JP6324061B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置において、転写メモリによる画像濃度差を抑制するため、露光手段でトナー像を形成する部分以外の領域（非印字部）にもトナー像形成部を露光する際の露光量よりも弱い露光量で露光する方法が知られている。例えば特許文献１に記載されている技術である。以後、このトナー像形成部以外にも露光することをバックグラウンド露光と称する。

また、帯電ローラにＤＣ電圧を印加して感光体を帯電するＤＣ接触帯電方式において、高圧ユニットの小型化を狙って、帯電ローラに印加するＤＣ電圧を所定の値に固定する構成が用いられることもある。この際に、感光体の膜厚変化や使用環境の変化による帯電後の感光体表面電位の変化に対応するため、バックグラウンド露光を行うことも知られている（特許文献２参照）。

バックグラウンド露光の方法としては、ひとつには弱い光量で画像領域の全域を露光する手法（以下、アナログバックグラウンド露光と称する）がある。

また別の方法としては、単位領域あたりの露光時間を、トナー像形成部（印画部）に露光する時間よりも短い時間として、非印画部をバックグラウンド露光する手法（以下、デジタルバックグラウンド露光と称する）が知られている（特許文献３参照）。デジタルバックグラウンド露光は、露光手段に用いるレーザ素子の特性で、弱い光量で露光が行なえない時などに有効である。

また、トナー使用量を予測する方法として、露光手段に備えられたレーザ素子を制御するレーザドライバに入力される電気信号（ビデオ信号）をカウントするカウント手段を用いる方法が知られている。カウント手段は、予め定められた画像形成部内で特定の数だけビデオ信号をサンプルし、ビデオ信号がＯＮである数をカウントする。サンプル数とカウント値の比率から、印刷画像の印画率を計算し、トナー使用量を予測するものである。以下、上記方法を、ビデオカウントトナー使用量予測検知と称する。実際に、レーザドライバに入力される信号を直接計測するため、精度よくトナー使用量を検知が可能となる。（特許文献４参照）

特開２００８−８９９１ 特開２００２−２９６８５３ 特開平８−１９４３５５ 特許第４８２２５７８号

しかしながら、上記のデジタルバックグラウンド露光を搭載した画像形成装置において、上記ビデオ信号トナー使用量予測検知を行なうと、以下の課題が生じることがあった。

前記のカウント手段は、レーザドライバに入力されるビデオ信号がどのような信号であっても計測する。そのため、トナー像を形成しない非印画部に露光する際にレーザドライバに入力される信号も計測することになる。しかしながら、この非印画部への露光ではトナーを消費しない。そのため、ビデオカウントトナー使用量予測検知でトナー使用量を予測しようとしたとき、非印画部のビデオ信号の分を余計に計測してしまい、実際のトナー使用量よりも多いと検知することがあった。

よって、本発明の目的は、単位領域あたりの非印画部の露光時間を、単位領域あたりの印画部の露光時間よりも短くする画像形成装置において、露光を指示する電気信号によって現像剤の使用量を求めることである。

上記課題を解決するための本発明の代表的な構成は、
像担持体と、
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段で帯電された前記像担持体を露光することで静電潜像を形成する露光手段であって、像担持体の単位領域ごとに断続的な光の照射を行う露光手段と、
現像剤を収容する現像剤収容部を有し、前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、
前記露光手段に露光を指示する画像データに対応した電気信号を出力する信号出力部であって、現像剤像が形成される像担持体の印画部を露光させる第１信号と、現像剤像が形成されない像担持体の非印画部を露光する第２信号と、を出力する信号出力部と、を有し、
前記第２信号に基づく前記像担持体の単位領域あたりの露光時間が、前記第１信号に基づく前記像担持体の単位領域あたりの露光時間よりも短い画像形成装置であって、前記信号出力部から出力された電気信号が入力され、所定のタイミングでサンプリングを行って前記第１信号および前記第２信号をカウントし、前記第１信号のカウント値及び前記第２信号のカウント値を含むカウント値Ｙを出力するカウント手段と、
前記露光手段が露光する前記像担持体の露光領域の全てを前記第１信号のみによって露光した場合に前記カウント手段がカウントするカウント値をカウント値Ｚ、前記露光領域の全てを前記第２信号のみによって露光した場合に前記カウント手段がカウントするカウント値をカウント値ＢＧとした際に、前記カウント手段がカウントした前記カウント値Ｙ、前記カウント値Ｚ、及び、前記カウント値ＢＧに基いて前記現像手段による現像剤の使用量に対応するカウント値を求める演算を行う演算手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、単位領域あたりの非印画部の露光時間を、単位領域あたりの印画部の露光時間よりも短くする画像形成装置において、露光を指示する電気信号によって現像剤の使用量を求めることができる。

実施例１に係る画像形成装置の概略構成図である。 実施例１に係る画像形成装置の露光とビデオカウントのタイミングの形態を表した図。 実施例１に係る画像形成装置の露光とビデオカウントのタイミングの形態を表した図。 画像形成時のトナー使用量検知のフロー。 実施例２に係る画像形成装置の使用環境に応じて変化するバックグラウンド露光幅のテーブルを表したもの。 実施例２に係る画像形成装置の使用環境に応じて変化するＢＧの値のテーブルを表したもの。 画像領域を表した図。 実施例３に係る露光とビデオカウントのタイミングの形態を表した図

（実施例１）
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。以下に説明する実施例は、例示的に本発明を説明するものであって、以下に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれに限定するものではない。

＜画像形成装置の全体構成＞
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略断面を示す。本実施例の画像形成装置Ａは、画像情報に応じて電子写真方式にて記録媒体２４、例えば記録用紙、ＯＨＰシートなどに画像を形成するレーザービームプリンタとされる。又、本実施例の画像形成装置Ａは、詳しくは後述するように、プロセスカートリッジＢが着脱可能とされている。

画像形成装置Ａは、パーソナルコンピュータなどのホスト１００に接続されて用いられる。ビデオコントローラ３３は、ホスト１００からのプリント要求信号並びに画像データを処理し、露光手段（露光装置、露光ユニット）であるスキャナユニット３０内にあるレーザドライバ３１に画像データに応じた電気信号（ビデオ信号）を入力する。レーザドライバ３１は、入力されたビデオ信号に合わせてレーザ素子３２を発光制御することで、像担持体上に静電潜像を形成する。ビデオコントローラ３３は露光を指示する電気信号を出力する信号出力部である。

さらに、画像形成装置Ａは、像担持体である感光ドラム１と、感光ドラム１の表面を所定の電位に帯電する帯電ローラ２を有する。更に、感光ドラム１上に形成された静電潜像にトナー（現像剤）を供給することで潜像をトナー像（現像剤像）として現像する現像装置８を有する。

感光ドラム１は、外径約３０ｍｍの円筒形状で矢印の方向に１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で回転している。感光ドラムは潜像（静電潜像）およびトナー像が形成される像担持体（画像を担持する部材）である。

現像装置８は、トナーを感光ドラム１上の潜像に現像する現像ローラ５と、現像ローラ５上のトナー量を規制する規制部材である規制ブレード７とを有する。さらに現像装置８は、現像ローラにトナーを供給するトナー供給部材（現像剤供給部材）であるトナー供給ローラ６と、トナーを収容するトナー収容室（現像剤収容部）９から構成されている。

現像ローラはその表面にトナー（現像剤）を担持し、トナーを感光ドラム７上の潜像に供給する現像剤担持体である。現像ローラ５は現像工程では感光ドラム１と表面が同じ方向に回転するように当接回転する。また、現像ローラ６は、現像工程以外のときには、回転停止し、感光ドラム１と離間した状態となっている。トナーの平均粒径は６μｍ程度である。

帯電ローラ２は、感光ドラム１に圧接配置され従動回転している。また、感光ドラム１には、感光ドラム１上に形成したトナー像を記録媒体２４に転写する転写ローラ２０が当接されている。

さらに、感光ドラム１には、転写工程後に感光ドラム１に残留した転写残トナーを除去するためのクリーナユニット４が配備されている。クリーナユニット４は、感光ドラム１に接触配置されトナーを除去するクリーニングブレード３と、除去したトナーを収容する転写残トナー収容部１０から構成されている。

本実施例では、感光ドラム１と、現像装置８と、帯電ローラ２と、クリーナユニット４が一体で画像形成装置の装置本体から脱着可能なプロセスカートリッジＢとして構成されている。プロセスカートリッジＢには、使用した履歴やカートリッジの情報を記憶するための手段として不揮発性メモリ２６が搭載されている。なお装置本体とは、画像形成装置ＡからプロセスカートリッジＢを除いた部分を指す。

また、画像形成装置Ａには、記録媒体である紙などを収納する記録媒体収容部２５と、記録媒体収容部から紙をピックアップし搬送する記録媒体供給ユニット２２が、設けられている。また転写後に記録媒体上に乗っているトナー像を記録媒体に定着する定着手段２１が設けられている。

また、画像形成装置Ａには、画像形成装置が使用されている環境の温度と湿度を検知するために環境センサが設けられている。

＜画像形成プロセス＞
感光ドラム１は、帯電ローラ２によって一様に帯電される。一様に帯電された感光ドラム１は、露光手段であるスキャナユニット３０からのレーザ光Ｌにより露光され、その表面に静電潜像が形成される。その後、この静電潜像は、現像ローラ５によって現像剤が供給されて、トナー像として可視化される。

一方、記録媒体２４は記録媒体収容部２５から記録媒体供給ユニット２２により分離給送され、感光ドラム１へのトナー像の形成タイミングとの同期をとり、転写手段である転写ローラ２０と感光ドラム１との対向部（転写部）へと、記録媒体２４を送り出す。

こうして、可視化された感光ドラム１上のトナー像は、転写ローラ２０の作用によって記録媒体２４に転写される。トナー像を転写された記録媒体２４は、定着手段２１に搬送される。ここで、記録媒体２４上の未定着のトナー像は、熱、圧力よって記録媒体１４に定着される。その後、記録媒体２４は排出ローラ２３などにより機外に排紙される。

又、転写されずに感光ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニングブレード３により転写残トナーを感光ドラム１から掻き取り、廃トナー容器１０に収納する。クリーニングされた感光ドラム１は、上述と同様にして、を繰り返し画像形成に供される。

＜露光動作について＞
本実施例の構成では、出力を可変可能な電源ユニット（不図示）により帯電ローラ２、現像ローラ５には負極性のＤＣ電圧が印加されている。そして、バックグラウンド露光の露光を一定にしたまま、帯電ローラ２に印加するＤＣ電圧を可変させることで、使用環境が変化した場合や感光ドラムの膜厚が変化した際にも、感光ドラムの非印画部の表面電位が一定になるような制御を行っている。

次に、本実施例での露光方法について詳細に説明する。

感光ドラム１の回転方向と直交する方向に走査しながらレーザ照射を行なう。この感光ドラム１の回転方向の直交方向を以下、主走査方向と称する。レーザ発光のタイミングは、上記したようにビデオコントローラ３３からレーザドライバ３１に入力された信号によって制御される。本実施例では、６００ｄｐｉの画像解像度を達成するため、主走査方向に約４０μｍをひとつの単位領域（１ドット）として露光を行っている。また、１ドット内を約１００分割して発光を制御している。

図７に、感光ドラム１の表面上において画像を形成することが可能な画像形成部と、この画像形成部における印画部と非印画部を説明するための模式図（概念図）を示す。図はに感光ドラム表面の回転方向（表面移動方向）Ｒにおける展開図である。

本実施例の画像形成装置Ａでは反転現像方式を採用しているため、感光ドラム１において、トナー像が形成される印画部ｐ１、ｐ２（トナーが付着する部分）に露光を行っている。更に本実施例では、トナー像が形成されず、印画部の背景となる部分（非印画部ｎ１，ｎ２）にも露光を行っている。この非印画部ｎ１，ｎ２に対する露光によって、感光ドラム１を帯電した後の、非印画部ｎ１，ｎ２の電位を、バックグラウンド露光にて調整することができる。

以下の説明においては区別のために、印画部ｐ１、ｐ２に対する露光を特に印画露光とよび、非印画部ｎ１，ｎ２に対する露光をバックグラウンド露光（背景露光、非印画露光）と呼ぶこととする。印画部ｐ１と非印画部ｎ１を合わせた領域がトナー像を形成可能な領域、すなわち画像を形成するための画像領域Ａ１、Ａ２である。同様に印画部ｐ２と非印画部ｎ１を合わせた領域が画像領域Ａ２である。画像領域Ａ１，Ａ２は、印画露光もしくはバックグラウンド露光の何れかの露光がなされる露光領域でもある。

なお、画像領域と画像領域の間に挟まれることになる非画像領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はバックグラウンド露光される場合もあれば、バックグラウンド露光されない場合もある。画像形成装置Ａの構成等によって適宜選択されるものである。本実施例では、非画像領域Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３は露光されないものとする。つまり非画像領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は非露光領域とする。

また記録媒体の幅によっては、画像領域Ａ１の外側（幅方向Ｗの外側）の端部領域Ｃ１、Ｃ２も非画像領域となる。端部領域Ｃ１、Ｃ２も本実施理例では、露光せず非露光領域とした。しかし、端部領域Ｃ１、Ｃ２をバックグラウンド露光してもよい（端部領域Ｃ１、Ｃ２を露光領域に含めてもよい）。

トナー像を形成するときに印画露光する際は、１ドット（単位領域）あたり、少なくとも２０μｍ以上の幅を露光している。これは、感光ドラム１上にトナーを現像するのに必要な潜像を形成するためには、少なくとも２０μｍ以上の幅を露光する必要があるためである。

一方で、バックグラウンド露光を行なう際には、４μｍの幅で露光している。これによって、帯電ローラ２により帯電された感光ドラム１の表面電位を一定の量変化させている。しかし、バックグラウンド露光領域は、トナーによって現像されない（トナー像が形成されない）。

つまり、バックグラウンド露光による感光ドラム１の電位の変化量（絶対値の低下量）は、印画露光による変化量（絶対値の低下量）よりも少ない。そのためバックグラウンド露光した非印画部ｎ１，ｎ２には、現像ローラ５（図１参照）からトナーが転移せず、トナーが付着しない。

なお従来は、レーザの発光強度を印画露光よりも弱くした状態で、連続的に露光することでバックグラウンド露光を行っていた。これに対して本実施例では、露光においてレーザを断続的に発光させる方法を用いていることが特徴である。つまりバックグラウンド露光をする際、レーザ光量を弱くするのではなく、トナー像を形成するときの光量（印画露光と同じ光量）の状態でレーザを発光させつつ、発光時間を短くする（レーザによって露光する幅を短くする）。

このようにバックグラウンド露光と印画露光で露光時間が異なる結果、スキャナユニットはバックグラウンド露光のために、感光ドラム１の１ドット（単位領域）毎に断続的に露光をすることになる。

従来のバックグラウンド露光方法では、バックグラウンド露光において印画露光よりも、光量を弱くする必要があった。そのためレーザ素子には、バックグラウンド露光用の弱い光量から、トナー像形成時に用いる印画露光用の強い光量までの広い光量出力範囲（光量可変域）が必要となっていた。さらに、その光量範囲全域において精度も求められることから、高価なレーザ素子を用いる必要があった。

一方、本実施例では印画露光とバックグラウンド露光とでは、光量におおきな変化がないので、レーザ素子の光量可変域を限定することが可能となる。そのため比較的安価なレーザ素子を利用可能である。また、バックグラウンド露光でも強い光量で露光できる。感光ドラム１は一般に強い光量に対する感度特性の方が、弱い光量に対する感度特性より安定している。その観点でも本実施例の構成は利点がある。

＜トナー使用量検知＞
本実施例では、トナー使用量を検知するためにレーザドライバ３１に入力されるビデオ信号をカウント手段３４によって計測している。図１にあるように、ビデオコントローラ３３とレーザドライバ３１の間にカウント手段３４を設け、レーザドライバ３１に入力される信号を直接検知している。この方法にすることで、トナー消費に関係するレーザの発光を直接カウントすることができる。感光ドラム１に対してレーザ素子が発光すると、露光された感光ドラム１の領域に現像ローラ５からトナーが転移し、現像装置８に収容されたトナーが消費されることになる。レーザの発光を検知できれば、トナーの消費量（利用量）がわかり、その結果、現像装置８に収容されるトナーの残量もわかる。

従来のホストＰＣ１００から送られてくる画像情報からトナー使用量を算出する方法では、画像形成装置本体Ａで制御している定期的なトナー吐き出し動作や濃度検知制御などによるトナー使用量を検知することが困難であった。つまり、画像形成装置ＡはホストＰＣ１００から画像形成を指示された場合でなくても、キャリブレーション時等にトナーを消費することがある。しかしホストＰＣ１００から受ける画像情報からはそのようなトナー消費を検知できなかった。

この課題に対して、本実施例では、レーザドライバ３１に入力されるビデオ信号（露光を指示する電気信号）をカウント手段３４がカウントする。ホストＰＣからの指示による画像形成以外であっても、レーザの発光を確実に検知することができるため、その発光によって消費されるトナーの使用量も精度よく検知することが可能となる。

カウント手段３４は、ビデオコントローラ３３から入力されたビデオ信号がＯＮのときに計測し、その数を積算していく。

ただし、上記のように、レーザドライバ３１に入るビデオ信号を直接検知する方法では、上記したバックグラウンド露光でレーザを発光させるビデオ信号も検知することになる。バックグラウンド露光がなされても、トナーは消費されない。バックグラウンド露光を指示するビデオ信号もカウントして、そのカウント値をトナー使用量の算出に利用してしまうと、ビデオ信号に基づいて算出されるトナー消費量が実際のトナー消費量と異なってしまう可能性がある。

そのため、本実施例では以下に説明する方法でトナー使用量を算出することとしている。まず印画露光を指示するビデオ信号を第１信号とし、バックグラウンド露光を指示するビデオ信号を第２信号とする。そして本実施例では、カウント手段３４が第１信号および第２信号の両方をカウントしつつ、カウントされたカウント値から、第１信号のみのカウント値を演算で求める演算手段を備えたことを特徴とする。

本実施例のバックグラウンド露光は１ドットの１０％の幅で露光し、トナー像形成時の印画露光は１ドットの５０％以上の幅で露光している。カウント手段３４は１ドット内をランダムなタイミングでサンプリングを行ない、ビデオ信号がＯＮであるか否かを判断する。つまりカウント手段３４はドットごとにサンプリング（カウント）を行うタイミングが異なる。

カウント手段３４のサンプリング時間はバックグラウンド露光の発光時間よりも短く、カウント手段３４の検知状態がＨｉｇｈのときにビデオ信号がＯＮ状態になっていればカウントを行う。

図２は１ドットの１０％の幅でバックグラウンド露光を全ての露光領域（画像領域Ａ１とＡ２のこと：図７参照）で行った場合に、カウント手段３４が行うサンプリングを表したものである。７ドットのうち１ドットの発光が、カウント手段３４にカウントされている。カウント手段３４のサンプリングがランダムなタイミングで行われることにより、バックグラウンド露光されたドットの一部が発光しているドットとしてカウントされることになる。

印画画像の全ドットをサンプリングするなど、十分な数のサンプリングが行われる場合においては、バックグラウンド露光による発光がカウント手段３４にカウントされる割合は、１ドットにおいてバックグラウンド露光による露光幅が占める割合に比例する。したがって、本実施例のように１ドットの１０％幅でバックグラウンド露光している場合においては、非印画ドットの内の１０％のドットが発光したものとしてカウント手段３４にカウントされることになる。

つまりバックグラウンド露光（第２信号）がカウント手段３４にカウントされる割合は、印画露光（第１信号）がカウントされる割合よりも小さいものの、一定の割合（約１０パーセント）でかならずカウントされることになる。

実際にトナー像形成を行った場合は図３に示すように、バックグラウンド露光のためのビデオ信号（第２信号）と、トナー像形成時のビデオ信号（印画露光用の第１信号）が重なった最終ビデオ信号（電気信号）をカウントすることになる。カウント手段３４はトナーが消費されていない露光分（第２信号による露光分）もまとめてカウントしてしまうことになる。

例えば図３では、７ドット中、印画露光領域（ｐ１、ｐ２）となるドットが４ドットある（左から１、４，５，７ドット目）。バックグラウンド露光領域（ｎ１，ｎ２）となるドットが３ドットある（左から２，３，６ドット目）。そして、カウント手段３４は、全ての印画領域に加えて、非印画領域である左から７ドット目もカウントしているので、カウント数は５ドット分となる。つまり印画露光領域に相当するカウント数（４ドット分）よりも多くカウント手段３４はカウントしてしまっている。

上記課題を解決するため、カウント手段３４がカウントした値からバックグラウンド露光分のカウント値（第２信号のカウント値）の影響を除いて、トナー像形成を行った露光のカウント値（第１信号のカウント値）だけ取り出す方法について説明する。

トナー像形成を行った露光カウント（印画露光を指示する第１信号をカウントした値）をＸとする。そして、カウント手段３４が実際にカウントするカウント値をＹ（第１信号をカウントした値と第２信号をカウントした値を足し合わせた値）とする。

また、露光領域（Ａ１、Ａ２）の全てを印画露光した場合にカウント手段３４がカウントする値をＺ、露光領域（Ａ１、Ａ２）の全てをバックグラウンド露光した場合にカウント手段３４がカウントする値をＢＧとする。

ここで求めたい値Ｘ（印画露光を指示する第１信号のみのカウント値）は、Ｙ（第１信号と第２信号の両方を含んだカウント値）からバックグラウンド露光によってカウント手段３４がカウントする値（第２信号のカウント値）を引いたものである。そのため以下の式であらわすことができる。

Ｘ＝Ｙ−ＢＧ・（Ｚ−Ｘ）／Ｚ （式１）
この式をＸだけの形であらわすと
Ｘ＝Ｚ・（Ｙ−ＢＧ）／（Ｚ−ＢＧ） （式２）
となる。

Ｘ：印画露光（第１信号による露光）のカウントに相当するカウント値（後述する演算手段（ＣＰＵ３５）が求めるカウント値）
Ｙ：カウント手段３４が実際にカウントしたカウント値（第１信号および第２信号のカウントが含まれるカウント値）
Ｚ：露光領域がすべて印画部であった場合にカウント手段３４がカウントするカウント値（露光領域の全てを第１信号のみによって露光した場合のカウントに相当するカウント値。既知の値）
ＢＧ：露光領域がすべて非印画部であった場合にカウント手段３４がカウントするカウント値（露光領域の全てを第２信号のみによって露光した場合のカウントに相当するカウント値。既知の値）
ＺとＢＧは露光領域（Ａ１、Ａ２）の大きさできまる値である。つまり画像領域の大きさを決める用紙サイズ（図７に示す幅Ｗや長さＬ）によって決まる値なので、あらかじめ用紙サイズごとの値を記憶しておけばよい。上記式（２）を用いることで、トナー像形成を行った露光のカウントだけ取り出すことが可能になる。

なお、式（１）の導出方法について、以下に説明する。

第１信号に起因するカウント値は、印画露光がされる領域の面積に比例する。そして、露光領域（Ａ１、Ａ２）のすべてを印画露光した分のカウント値がＺであり、露光領域（Ａ１、Ａ２）のうち印画部ｐ１、ｐ２のみに印画露光した分のみのカウント値がＸである。

露光領域（すなわち画像領域Ａ１、Ａ２）と、印画露光がされた印画露光領域（すなわち印画部ｐ１、ｐ２）との面積比は、ＺとＸを用いて、以下のように表せる。

露光領域（Ａ１、Ａ２）：印画露光領域（印画部ｐ１、ｐ２）＝Ｚ：Ｘ
そして、露光領域（Ａ１、Ａ２）から、印画露光領域（ｐ１、ｐ２）を除いた部分が、バックグラウンド露光がされるバックグラウンド露光領域である。このバックグラウンド領域は非印画部ｎ１，ｎ２に相当する（図７参照）。露光領域（Ａ１、Ａ２）と、バックグラウンド露光領域（非印画部ｎ１，ｎ２）の面積比は、以下のようになる。

露光領域（Ａ１、Ａ２）：バックグラウンド露光領域（非印画部ｎ１，ｎ２）
＝Ｚ：Ｚ−Ｘ
つまりバックグラウンド露光されるバックグラウンド露光領域（非印画部ｎ１，ｎ２）の面積は、印画露光とバックグラウンド露光のいずれかがされる全ての露光領域（Ａ１、Ａ２）の面積に対して、（Ｚ−Ｘ）／Ｚの割合を占める。

そして、露光領域（Ａ１、Ａ２）の全域をバックグラウンド露光した場合のカウント値がＢＧである。そのため露光領域（Ａ１、Ａ２）の（Ｚ−Ｘ）／Ｚをバックグラウンド露光した場合には、バックグラウンド露光によるカウント値Ａは、以下のようになる。

Ａ＝ＢＧ・（Ｚ−Ｘ）／Ｚ （式３）
Ａ：バックグラウンド露光（第２信号による露光）のカウントに相当するカウント値
カウント手段３４が実際にカウントするカウント値Ｙは、トナー像を形成するための印画露光に起因するカウント値Ｘと、トナー像を形成しないバックグラウンド露光に起因するカウント値Ａを足し合わせたものである。したがって、
Ｙ＝Ｘ＋Ａ
である。この式を変形すると、以下のような計算によって、式１が求まる。

Ｘ＝Ｙ−Ａ＝Ｙ−ＢＧ・（Ｚ−Ｘ）／Ｚ （式１）：再掲
そして、この式（１）を更に変形してＸを求める式としたのが式２である。

Ｘ＝Ｚ・（Ｙ−ＢＧ）／（Ｚ−ＢＧ） （式２）：再掲
つまり式２に基づいて、演算手段であるＣＰＵ３５（図１）が、印画露光（第１信号による露光）によるカウント値Ｘを求めるものである。なお式２を見るとわかるように、ＣＰＵ３５が求めるカウント値Ｘは、カウント値Ｙを変数とした一次関数で求められる。

つまり式２を変形すると以下のようになる。

Ｘ＝ＤＹ−Ｅ （式４）
ただし
Ｄ＝Ｚ／（Ｚ−ＢＧ）＞０
Ｅ＝Ｚ・ＢＧ／（Ｚ−ＢＧ）＞０
である。

以下に、例として、レターサイズ（２１５．９ｍｍ×２７９．４ｍｍ）の用紙に５％の印画率（印字率）の画像を印刷する場合について記述する。６００ｄｐｉの解像度においてレターサイズの全ドット数は３３６６００００ドットなので、Ｚ＝３３６６００００となり、ＢＧはＺの１０％に相当するので、ＢＧ＝３３６６０００となる。５％印画をした場合１６８３０００ドットが像形成に使われるドットであり、残りの３１９７７０００ドットにバックグラウンド露光が行われる。したがって
Ｙ＝１６８３０００＋３１９７７０００×０．１＝４８８０７００
となる。これを前述の式２に当てはめると
Ｘ＝１６８３０００
と求めることができ、バックグラウンド露光の影響を除いた、印画露光に相当するカウント値を求めることができる。

次に、画像形成時のトナー使用量検知の具体的なフローについて、図４に基づいて説明する。プリント信号が入力されると（Ｓ２０１）、カウント手段３４がサンプリングを開始する（Ｓ２０２）。カウント手段３４は、ビデオコントローラ３３からレーザドライバ３１に入力されるビデオ信号を計測する（Ｓ２０３、Ｓ２０４）。カウント手段３４は、画像エンドの情報を受けると（Ｓ２０５）、サンプリングを終了する（Ｓ２０６）。

カウント手段３４が計測（カウント）した値Ｙから式２（式４）を用いて、演算手段であるＣＰＵ３５はＸを算出し、画像イメージ１枚毎に集計する。そして、ＣＰＵ３５はＸを、画像形成装置本体に搭載されたメモリ３６に一旦、記憶する（Ｓ２０７）。プロセスカートリッジに搭載された不揮発メモリ２６には、それまでに蓄積されたビデオカウントの積算値Ｖと、予め定められたビデオカウントの閾値Ｔが格納されている。閾値Ｔは白抜け画像等の画像不良が発生しないトナー残量により予め設定された値であり、事前にＣＰＵ３５を介して読み出され、メモリ３６に保持されている。ＣＰＵ３５は、蓄積されたカウント値Ｖに、今回の画像形成でカウントされた値Ｘを足した積算値Ｗを算出する（Ｓ２０８）。この積算値Ｗが、トナーの使用量に対応する値である。

その積算値Ｗと予め定められた閾値Ｔとを比較して（Ｓ２０９）、閾値Ｔを超えている時（Ｓ２０９−Ｙｅｓ）には画像形成装置に予め備えられた表示部３７を介して、トナー無を報知する（Ｓ２１１）。閾値を超えていない時（Ｓ２０９−Ｎｏ）は、プリント信号があれば（Ｓ２１０−Ｙｅｓ）、再度、同じプロセスを実施する。プリント信号がなければ終了し（Ｓ２１０−Ｎｏ）、積算値Ｗと閾値Ｔの値から見積もったトナーの残量を、表示部３７を介して報知する。

このようにして、画像形成装置ＡのＣＵＰ３５はトナー使用量を検知し、トナー有無を判断している。そしてトＣＵＰ３５はナー使用量に関する情報（トナー残量）を報知している。

最後に上記で説明した本実施例の特徴をまとめる。

カウント手段３４がビデオ信号をカウントしたカウント値Ｙは、第１信号（印画露光用の信号）のカウント値Ｘだけでなく、第２信号（バックグラウンド露光用の信号）のカウント値Ａも含めた値である。

つまり発光がカウント手段３４にカウントされる確率は、１ドットあたりにおいて、電気信号が発光を指示している時間（ＯＮになっている時間）の長さに比例する。第２信号のＯＮ時間は、第１信号のＯＮ時間よりも短く、第２信号がカウントされる割合（確率）は、第１信号がカウントされる割合（確率）よりも小さい。しかしながら、サンプリング数を十分に大きくした場合には、第２信号も一定の割合でカウントされることになる。

そのためトナー消費量を求めるためには、カウント値Ｙから、カウント値Ｘを求める必要がある。

そこで、本実施例では、第１信号のカウントに相当するカウント値Ｘを、式２（式４）に基づきカウント値Ｙから求めている。カウント値Ｘは、カウント値Ｙを変数とする一次関数として求まるものである。

そしてカウント値Ｘは、トナー消費量にも対応する値である。したがって、ＣＰＵ３５はカウント値Ｘからトナー消費量を検出（算出）可能である。またあらかじめ現像装置８のトナー収容室に収容されていたトナー量が、メモリ２６等に記憶されていれば、トナー残量を検出（算出）することも可能である。

以上のような制御を行うことにより、背景部（非印画部）に対してバックグラウンド露光を行った場合においても、画像形成装置Ａは現像装置８やプロセスカートリッジＢが、残りどれだけ使用できるかより正確に判断することができる。

たとえば、画像領域の全てをバックグラウンド露光して連続して画像形成動作を行った場合、つまり印画を行わない画像（記録媒体の全面が白くなる全白画像）を連続して形成した場合、トナー消費はほぼ０である。その一方、カウント手段は、第２信号（バックグラウンド露光用の信号）をカウントすることになる。しかしながら、本実施例では、カウント手段によるカウント値Ｙから、バックグラウンド露光用の信号の影響（カウント値Ａの影響）を除いたカウンタ値ＸをＣＵＰ３５が求めている。すなわちＣＰＵ３５がカウンタ値Ｘから算出するトナー使用量は０のままであり、画像形成を繰り返したとしても画像形成装置Ａは使用量の増加や、トナー残量の低下を報知することはない。報知される使用量や残量は変化しない。

そのため報知手段としてのＣＰＵ３５は、表示部３７やホストＰＣ１００に、トナー使用量（トナー残量）をより正確に報知できる。

あるいはトナー使用量に応じて、画像形成時の各種条件（現像ローラに印加する電圧値など）を適宜変更することも容易となる。

なお本実施例では図７に示す非画像領域Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３や端部領域Ｃ１、Ｃ２はバックグラウンド露光しなかった。しかし非画像領域Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３や端部領域Ｃ１、Ｃ２もバックグラウンド露光するのであれば、Ａ１，Ａ２、Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３、Ｃ１，Ｃ２を露光領域とすればよい。そして露光領域となる領域Ａ１，Ａ２、Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３、Ｃ１，Ｃ２に基づいて、式１におけるＺやＢＧ（すなわち式４におけるＤやＥ）を定めておけば、本実施例同様にトナー使用量を検知可能である。すなわち露光領域の大きさにあわせて、ＺやＢＧ（ＤやＥ）を定めておけば、トナー使用量（トナー残量）を検知可能である。

露光領域の大きさ（バックグラウンド露光の条件）に適合するＺやＢＧの値（すなわちＤやＥの値）をメモリ３６やメモリ２６（図１参照）等にあらかじめ記憶しておけばよい。

（実施例２）
次にプロセスカートリッジの使用状況に応じて、バックグラウンド露光の露光幅を可変させる構成について説明する。基本的な構成（画像形成装置全体構成や画像形成プロセスの概要）は実施例１と同一なので、説明は省略し、異なる点について説明する。

＜露光動作について＞
本実施例の構成では、不図示の電源ユニットから帯電ローラ２には−１０００Ｖ、現像ローラ５には−４００Ｖで固定された電圧が印加されている。この電圧値で固定することで、電気部品を最小限にすることが可能となり、電源ユニットの小型化が可能となっている。

実施例１の構成とは異なり、使用環境が変化した際にも、感光ドラム１の表面電位を一定に保つために、１ドットあたりの、バックグラウンド露光の露光幅を変える制御を行う。つまり画像形成装置Ａが使用される環境に応じて、１ドット（単位領域）あたりをバックグラウンド露光（第２信号による露光）が露光する露光時間を変えるようにしている。

例えば、実施例１ではバックグラウンド露光幅は１ドットの１０パーセント程度（４μｍ）で固定であったが、本実施例では環境の絶対水分量（絶対湿度）が高くなるにしたがって４μｍよりもよりも長い幅をバックグラウンド露光する。言い換えると、絶対水分量が高くなるにしたがって、第２信号による単位領域当たりの露光時間が長くする。

使用環境の検知は画像形成装置の装置本体が備える環境センサにより行われ、環境センサが測定した絶対水分量に応じてバックグラウンド露光の露光幅を変える制御を行う。本実施例においては図５に示すように、５つのゾーンに分けられた環境テーブルを持ち、そのゾーンに対応するバックグラウンド露光幅が設定されている。このような制御を行うことで、環境によって帯電ローラ２により帯電された後の感光ドラム１の表面電位を一定にすることが可能になる。本実施例においては環境をゾーンで分けているが、詳細な制御を行う必要がある場合には絶対水分量の値から計算してもよい。また環境制御に用いるパラメータは絶対水分量でなく温度または湿度（相対湿度）で行っても良い。

本実施例では、湿度（相対湿度や絶対湿度であらわされる空気中の水分量）が高くなるほど、ＢＧを大きくする（Ｄ，Ｅを大きくする）。しかしこれに限るものではなく画像形成装置Ａの構成にあわせて種々の応用が可能である。

＜トナー使用量検知＞
実施例１との違いについてのみ記載する。本実施例の構成においては使用環境により、バックグラウンド露光の露光幅を可変させている。したがって、露光領域の全てを印画露光した場合や露光領域の全てをバックグラウンド露光した場合にカウント手段３４がカウントする値（前述のＢＧ）が使用環境で変わることになる。環境によって区分される５つのゾーンごとにあらかじめＢＧの値を設定する。

図６はその一例として、レターサイズの画像形成を行う場合のＢＧの値をそれぞれの環境ゾーンにおいて設定したものである。これらのＢＧを用いて式２において、使用環境に応じてＸの算出が行われる。同様に式４においては、使用環境が変わればＢＧから求まる定数Ｄや定数Ｅを異なる値にしてＸを求める。

これ以降のトナー使用量検知フローは実施例１と同じなので説明を省略する。

（実施例３）
本実施例ではカウント手段３４によるカウントのタイミングを実施例１とは異ならせた構成について説明する。

実施例１では、カウント手段３４がカウントするタイミングがランダムであったが略１ドットあたり１回のタイミングでサンプリングが行われていた（図３参照）。

これに対して、本実施例では図８に示すようにカウント手段３４がカウントするタイミングが周期的である一方で、カウントするタイミングが１ドット１回よりも遅いペースである。図８では、約１、２ドットあたり１回のペースでカウント手段３４はカウントしている。

ビデオ信号の周期（１ドットあたり１回の周期）はごく短い時間である。そのためカウント手段３４の性能によっては、ビデオ信号の周期に間に合うようにカウントできない。この場合には、図８のように、ビデオ信号の周期（発光の周期）よりもカウント手段３４のカウント周期が長くなる。

この場合カウント手段３４が全くカウントしないドットが生じることになる（図８においては左から２ドット目）。しかし、カウント手段３４がカウントできないドットがある場合であっても、カウント手段３４によるサンプリング数が十分に大きいのであれば、カウント手段によるカウント値Ｙ（実施例１の式（１）参照）は、実際に露光に対応した値となる。

つまりサンプリング数が十分に大きければ、一定の割合でカウントしないドットが含まれていたとしても（サンプリングされるドットが一部だとしても）、統計的にほぼ正確なカウント値を得られる。

つまり本実施例の構成にかぎらずカウント手段３４は、統計的に必要とされる程度のドットをカウントすればよい。

また本実施例においてもそれぞれのドットにおいて、カウント手段３４がビデオ信号をカウントするタイミングが異なり、一定の割合でバックグラウンド露光のための第２信号をカウントしてしまう。しかし本実施例でも式２（式４）に基づいて、第１信号（印画露光用の信号）のカウントに相当するカウント値Ｘを求めることが可能となる。本実施例で求められるカウント値Ｘも、統計的に第１信号のカウントに十分に対応した値とすることができる。

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
８ 現像装置
９ トナー収納容室
３０ スキャナユニット
３３ ビデオコントローラ
３４ カウント手段
３５ ＣＰＵ
Ａ 画像形成装置

Claims (12)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段で帯電された前記像担持体を露光することで静電潜像を形成する露光手段であって、像担持体の単位領域ごとに断続的な光の照射を行う露光手段と、
   現像剤を収容する現像剤収容部を有し、前記静電潜像を現像剤によって現像する現像手段と、
   前記露光手段に露光を指示する画像データに対応した電気信号を出力する信号出力部であって、現像剤像が形成される像担持体の印画部を露光させる第１信号と、現像剤像が形成されない像担持体の非印画部を露光する第２信号と、を出力する信号出力部と、を有し、
   前記第２信号に基づく前記像担持体の単位領域あたりの露光時間が、前記第１信号に基づく前記像担持体の単位領域あたりの露光時間よりも短い画像形成装置であって、前記信号出力部から出力された電気信号が入力され、所定のタイミングでサンプリングを行って前記第１信号および前記第２信号をカウントし、前記第１信号のカウント値及び前記第２信号のカウント値を含むカウント値Ｙを出力するカウント手段と、
   前記露光手段が露光する前記像担持体の露光領域の全てを前記第１信号のみによって露光した場合に前記カウント手段がカウントするカウント値をカウント値Ｚ、前記露光領域の全てを前記第２信号のみによって露光した場合に前記カウント手段がカウントするカウント値をカウント値ＢＧとした際に、前記カウント手段がカウントした前記カウント値Ｙ、前記カウント値Ｚ、及び、前記カウント値ＢＧに基いて前記現像手段による現像剤の使用量に対応するカウント値を求める演算を行う演算手段と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記カウント手段が第２信号をカウントする確率は、前記第１信号をカウントする確率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記演算手段は、前記カウント手段がカウントした前記カウント値Ｙから、前記第１信号のカウント値に相当するカウント値を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１信号のカウント値に相当するカウント値は、前記カウント手段がカウントした前記カウント値Ｙを変数とする一次関数で求められることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成装置の使用環境に応じて、前記第２信号が前記単位領域あたりを露光させる露光時間は変更されるものであって、
   前記演算手段は、前記使用環境に応じて前記一次関数で用いられる定数の値を変更することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記第１信号のカウント値に相当するカウント値をＸとして、
   前記一次関数は、Ｘ＝ＤＹ−Ｅ（Ｄ＞０、Ｅ＞０）と表すことができ、
   前記使用環境における空気中の水分量が大きくなるほど、前記Ｄおよび前記Ｅも大きくすることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記演算手段は、前記カウント手段がカウントした前記カウント値Ｙから、以下の式により前記第１信号のカウント値に相当するカウント値を求めることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
   Ｘ＝Ｚ・（Ｙ−ＢＧ）／（Ｚ−ＢＧ）
   Ｘ：前記演算手段が求めるカウント値
8. 前記画像形成装置の使用環境に応じて、前記第２信号が前記単位領域あたりを露光させる露光時間は変更されるものであって、
   前記演算手段は、前記使用環境に応じて前記ＢＧとして異なる値を使用することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記使用量に関する情報を報知することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記画像形成装置は、
    前記演算手段により求められた現像剤の使用量、もしくは前記使用量から求まる前記現像剤収容部に収容される現像剤の残量を報知する報知手段を備え、
    印画を行わない画像形成動作を連続して行った場合に前記報知手段が報知する現像剤の残量または使用量が変化しないことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記カウント手段は、前記単位領域ごとにカウントを行うタイミングが異なることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記演算手段は、前記カウント手段から出力される前記カウント値Ｙに基づき前記第２信号による露光の影響を除くよう演算することで、前記現像手段による現像剤の使用量を求めることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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