/O38にマルチプレクサを介して周辺機器が接続されている。I/O38には、トナー供給モータ41、各色のトナー供給クラッチ42、及び、各色の現像ユニット2A〜2Dの現像ユニットトナー検知センサ43が接続されている。
図6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ページの画像データは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ページ分のトナー消費量換算値の合計が、CMYK毎に得られる。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。
画素数のカウント値=1ページ内において濃度がゼロより大きい画素の個数
よって、画素数のカウント値は、例えば、ラインメモリの画素を順番に監視し、画素がゼロでなければカウンタを1つ大きくすることで求めることができる。
図7、8は現像ユニット内トナー検知部52による現像ユニット内のトナー量の検知について説明する図の一例である。図7は、光学式の現像ユニットトナー検知センサ43が現像ユニット内のトナー量を検知する構成について示した図の一例である。図7(a)ではトナー量が少なく、図7(b)ではトナー量が多くなっている。
図11は、現像ユニットトナー検知センサの汚れが検知Dutyに与える影響を説明する図の一例である。画像形成装置100が作動する時間が長くなっていくと、発光素子47と受光素子48に設置されている光を透過する検知面にトナーが付着し、発光素子47から発せられた光が、付着したトナーにより遮られる。このような現象をトナー汚れという。
黒丸:y = a1x + b1
白丸:y = a2x + b2
検知面が汚れていくと検知Dutyは増加する。したがって、同じトナー量に対する検知Dutyを測定すれば図12のように傾きが徐々に大きくなる。検知面の汚れによる変化量を近似式の傾きとした場合、現像ユニットを新たに交換した際の傾きa2を基準値とすれば、トナー汚れの可能性がある現像ユニット内にて求められた傾きa1の絶対値の方が小さい場合、検知面にトナー汚れが発生していると判定できる。さらに、傾きの差が大きければ大きいほど、センサ検知面の汚れが大きいことがわかる。
図13は現像ユニットの異常の検知について説明する図の一例である。例えば、傾きがゼロに近い場合、トナーを消費しているのにも関わらず、検知Dutyに変化がないことを示しているので、何らかの異常が発生していると考えられる。図13(a)に示すように、傾きa1がゼロに近い場合は、切片b1の値を用いて現像ユニット内の異常状を検出する。例えば、発光素子47のコネクタが抜けたなどの異常が発生した場合、受光素子48が受光できないため、測定された切片b1が切片b2の近傍に示される。つまり、傾きがゼロに近くかつ切片b1が切片b2が同程度の場合、センサ異常が発生したと判定することできる。
汚れ検出部62が現像ユニットトナー検知センサ43の検知面にトナー汚れが発生していると判定した場合、センサ信号補正部63が検知Dutyを補正する。補正には例えば以下の3つの方法がある。
(i) 図14(a)は検知Dutyの補正方法の一例を示す図である。これは、上記した検知信号の加工方法の変更に相当する。検知Dutyを決める閾値7-2は、センサ面が汚れていない状態で最適となる値に設定されている。しかし、センサ面が汚れてくると検出信号がLowであるにもかかわらず、Highと誤検知してしまうようになる。そこで、センサ信号補正部63は閾値7-2にオフセットを加え、新たに閾値7-1を設定する。すなわち、閾値を大きくすることで、検出信号の検知Dutyへの加工方法を変更できる。こうすることで、トナー汚れが発生しても、現像ユニット内のトナー量を多めに誤検知することを抑制できる。
(ii) 図14(b)は検知Dutyの補正方法の別の一例を示す図である。これは、上記した検知信号の補正に相当する。ここでは閾値を大きくするのでなく、現像ユニットトナー検知センサ43のセンサ感度を大きくする。センサ感度を大きくする前の検出信号が7-4である。センサ感度を大きくすることで、同じトナー量に対する検出信号7-4から検出信号7-3に低減することができ、誤検知となることを抑制できる。センサ感度を大きくすることで、受光素子48は発光素子47が照射した光を検出しやすくなるので、トナー量が同じでも検出信号を小さくできる(少ないトナー量が検出される)。この効果は、現像ユニット内のトナー量が少ないほど大きいため(トナー量が多いと感度を上げても光が検出されにくいため)、検出信号の最大値はあまり変化せず、最小値を小さくすることができる。よって、検出信号7-4から検出信号7-3に低減することができ、誤検知となることを抑制できる。
(iii) 図14(c)は検知Dutyの補正方法の別の一例を示す図である。これは、上記した検知信号の補正に相当する。検出信号にオフセットをかけることで(1より小さい値を乗じる)、検出信号の全体のレベルを変更してもよい。図14(c)では、補正前の検出信号7-6が、オフセットをかけることで検出信号7-5に低下している。これにより、トナー汚れが発生しても、現像ユニット内のトナー量を多めに誤検知することを抑制できる。
図15は、トナー汚れの検出と汚れの度合いに応じた補正量の決定について説明するフローチャート図の一例である。図15の処理手順は、例えば検知Dutyを検出するタイミングになるとスタートする。検知Dutyを検出するタイミングとは、例えば、画素カウントの総量、ベルト、又はローラの走行距離が所定値になったことである。
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
61 傾き検出部
62 汚れ検出部
63 センサ信号補正部
100 画像形成装置
Claims (10)
- 画像データに基づき感光体を露光する露光手段と、
前記感光体を現像剤にて現像する現像ユニットと、
現像剤により前記感光体に形成された画像を記録媒体に転写する転写手段と、
記録媒体に画像を定着させる定着手段と、を有する画像形成装置であって、
現像剤を収容した現像剤容器と、
前記現像剤容器から現像ユニットへ現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像ユニット内の現像剤を検知するセンサと、
現像ユニット内の現像剤量を前記センサの検出信号に基づき検知する現像ユニット内現像剤量検知手段と、
現像ユニット内の現像剤の現像剤消費量を推定する現像剤消費量推定手段と、
前記現像剤消費量が予め定められた前記現像剤消費量となる毎に、前記現像剤消費量に紐づけて前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検知した前記現像剤量を取得し、前記現像剤消費量又は前記現像剤消費量から求めた前記現像ユニット内の現像ユニット現像剤量に対する前記現像剤量の変化率を求める変化率検出手段と、
前記変化率と基準値とを比較して、前記センサに汚れが生じた否かを判定するセンサ汚れ判定手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記センサ汚れ判定手段が前記センサに汚れが生じたと判定した場合、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検出する前記現像剤量を補正する補正手段、
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記現像ユニット内現像剤量検知手段は、所定時間に対し前記検出信号の大きさが閾値より大きくなる割合から前記現像剤量を検知し、
前記補正手段は、前記センサ汚れ判定手段が前記センサに汚れが生じたと判定する前よりも前記閾値を大きくすることで、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検出する前記現像剤量を補正する、ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記補正手段は、前記検出信号に1より小さい値を乗じて、前記センサ汚れ判定手段が前記センサに汚れが生じたと判定する前よりも前記検出信号を小さくすることで、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検出する前記現像剤量を補正する、ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記センサ汚れ判定手段が前記センサに汚れが生じたと判定する前よりも前記センサの感度を大きくすることで、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検出する前記現像剤量を補正する、ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記補正手段は、前記変化率と前記基準値との差の大きさに応じて、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検出する前記現像剤量の補正量を可変にする、
ことを特徴とする請求項2〜5いずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記変化率検出手段は、前記現像剤消費量又は前記現像ユニット現像剤量に対する、複数の前記現像剤量のデータを散布図に打点し、一次式によって近似した際の該一次式の傾きを前記変化率とする、ことを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記変化率検出手段は、前記現像剤消費量又は前記現像ユニット現像剤量に対する複数の前記現像剤量のデータを散布図に打点し、一次式によって近似した際の該一次式の傾きと切片を求め、
前記基準値は、前記センサが汚れていない状態で、前記現像剤消費量又は前記現像ユニット現像剤量に対する複数の前記現像剤量のデータを散布図に打点し、一次式によって近似して求められた該一次式の基準傾きと基準切片であり、
前記センサ汚れ判定手段は、前記傾きが略ゼロであり、かつ、前記切片が前記基準切片と略等しい場合、前記センサの異常であると判定する、
ことを特徴とする請求項1〜7いずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記変化率検出手段は、前記現像剤消費量又は前記現像ユニット現像剤量に対する複数の前記現像剤量のデータを散布図に打点し、一次式によって近似した際の該一次式の傾きと切片を求め、
前記傾きが略ゼロであり、かつ、
前記切片が、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が前記現像剤量を検知する最小の前記現像ユニット現像剤量又は最大の前記現像剤消費量において、前記現像ユニット内現像剤量検知手段が前記基準傾きと前記基準切片を求める際に検出した前記現像剤量と略一致する場合、前記現像剤容器の現像剤が空であると判定する、
ことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。 - 前記変化率検出手段は、当該画像形成装置が工場からの出荷後、初めて使用される際、前記現像剤消費量が予め定められた前記現像剤消費量となる毎に、前記現像剤消費量に紐づけて前記現像ユニット内現像剤量検知手段が検知した前記現像剤量を取得し、前記現像剤消費量又は前記現像ユニット現像剤量に対する複数の前記現像剤量のデータを散布図に打点し、一次式によって近似した際の該一次式の傾きを前記基準傾き、切片を前記基準切片とする、ことを特徴とする請求項8又は9に記載の画像形成装置。
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