(57)【要約】【課題】画像パターンに影響されることなくトナー消費量あるいは残量さらには廃トナー量を精度よく予測することが可能な構成を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】画素情報に基づき形成される印刷ドットのうちで注目ドットとこれに近接する１つ以上の度とに１：１に対応する重み係数に基づく演算用データと複数の走査ラインからの現像剤の消費量を算出する消費量算出手段２を備え、該消費量算出手段２は、注目ドットおよび近接するドットの値の乗算値の算出、乗算値の合算による注目ドットでの消費量の算出、前ドットでの消費量の総和による画像形成に用いられる累積消費量の算出および累積消費量が規定値以上であるかどうかを判断して画像パターンの違いによるドット値と消費量との相関を適正化してトナー消費量を予測することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像情報を発光制御信号に変換する手段と、発光制御信号に基づいて光を順次走査させて感光体上に照射する手段を有し、照射された光で感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段の現像剤により可視化した後、記録材に転写および定着を行う画像形成装置であって、
入力された画像に対応した値を持つ印刷ドットの配列で表される発光制御信号の走査ライン情報を記憶する記憶手段と、
注目ドットおよび注目ドットに近接する１つ以上のドットに１対１に対応する重み係数を演算用データとして記憶する記憶手段と、
演算用データと複数の走査ライン情報を用いて演算を行い、現像剤の消費量を算出する消費量算出手段とを備え、
前記消費量算出手段は、
（ａ）前記注目ドットおよび前記注目ドットに近接する１つ以上のドットについて、各々に対応する重み係数と印刷ドットの値の乗算値を求めること、
（ｂ）それらの乗算値を合算したものを注目ドットにおける現像剤の消費量として算出すること、
（ｃ）全ドットの消費量を積算することにより、画像形成による現像剤の累積消費量を求めること、
（ｄ）（ｃ）で求めた現像剤の累積消費量が規定値以上か否かを判定すること、
の処理ステップが設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記消費量算出手段は、前記の（ａ）〜（ｂ）のステップを実行した後に、
（ａ−１）前記記憶手段に演算用データとして予め設定された上限値から、前記（ｂ）のステップで得られた値を減算すること、
（ｂ−１）（ａ−１）で得られた値が正ならば、（ａ−１）で得られた値を現像剤の消費量とすること、
（ｃ−１）（ａ−１）で得られた値が０あるいは負ならば、予め設定された上限値を現像剤の消費量とすること、
のステップを含み、（ａ−１）〜（ｃ−１）のステップを実行後に前記（ｃ）、（ｄ）のステップを実行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記消費量算出手段は、前記（ａ−１）〜（ｂ−１）のステップを実行した後に、
（ａ−２）前記（ｂ−１）のステップで得られた値から、前記記憶手段に演算用データとして予め設定された閾値を減算すること、
（ｂ−２）減算後の値が正ならば、減算後の値を注目ドットにおける現像剤の消費量とすること、
（ｃ−２）減算後の値が０あるいは負ならば、注目ドットにおける現像剤の消費量を０とすること、
のステップを含み、（ａ−２）〜（ｃ−２）のステップを実行後、前記（ｃ）、（ｄ）のステップを実行することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記消費量算出手段には、使用環境ごとに複数の演算用データが用意されており、画像形成時の条件に合致する演算データを用いて消費量算出を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記消費量算出手段には使用状況ごとに異なる演算用データが用意されており、画像形成時の条件に合致する演算データを用いて消費量算出を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像形成部、非画像形成部で消費される現像剤の量を独立に算出する画像形成装置であって、
画像部の現像剤消費量は、前記（ａ）〜（ａ−２）、（ｂ）〜（ｂ−２）、（ｃ）〜（ｃ−２）、（ｄ）のいずれかのステップに基づき前記消費量算出手段により算出され、
前記消費量算出手段は、画像部と非画像部の消費量の和によって現像剤の累積消費量を予測することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記消費量算出手段は、非画像部の現像剤消費量を、使用環境によって一意に決定される演算データを用いて算出することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記消費量算出手段は、非画像部の現像剤消費量を、使用状況によって一意に決定される演算データを用いて算出することを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記画像形成部には着脱可能なプロセスカートリッジを備え、
該プロセスカートリッジには、前記現像剤の累積消費量を記憶するための記憶手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記画像形成部は、複数色に対応した画像形成が行える構成とされ、各色の画像形成部には色毎の現像剤がそれぞれ充填されたプロセスカートリッジを備えられ、
該複数のプロセスカートリッジは、それぞれ前記演算用データが各色独立に設定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像形成部には現像剤収容部が設けられ、該現像剤収容部には、収容されている現像剤の有無を検出するセンサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
入力された画像情報を発光制御信号に変換する手段と、発光制御信号に基づいて光を順次走査させて感光体上に照射する手段を有し、照射された光で感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段の現像剤により可視化した後、記録材に転写および定着を行う画像形成装置であって、
記録材に転写されず像担持体上に残留している現像剤を収容する回収室を有し、
入力された画像に対応した値を持つ印刷ドットの配列で表される発光制御信号の走査ライン情報を記憶する記憶手段と、
注目ドットおよび注目ドットに近接する１つ以上のドットに１対１に対応する重み係数を演算用データとして記憶する記憶手段と、
演算用データと複数の走査ライン情報を用いて演算を行い、現像剤の消費量を算出する消費量算出手段とを備え、
前記消費量算出手段は、
（ａ）前記注目ドットおよび前記注目ドットに近接する１つ以上のドットについて、各々に対応する重み係数と印刷ドットの値の乗算値を求めること、
（ｂ）それらの乗算値を合算したものを注目ドットにおける現像剤の消費量として算出すること、
（ｃ）全ドットの消費量を積算することにより、画像形成による現像剤の累積消費量を求めること、
の処理ステップが設定され、前記消費量算出手段で得られた計算結果を用いて前記現像剤の回収部に収容される現像剤量を予測することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記画像形成部には、転写後に回収される現像剤の回収部が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記現像剤の回収部には、現像剤満杯状態を検知可能な検知手段が設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、さらに詳しくは、トナーの消費量および廃棄されるトナーの量を予測するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体として用いられる感光体上に形成された静電潜像に対して現像装置から供給されるトナーにより可視像処理が行われ、可視像とされたトナー像を記録紙などの記録媒体に転写した後定着することで複写出力をあることができる。
【０００３】
可視像処理に用いられるトナーは、画像濃度安定のために一定した濃度を維持するようになっている。トナーは、モノクロ画像を対象とするものだけでなく、フルカラー画像を対象として複数種類のトナーもある。このため、各色において消費されるトナーの量も異なる場合があり、トナー補補給部の交換時期などを知る上でトナーの消費量あるいは残量を予め認識できるようにすることが望まれている。
【０００４】
近年の画像形成装置においては、デジタル処理により画像の解像度を画素密度変換を用いて得られるようになっており、低解像度から高解像度に至る入力情報に対応した画像を形成できるようになってきている。  
そこで、トナーの消費量あるいは残量を、画素データを用いて予測する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
特許文献１には、ドットを形成する個々の印刷ドットの値をカウントし、そのカウント数がトナー消費量と比例するとしてトナー消費量を割り出す方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、印刷ドットが連続する数に応じて、現像剤消費量を補正する係数を複数用意し、１画面の画素数と該補正係数を乗算して、該消費量を順次加算し、得られた消費量を装置に対して着脱可能なプロセスカートリッジ側に備えられている記憶手段に記憶しておく方法が開示されている。
【０００７】
一方、近年では、省エネルギー化の観点からトナーの消費量自体を抑えることも望まれてきており、単にトナーの消費量を割り出すことに限らず、消費量を抑えるための処理も提案されている（例えば、特許文献３，４）。
【０００８】
特許文献３には、画像データの注目画素と周辺画素とのパターンにより注目画素と周辺側との間の関わり具合に基づき、印字するデータ量を削減できるかを判断し、トナーセーブモードが指定されている場合には、連続画素の一部を間引いて印刷することによりトナーの消費量を低減させる方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、不揮発性メモリを有するリサイクル可能なカートリッジに、１画素当りのトナー消費量と、トナーセーブモードでのトナー消費量補正値の場合を含め、演算して求めたトナー残量を表示する方法が開示されている。
【００１０】
一方、トナーの消費量あるいは残量を予測する手法が適用できる場合として、転写後感光体上に残留するトナーが回収されて廃棄されるトナーの量を予測する場合がある。
【００１１】
つまり、転写後、感光体上に残留するトナーはクリーニング工程によって感光体上から除去され、除去された廃トナーが容器などの回収部に取り込まれる場合があるが、回収部に貯留される廃トナーの量を適正に判断できないと、回収部から溢れて画像形成装置内を汚染する虞がある。従来、回収部での配置ナーの満杯状態を検知する構成として、光学センサによる光透過を用いた検知手段が知られている。しかし、光透過部が汚損されているような場合には、適正な満杯状態の検出判断ができず、結果として、回収部が満杯でないにも拘わらず、満杯状態にあるとして誤検知したり、この現象を解消するためのクリーニング部材などを設けるために過剰な設備投資が必要となる。
【００１２】
そこで、検知手段を設けなくても回収部での満杯検知を消費されたトナーの量から判断することが望まれる。
【００１３】
従来、廃トナーの満杯状態を割り出す方法として、印字画素を積算し、その積算値に基づき廃トナー収容量を判定する方法、つまり、感光体の現像に用いられるトナー量に相当するトナー消費量の情報を利用して廃トナー収容量を予測する方法（例えば、特許文献５）、あるいは、１ページ分の画像情報を複数の領域に分割し、領域毎の印刷画素に応じたトナー消費量を求め、各トナー消費量を加算することで１ページ分のトナー消費量を割り出して廃トナー量を予測する方法（例えば、特許文献６）、さらには、紙サイズ信号や印字率および転写効率に関するデータから廃トナー量を予測する方法や印刷枚数、感光体開店時間あるいは書込時間に基づくデータにより廃トナー量を予測する方法が提案されている（例えば、特許文献７，８）。
【００１４】
【特許文献１】特開昭５８−２２４３６３号公報
【特許文献２】特開昭１０−２３９９７８号公報
【特許文献３】特開２００３−２７１０１６号公報
【特許文献４】特開２００３−０９１２１８号公報
【特許文献５】特開２００３−２７０９６３号公報
【特許文献６】特開２００３−３０２８７７号公報
【特許文献７】特開２００１−７５４３９号公報
【特許文献８】特開２００２−２８７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように画素データに基づきトナーの消費量を予測する方法が知られているものの、このような方法においては次のような問題がある。  
つまり、画素データのみを用いた場合には、画素データにより形成される画像パターンの種類によってトナー消費量が異なることを判断することができず、正確なトナー消費量を予測することができない虞がある。この理由は次の通りである。
【００１６】
記録紙に印刷される一つ一つのドット（以下、印刷ドットという）は、多階調、つまり、１印刷ドットが複数ビット構成となっており、印刷ドットの値と消費されるトナーの量との関係が図７において実線で示すように非線形であることが知られていることから、一貫した関連性が得にくい。
【００１７】
近年用いられている画像形成装置では、フルカラー画像が形成可能な装置も含めて、パルス変調方式として、印刷ドットの値に応じた幅を有するパルスを生成してレーザ光の発光時間を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）方式が採用されるのが一般的である。
【００１８】
このため、１個の印刷ドットを印刷したとき、レーザ発光時間（パルス幅）と印刷されたドットが消費するトナー量との関係は、印刷ドットへのレーザ発光時間、つまり、複数ビットでの発光回数により印刷ドットの値とトナー消費量との関係が１：１の関係とはならずに図７において実線で示したような非線形の関係となる。
【００１９】
しかし、図７の実線で示す関係は恒常的に成り立つものではない。これは、レーザがガウス強度分布を持つために、感光体上の静電潜像にもガウス分布が生じ、結果として、画像パターンによってトナー消費量が変化してしまうことがあるためである。  
例えば、印刷ドットを１つだけ単独で印刷したときのトナー消費量がＸｍｇだとしても、当該ドットの前後の隣接する印刷ドットの値によっては、当該ドットを印刷するに要するトナー量はＸｍｇとは異なってくる。つまり、同じ値を持つ印刷ドット１個あたりのトナー消費量は、そのドットが構成する画像パターンによって各々異なることがある。
【００２０】
以上のような理由から、現像が感光体上の潜像電位と、トナーの帯電電位との電位差を利用して行われる場合には、面積の大きい画像（ベタ画像）と、線で構成されている画像では、１ドットあたりのトナー消費量が異なるため、画像データがベタ画像なのか線画像なのか判別できないこの方法では正確なトナー消費量を算出できない場合がある。
【００２１】
一方、特許文献２に開示されているように、印刷ドットの疎密によるトナー消費量の違いを考慮した場合においては、総ドット数と連続するドットの数が同じでも、画像パターンが違えばトナー消費量が大きく異なることがある。例えば、１ドット幅の直線が平行して配置された画像パターンでは、両者が接近しているときと離れているときではトナー消費量は異なっており、このことから、ドットの疎密を用いるだけでは実際のトナー消費量と予測した消費量とに誤差が生じることになる。
【００２２】
本発明の目的は、上記従来のトナー消費量あるいは廃トナー量に関する予測を行う場合の問題に鑑み、画像パターンに影響されることなくトナー消費量あるいは残量さらには廃トナー量を精度よく予測することが可能な構成を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的を達成するため、本発明は次の構成よりなる。  
（１）入力された画像情報を発光制御信号に変換する手段と、発光制御信号に基づいて光を順次走査させて感光体上に照射する手段を有し、照射された光で感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段の現像剤により可視化した後、記録材に転写および定着を行う画像形成装置であって、
入力された画像に対応した値を持つ印刷ドットの配列で表される発光制御信号の走査ライン情報を記憶する記憶手段と、
注目ドットおよび注目ドットに近接する１つ以上のドットに１対１に対応する重み係数を演算用データとして記憶する記憶手段と、
演算用データと複数の走査ライン情報を用いて演算を行い、現像剤の消費量を算出する消費量算出手段とを備え、
前記消費量算出手段は、
（ａ）前記注目ドットおよび前記注目ドットに近接する１つ以上のドットについて、各々に対応する重み係数と印刷ドットの値の乗算値を求めること、
（ｂ）それらの乗算値を合算したものを注目ドットにおける現像剤の消費量として算出すること、
（ｃ）全ドットの消費量を積算することにより、画像形成による現像剤の累積消費量を求めること、
（ｄ）（ｃ）で求めた現像剤の累積消費量が規定値以上か否かを判定すること、
の処理ステップが設定されていることを特徴とする画像形成装置。
【００２４】
（２）前記消費量算出手段は、前記の（ａ）〜（ｂ）のステップを実行した後に、
（ａ−１）前記記憶手段に演算用データとして予め設定された上限値から、前記（ｂ）のステップで得られた値を減算すること、
（ｂ−１）（ａ−１）で得られた値が正ならば、（ａ−１）で得られた値を現像剤の消費量とすること、
（ｃ−１）（ａ−１）で得られた値が０あるいは負ならば、予め設定された上限値を現像剤の消費量とすること、
のステップを含み、（ａ−１）〜（ｃ−１）のステップを実行後に前記（ｃ）、（ｄ）のステップを実行することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）前記消費量算出手段は、前記（ａ−１）〜（ｂ−１）のステップを実行した後に、
（ａ−２）前記（ｂ−１）のステップで得られた値から、前記記憶手段に演算用データとして予め設定された閾値を減算すること、
（ｂ−２）減算後の値が正ならば、減算後の値を注目ドットにおける現像剤の消費量とすること、
（ｃ−２）減算後の値が０あるいは負ならば、注目ドットにおける現像剤の消費量を０とすること、
のステップを含み、（ａ−２）〜（ｃ−２）のステップを実行後、前記（ｃ）、（ｄ）のステップを実行することを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。
【００２５】
（４）前記消費量算出手段には、使用環境ごとに複数の演算用データが用意されており、画像形成時の条件に合致する演算データを用いて消費量算出を行うことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２６】
（５）前記消費量算出手段には使用状況ごとに異なる演算用データが用意されており、画像形成時の条件に合致する演算データを用いて消費量算出を行うことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２７】
（６）画像形成部、非画像形成部で消費される現像剤の量を独立に算出する画像形成装置であって、
画像部の現像剤消費量は、前記（ａ）〜（ａ−２）、（ｂ）〜（ｂ−２）、（ｃ）〜（ｃ−２）、（ｄ）のいずれかのステップに基づき前記消費量算出手段により算出され、
前記消費量算出手段は、画像部と非画像部の消費量の和によって現像剤の累積消費量を予測することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２８】
（７）前記消費量算出手段は、非画像部の現像剤消費量を、使用環境によって一意に決定される演算データを用いて算出することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【００２９】
（８）前記消費量算出手段は、非画像部の現像剤消費量を、使用状況によって一意に決定される演算データを用いて算出することを特徴とする（６）または（７）に記載の画像形成装置。
【００３０】
（９）前記画像形成部には着脱可能なプロセスカートリッジを備え、
該プロセスカートリッジには、前記現像剤の累積消費量を記憶するための記憶手段が設けられていることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３１】
（１０）前記画像形成部は、複数色に対応した画像形成が行える構成とされ、各色の画像形成部には色毎の現像剤がそれぞれ充填されたプロセスカートリッジを備えられ、
該複数のプロセスカートリッジは、それぞれ前記演算用データが各色独立に設定されることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３２】
（１１）前記画像形成部には現像剤収容部が設けられ、該現像剤収容部には、収容されている現像剤の有無を検出するセンサが設けられていることを特徴とする（１）乃至（１０）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３３】
（１２）入力された画像情報を発光制御信号に変換する手段と、発光制御信号に基づいて光を順次走査させて感光体上に照射する手段を有し、照射された光で感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像手段の現像剤により可視化した後、記録材に転写および定着を行う画像形成装置であって、
記録材に転写されず像担持体上に残留している現像剤を収容する回収室を有し、
入力された画像に対応した値を持つ印刷ドットの配列で表される発光制御信号の走査ライン情報を記憶する記憶手段と、
注目ドットおよび注目ドットに近接する１つ以上のドットに１対１に対応する重み係数を演算用データとして記憶する記憶手段と、
演算用データと複数の走査ライン情報を用いて演算を行い、現像剤の消費量を算出する消費量算出手段とを備え、
前記消費量算出手段は、
（ａ）前記注目ドットおよび前記注目ドットに近接する１つ以上のドットについて、各々に対応する重み係数と印刷ドットの値の乗算値を求めること、
（ｂ）それらの乗算値を合算したものを注目ドットにおける現像剤の消費量として算出すること、
（ｃ）全ドットの消費量を積算することにより、画像形成による現像剤の累積消費量を求めること、
の処理ステップが設定され、前記消費量算出手段で得られた計算結果を用いて前記現像剤の回収部に収容される現像剤量を予測することを特徴とする（１）乃至（１１）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３４】
（１３）前記画像形成部には、転写後に回収される現像剤の回収部が設けられていることを特徴とする（１２）に記載の画像形成装置。
【００３５】
（１４）前記現像剤の回収部には、現像剤満杯状態を検知可能な検知手段が設けられていることを特徴とする（１２）または（１３）に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、注目ドットと近接する周辺ドットの値（パルス幅に相当）を参照することにより、静電潜像の電荷分布を加味したトナー消費量算出を行うようになっているので、複数の走査ライン情報を利用することにより、主走査方向だけでなく副走査方向の潜像電荷分布も演算に反映させることができる。特に現像電極を用いる場合には、静電潜像の各部は、感光体表面の電荷密度とほぼ比例して現像されるため、より正確にトナー消費量あるいは残量若しくは廃トナー量を算出することができる。画像データのみで画像パターンの違いに影響されることなく予測を行い、センサが不要であるため、コストダウンと省スペース化の実現が見込める。
【００３７】
特に請求項２記載の発明においては、一般に印字ドットの密度が高いほど、１ドットあたりのトナー消費量は増加していくが、密度がある程度高くなるとトナー消費量は飽和することを前提として、印刷ドット１個あたりのトナー消費量に上限値を設けることによって、トナー消費量が飽和することを加味したトナー消費量予測ができる。予測精度が向上するため、余剰トナーが削減でき、コストダウンにつながる。
【００３８】
請求項３記載の発明においては、閾値が現像ポテンシャルの役割を果たし、ある印字ドットに注目したとき、注目ドットに近接するドットのうち印字ドットとしてカウントする範囲（印刷ドット１個の大きさに相当）をある程度自由に変えてトナー消費量を予測することができる。
【００３９】
請求項４記載の発明においては、温湿度が変化するとトナーの帯電量が変わりトナー消費量も変化する。環境毎に重み係数や閾値等を変えることにより、環境によらず正確にトナー消費量を検出することができる。
【００４０】
請求項５記載の発明においては、装置の使用状況毎に重み係数や閾値等を変えることにより、環境によらず正確にトナー消費量を検出することができる。
【００４１】
請求項６記載の発明においては、画像形成部と非画像形成部でのトナー消費量を独立に算出するため、画像形成条件の調整作業や紙間など、画像形成時以外で消費されるかぶり量も検出が可能である。また、画像形成時に画像形成部と非画像形成部とのトナー消費の傾向が異なるような場合についても対応が可能となる。
【００４２】
請求項７記載の発明においては、環境によるかぶり量の変動を検出することが可能である。
【００４３】
請求項８記載の発明においては、装置の使用状況（耐久）によるかぶり量の変動を検出することが可能である。
【００４４】
請求項９記載の発明においては、プロセスカートリッジ自体にトナー消費量を記憶させることにより、カートリッジが本体から着脱されたり、別の個体（画像形成装置）でプロセスカートリッジが再使用されたりした場合にも、トナー消費量についての情報を失うことなく保持できる。
【００４５】
請求項１０記載の発明においては、一般に、色が違えばトナーの性質は異なるため、トナー消費量の傾向も異なっている場合でも、各色独立に演算用データを用意することにより、色によるトナー消費量の違いに対応できる。
【００４６】
請求項１１記載の発明においては、トナー消費量算出手段に加え、トナー有無を検出するセンサを併設することにより、計算に誤差が生じた場合にも正確にトナーエンプティを検出することが可能である。
【００４７】
請求項１２記載の発明においては、注目ドットと近接する周辺ドットの値（パルス幅に相当）を参照することにより、静電潜像の電荷分布を加味したトナー消費量算出が出できるので、複数の走査ライン情報を利用することにより、主走査方向だけでなく副走査方向の潜像電荷分布も演算に反映させることができる。特に現像電極を用いる場合には、静電潜像の各部は、感光体表面の電荷密度とほぼ比例して現像されるため、より正確に廃トナー回収量を算出することができる。画像データのみで画像パターンの違いに影響されることなく予測を行い、センサが不要であるため、コストダウンと省スペース化の実現が見込める。
【００４８】
請求項１３記載の発明においては、トナーの消費量および廃トナーの量をそれぞれ一括して管理できることで、ユーザーは両者を別々に管理する必要がなく、簡単にメンテナンスが行える。
【００４９】
請求項１４記載の発明においては、消費量算出手段を用いた計算による満杯予測に加え、満杯検知手段を併設することにより、計算に誤差が生じた場合にも正確に廃トナー満杯を検出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、実施例により本発明の実施のための最適な形態を説明する。
【実施例】
【００５１】
図１は、本実施例による画像形成装置に用いられる制御系の構成を説明するためのブロック図であり、同図において、ホストコンピュータ４からは、プリント出力する画像データが電気信号として画像形成回路３内の画像信号処理部５に送られてくる。  
画像信号処理部でこのデータを１走査ラインごとのレーザ駆動信号に変換し、レーザ発光制御手段１３によってレーザ発光手段１４の発光消灯を制御して像担持体である感光体１５を照射する。発光には半導体レーザを用いる。発光されたレーザ光は、コリメータレンズやスキャニングミラー、ｆ−θレンズなどや反射ミラーを経て感光体１５上に照射する。
【００５２】
図２は、本実施例による画像形成装置の構成が示されており、同図に示す画像形成装置は、複数の色の画像形成を行う作像部として用いられるプロセスカートリッジを転写体として用いられる転写ベルトの展張面に沿って並置した、いわゆるタンデム方式のフルカラープリンタであるが、本発明にいう画像形成装置は、複写機やファクシミリ装置あるいは印刷機さらにはこれら機能を複合した装置を含む。
【００５３】
フルカラープリンタ１は、各作像部で形成されたイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを転写ベルトに対して１次転写して重畳し、重畳画像を給紙装置から繰り出される記録紙などに２次転写により一括転写するようになっている。また、フルカラーだけではなく、ブラック（Ｋ）のみの画像を対象とすることも可能である。
【００５４】
画像形成装置１では、作像部にプロセスカートリッジ１６が着脱可能に設けられており、プロセスカートリッジ１６には、いま、図２においてイエロー（Ｙ）を対象として説明すると、像担持体としての感光体１５およびこの周囲に配置されている帯電装置２２，現像装置２３および、図示しないが，クリーニング装置を備えている。
【００５５】
感光体１５は、回転する過程において帯電装置２２による一様帯電の後、書込装置１７を用いたレーザ光による書き込み走査を介して画像情報に応じた静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置２３から供給されるトナーによって可視像処理されてトナー像が形成される。
【００５６】
トナー像は、転写装置１８に用いられている転写ベルト１８Ａに対して各作像部に対向して配置されている転写ローラ１８Ｂによって重畳転写されると、給紙装置１９からレジストローラ１９Ａによってレジストタイミングを設定されて繰り出される記録紙に対して２次転写装置２４によって一括転写され、定着装置２０によって定着されるようになっている。
【００５７】
可視像処理に用いられる現像装置２３は、感光体１５に接触対向して配置され、トナーを感光体１５上に現像する現像ローラと、現像ローラに当接して設けられた供給ローラおよびトナー層規制部材と、未使用トナーを収容するトナー収容部から成る。
【００５８】
上記構成を備えた画像形成装置１には、画像形成処理全般および本実施例の特徴であるトナーの消費量あるいは残量を予測するための構成に用いられる制御部が設けられている。  
図１において、画像形成装置本体には、消費量演算回路２を含むコントローラ、表示手段１２としての表示用ディスプレイ、図示しないが、温湿度センサ、濃度センサが設けられている。  
コントローラには、印刷データをトナー消費量に換算し、そのデータを１ドット相当ずつ加算する加算手段９が内蔵されている。
【００５９】
印刷データをトナー消費量に換算するための演算用データは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶デバイスに保存されている。
【００６０】
コントローラには、印刷データをトナー消費量に換算し、そのデータを１ドット相当ずつ加算する加算手段が内蔵されている。印刷データをトナー消費量に換算するための演算用データは、ＲＯＭ等の不揮発性記憶デバイスに保存されている。
【００６１】
感光体１５上の潜像の現像には、潜像と現像部の電位差を用いている。潜像と現像部の間の電気力線は、潜像の境界（エッジ）部分に集まりやすい。これは、文字などの細線から形成される画像と大面積（ベタ）画像では、印刷ドットの数が同じでも消費量が異なってくることを意味している。画像によってトナー消費量は変化するので、単に印刷ドット数を数えたり、印刷ドットの値（パルス発光時間に比例）を積算したりするだけでは、画像パターンを判別することができないため正確なトナー消費量を算出できない。そこで本実施例では、印刷ドットの値の配列を参照して印刷ドット１個ずつのトナー消費量を算出し、全てのドットのトナー消費量を積算して１ページ分のトナー消費量を求める。
【００６２】
消費量演算回路２における走査ライン情報記憶手段６によって、印刷要求のあった画像データのうち、トナー消費量を算出したいドット（注目ドット）を含む走査ラインと、該走査ラインの前後１ラインずつの、計３ライン分の走査ライン情報を記憶する。
【００６３】
本実施例におけるコントローラでは、図３に示すように、注目ドット（Ｅ）を中心とする、３ドット×３ドットのマトリクスを参照領域として、印刷ドット値配列検出手段７によって各ドット（Ａ〜Ｉ）の画像データの値（ｐａ〜ｐｉ）を読み込み、注目ドット消費量演算手段８によって、それらの値を各ドットに対応する重み係数（ｗａ〜ｗｉ）と掛け合わせて合算する。
【００６４】
このような処理は、コントローラにおいて、（ａ）注目ドットおよび前記注目ドットに近接する１つ以上のドットについて、各々に対応する重み係数と印刷ドットの値の乗算値を求めること、（ｂ）それらの乗算値を合算したものを注目ドットにおける現像剤の消費量として算出すること、（ｃ）全ドットの消費量を積算することにより、画像形成による現像剤の累積消費量を求めること、（ｄ）（ｃ）で求めた現像剤の累積消費量が規定値以上か否かを判定することの処理ステップに基づき実行される。
【００６５】
以下に演算の流れを示す。  
（ａ）、（ｂ）の処理として、注目ドット（Ｅ）におけるカウント値Ｍは、
Ｍ＝（ｗａ×ｐａ）＋（ｗｂ×ｐｂ）＋（ｗｃ×ｐｃ）＋（ｗｄ×ｐｄ）＋（ｗｅ×ｐｅ）＋（ｗｆ×ｐｆ）＋（ｗｇ×ｐｇ）＋（ｗｈ×ｐｈ）＋（ｗｉ×ｐｉ）
と算出される。
【００６６】
次に、注目ドット（Ｅ）のカウント値Ｍが飽和値を超えていないか、および注目ドット（Ｅ）が現像されるドットか否かを判断するための演算を行う。まずカウント値の上限をＵと設定しておき、ＭとＵを比較する。
【００６７】
（１）（Ｕ−Ｍ）≦０ならば、Ｍは上限値を超えているため、注目ドット（Ｅ）のカウント値はＵ  
（２）（Ｕ−Ｍ）＞０ならば、Ｍは上限値に達していないので、注目ドット（Ｅ）のカウント値はＭ
次に、（ｃ）の処理として、現像の閾値Ｔと比較して、トナー消費量を求める。（１）の場合、
（１−１）（Ｕ−Ｔ）＞０ならば、注目ドット（Ｅ）のトナー消費量はＵ−Ｔ  （現像される）
（１−２）（Ｕ−Ｔ）≦０ならば、注目ドット（Ｅ）のトナー消費量は０  （現像されない）
同様に（２）の場合、
（２−１）（Ｍ−Ｔ）＞０ならば、注目ドット（Ｅ）のトナー消費量はＭ−Ｔ（現像される）
（２−２）（Ｍ−Ｔ）≦０ならば、注目ドット（Ｅ）のトナー消費量は０（現像されない）
このトナー消費量計算を１ライン中の全てのドットに対して同様に行い、各ドットのトナー消費量を加算手段９により順次加算して累積消費量記憶手段１０に記憶していくことにより、初期から現在までの累積トナー消費量が計算できる。
【００６８】
この累積消費量記憶手段１０はプロセスカートリッジ１６に設けられており、記録された内容は随時読み込むことができ、画像形成装置１の表示手段１２やホストコンピュータ４で知ることが可能である。
【００６９】
次いで、（ｄ）の処理として、トナーエンプティ判定手段１１により、予め記憶された使用可能トナー消費量から累積消費量記憶手段１０に記憶された計算値を減算し、減算値が０または負となったときトナーエンプティと判断して、表示手段１２でユーザーにトナーエンプティを知らせる。
【００７０】
ここで、トナー消費量計算の計算過程を実際の例に即して以下に説明する。  
まず、図４（１）に示すように重み係数を設定する。  
例えば１つのドットの状態が印字・非印字の２通りしかない２値モードを考えたとき、印刷ドットの値は印字部で１、非印字部で０となる。
【００７１】
図４（２）に示すようなベタ画像では、注目ドットでのカウント値は、
１×１＋５×１＋１×１＋５×１＋３０×１＋５×１＋１×１＋５×１＋１×１＝５４
となる。  
同様に、図４（３）に示すような１ドット幅の直線では、注目ドットのカウント値は、
１×０＋５×０＋１×０＋５×１＋３０×１＋５×１＋１×０＋５×０＋１×０＝４０
となる。  
このとき、カウント値上限が５０、現像閾値が２０とする。
【００７２】
ベタ画像の場合、カウント値５４が上限値５０を超えているため、カウント値は５０となり、トナー消費量は５０−２０＝３０となる。  
１ドット幅の直線の場合、カウント値４０は上限値を超えないので、カウント値は４０、よってトナー消費量は４０−２０＝２０となる。
【００７３】
上述の重み係数（ｗａ〜ｗｉ）、カウント上限値Ｕ、現像閾値Ｔの値を装置の使用環境、使用状況にあわせて適切に設定するようなテーブルを持っておけば、トナー消費量を正確に算出することが可能となる。この場合の使用環境の要素には、トナー付着の際の帯電量の変化に影響する温湿度等が相当し、また、使用状況の要素には、印刷枚数や補給回数などの現像剤の経時劣化に影響するものが相当している。
【００７４】
また、本実施例では３ドット×３ドットの計９ドットに対して重み係数を設定すれば、４×４ドットなど参照範囲を大きくすることで精度向上が期待できる。
【００７５】
現在のレーザービームプリンタにおいては、一般に、印刷ドットは多階調、すなわち１印刷ドットは複数ビット構成となされており、印刷ドットは０、１以外の値を取り得る。１ドットに対して異なる分解能を持つ複数の印刷モードがある画像形成装置においては、画像信号処理部５において、各印刷モードの印刷データを共通のデータフォーマットに変換し、変換後のデータを入力画像データとする。また印刷モードのうち最も高い分解能のものに合わせて１個の印刷ドットをサブピクセルに分割し、サブピクセル単位で重み係数を割り付ける。以上のような作業によって、本発明のトナー消費量算出方法による演算が可能になる。
【００７６】
次に、本発明の別実施例について説明する。  
本実施例は、上述した手順を基に、トナー消費量から廃トナー量を算出することにより廃トナーの回収部で発生する虞のある溢れを防止することを特徴としている。
【００７７】
図５は、本実施例の要部構成を説明するための図１相当のブロック図であり、同図において消費量演算手段２を含むコントローラには、消費量演算回路２の累積消費量記憶手段１０からの情報を入力される廃トナー回収量演算回路２５が備えられている。
【００７８】
廃トナー回収量演算手段２５には、トナー消費量演算手段２において算出されたトナー消費量に基づき廃トナーの回収量を演算する手段２２，算出された廃トナー回収量の累積を記憶する手段２３，図６において符号３０で示すように、感光体１５のクリーニング装置に装備されている廃トナー回収部に設けてある満杯検知手段２４が備えられている。
【００７９】
廃トナー回収量演算回路２５では、（Ａ）トナー消費量を求める段階、（Ｂ）トナー消費量に回収率を乗算して廃トナー量を求める段階、（Ｃ）廃トナー量を記憶する段階、（Ｄ）廃トナー容器が満杯か否かを判定する段階、の４つの段階からなる処理が実行されるようになっており、これら処理のうちで、（Ａ）に関するトナー消費量の算出に関しては、先に図３，４を用いて説明した手順が実行される。
【００８０】
（Ａ）の処理において算出されたトナー消費量に対して、（Ｂ）の処理として、算出されたトナー消費量に、予め設定された回収率を掛け合わせることで、廃トナー量を求める。
【００８１】
廃トナー回収率は画像形成装置に設けられた不揮発性デバイスに予め記憶されている。次いで、（Ｃ）の処理として、廃トナー量が、プロセスカートリッジに設けられた記憶手段に記憶される。
【００８２】
記憶手段に記憶された廃トナー量の累積値に対して（Ｄ）に挙げた処理が実行される。つまり、廃トナー量を算出するたびに、廃トナー回収部が満杯でないかどうか判断が行われる。  
廃トナー回収量の上限値（つまり満杯を判断するための値）は、画像形成装置に設けられた不揮発性デバイス、あるいはプロセスカートリッジに設けられた記憶手段に予め記憶されている。
【００８３】
廃トナー量を計算するタイミングは、トナー消費量を求めるごと、あるいは１ページ印刷するごとなど、任意のタイミングで行うとよい。ただし、廃トナー満杯を検出する前に廃トナー回収部が満杯になることがないような頻度を確保する必要がある。
【００８４】
廃トナー回収率を装置の使用環境、使用状況にあわせて適切に設定するようなテーブルを持っておけば、廃トナー回収量を正確に算出することが可能である。
【００８５】
同様に、適切な回収率を設定しておけば、２次転写後に中転ベルト上に残った廃トナーの量も、トナー消費量から算出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施例による画像形成装置に用いられる制御構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明実施例による画像形成装置の構成を説明するための模式図である。
【図３】図１に示した制御部において実行される注目ドット消費量演算原理を説明するためのマトリックス図である。
【図４】図１に示した制御部において実行される画像パターンによる注目ドットでのトナー消費量を算出する原理を説明するためのマトリックス図である。
【図５】本発明の別実施例による画像形成装置に用いられる制御構成を説明するためのブロック図である。
【図６】本発明の別実施例による画像形成装置の構成を説明するための模式図である。
【図７】パルス幅変調方式による印刷ドットの値とトナー消費量との関係を説明するための線図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  画像形成装置
２  消費量算出手段
５  画像信号処理部
６  走査ライン情報記憶部
７  印刷ドット値配列検出手段
１５  感光体
１７  書込装置
２３  現像装置
２５  廃トナー回収量算出手段
３０  廃トナー回収部
【図１】
2008020826.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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