(57)【要約】【課題】画素補給制御とセンサ補給制御とを組み合わせたトナー補給制御を行う画像形成装置において、入力画像データに対し、所望の画像処理を施し、その画像処理後の画像データに基づいて画像形成を行う場合でも、適切なトナー補給量の上限値を算出する。【解決手段】読み取り装置で読み込まれた画像データを、画像処理装置１０００に入力し、画素情報算出部１００１より第一の画素情報１００２を取得し、属性情報１００３に基づいて、画素情報変換部１００４より第二の画素情報１００５に変換する。そして、この第二の画素情報と、不図示のトナー濃度検出装置の検出濃度とから、現像装置に対し各色のトナータンク、ボトルなどから補給されるべきトナーの補給量の上限値を算出する。【選択図】  図２
2009159490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像データに対し、所望の画像処理を施す画像処理装置を有し、その画像処理後の画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、現像装置から供給される現像剤により前記静電潜像を現像する画像形成装置であって、
前記画像処理後の画像データの画素情報に基づいて前記現像装置へのトナー補給量の上限値を算出する手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記入力画像データからその画素情報を取得する手段と、その取得された画素情報及び前記所望の画像処理の属性情報に基づいて前記画像処理後の画像データの画素情報を生成する手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記属性情報は変倍の情報であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記属性情報は集約の情報であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記属性情報は反転の情報であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記属性情報は消去の情報であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記属性情報は印字の情報であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
入力画像データに対し、所望の画像処理を施す工程と、その画像処理後の画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成する工程と、現像装置から供給される現像剤により前記静電潜像を現像する工程とを有する画像形成方法であって、前記画像処理後の画像データの画素情報に基づいて前記現像装置へのトナー補給量の上限値を算出する工程を有することを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ、複合機などの画像形成装置および画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の画像形成装置は、高速化・高画質化の傾向にあり、とりわけ画像濃度の高安定性について非常に注目されるようになってきている。画像濃度を安定化させるためにはトナー補給の最適な制御が必要であり、現在、その制御方法が重要な課題である。
【０００３】
また、近年の画像形成装置では高画質化のため現像剤の小粒径化が進んでいる。とりわけ２成分現像におけるキャリアの小粒径化は現像剤の流動性を悪くしてしまう。そのため、補給用トナーが入ってきても混ざりにくく、少しでも多めにトナーが補給されるとキャリアと混ざらないトナーが発生し、トナー飛散を引き起こし、画像品質を損なう可能性が高い。即ち、現像剤の小粒径化では、より適切な補給制御が必要となる。
【０００４】
トナー補給制御で補給量を算出する手段には、大別して、濃度センサ値よりトナー濃度を擬似的に算出し補給する方法（センサ補給制御）と、書き込みを行う画素数、もしくは書き込みを行う画像面積率などの画素情報からトナーの消費量を換算しその分を補給する方法（画素補給制御）の２つがある。
【０００５】
この画素補給制御では出力画像の分（消費したトナーの分）だけトナーを補給するという制御方法であるため、比較的精度良くトナー補給量を算出することができる利点があるが、実際に現像に使用されるトナー量は、画像データのライン画像とベタ画像の比率、更にはライン画像であっても、縦ライン画像比率、横ライン画像比率などが誤差要因となり、これが複数枚分のプリントで徐々に累積するため、単に画像面積率に比例した補給制御(画素比例制御）だけでは、画像濃度を一定に制御することが難しい。例えば、ライン画像とベタ画像とでは画素数は同じでもトナーの消費量が異なるため、ライン画像が多いとトナー消費量がベタ画像より多くなる。これは、ライン画像では潜像のエッジ効果によりベタ部に比べトナーの付着量が増えてしまうからである。
【０００６】
一方、センサ補給制御としては、現像器内の現像剤の透磁率がトナー濃度により変化することを利用した濃度センサなどを用いた補給制御方法が知られている。しかし、この補給制御方法では、多くの従来技術に記載されている通り、現像剤の空攪拌によるセンサ出力低下、長期放置によるセンサ出力上昇などの変動要因があるため、この誤差分が濃度変動に対し無視できない程に大きかった場合、上限リミット処理等の補正を行わず、そのまま補給してしまうと濃度変動となってしまう。
【０００７】
そのため、トナー補給制御方法としては、画素補給制御とセンサ補給制御とを組み合わせた制御方法が一般的である。しかし、この組み合わせ制御でも、補給量が変動してしまうことがある。例えば、画像濃度の高い画像（高面積画像）などを出力したときには、画素補給制御とセンサ補給制御の両方からトナーを一気に補給しようとする制御が働く。このとき、補給過多によるトナー飛散等の障害が発生してしまうことがある。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するため、トナー濃度検出装置と、入力された画像データから画素情報を取得する画素情報検出装置を備え、検出されたトナー濃度情報と、取得された画素情報とから、現像装置に対し各色のトナータンク、ボトルなどから補給されるべきトナーの補給量の上限値を算出するようにした画像形成装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、この画像形成装置では、外部機器あるいは読み取り装置で読み込まれた入力画像データに対し、ユーザの所望する画像処理を施し、その画像処理後の画像データに基づいて画像形成を行う場合、画像形成に適合した画素情報を取得することができないという問題がある。例えば５０％縮小変倍処理を考えると、主走査方向および副走査方向の画素数が半分となるが、それに対応する画素情報が得られないため、適切なトナー補正量の上限値を算出することができない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１５６４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、入力画像データに対し、所望の画像処理を施し、その画像処理後の画像データに基づいて画像形成を行う場合でも、適切なトナー補給量の上限値を算出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、入力画像データに対し、所望の画像処理を施す画像処理装置を有し、その画像処理後の画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成し、現像装置から供給される現像剤により前記静電潜像を現像する画像形成装置であって、前記画像処理後の画像データの画素情報に基づいて前記現像装置へのトナー補給量の上限値を算出する手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
また、本発明は、入力画像データに対し、所望の画像処理を施す工程と、その画像処理後の画像データに基づいて像担持体上に静電潜像を形成する工程と、現像装置から供給される現像剤により前記静電潜像を現像する工程とを有する画像形成方法であって、前記画像処理後の画像データの画素情報に基づいて前記現像装置へのトナー補給量の上限値を算出する工程を有することを特徴とする画像形成方法である。
ここで、画像処理後の画像データの画素情報は、入力画像データからその画素情報を取得し、その取得された画素情報及び所望の画像処理の属性情報に基づいて生成することができる。属性情報は、変倍の情報、集約の情報、反転の情報、消去の情報、印字の情報などである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、入力画像データに対し、所望の画像処理を施し、その画像処理後の画像データに基づいて画像形成を行う場合でも、適切なトナー補給量の上限値を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。本実施形態はタンデム中間転写方式のフルカラー複写機に適用した例である。
【００１５】
このフルカラー複写機は装置本体１００、装置本体１００を載せる給紙テーブル２００、複写装置本体上１００に取り付けるスキャナ３００、スキャナ３００上に取り付けられた原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００、等から構成されている。
【００１６】
装置本体１００の中央には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色用の画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｋを横に並べて配置してタンデム画像形成装置２０が構成されている。タンデム画像形成装置２０の各画像形成ユニットは、それぞれＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋの各色トナー像が形成される感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋを有している。
【００１７】
タンデム画像形成装置２０の上方には、露光装置２１が設けられている。露光装置２１は、各色に用意されたレーザダイオード（ＬＤ）方式の４つの光源と、６面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される１組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成されている。各色の画像データに応じて、レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され、各色の感光体（像担持体）に照射される。
【００１８】
タンデム画像形成装置２０の下方には、無端ベルト状の中間転写ベルト１０が設置されている。中間転写ベルト１０は、図示例では３つの第１の支持ローラ１４、第２の支持ローラ１５０、第３の支持ローラ１６０に掛け回して、図中時計回りに回転搬送可能であり、第１の支持ローラ１４は中間転写ベルトを回転駆動する駆動ローラである。また、第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５０との間には、各色の感光体から中間転写ベルトにトナー像を転写する一次転写手段として一次転写ローラ６２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋが中間転写ベルトを間に挟んで各感光体に対向するように設けられている。
【００１９】
矢印で示す回転方向であって第３の支持ローラ１６０の下流には、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置１７が設けられている。中間転写ベルト１０の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしてもよい。
【００２０】
中間転写ベルト１０の下方には、２次転写装置２２が配置されている。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写ベルト１０を介して第３の支持ローラ１６０に押し当てて配置し、中間転写ベルト１０上の画像を転写材に転写する。２次転写ベルト２４としては中間転写ベルト１０と同様の材料を用いることができる。
【００２１】
２次転写装置２２の横には、転写材上の画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てた構成である。上述した２次転写装置２２には、画像転写後の転写材をこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えている。もちろん、２次転写装置２２として、転写ローラや転写チャージャを配置してもよく、そのような場合は、この転写材搬送機能を別途備える必要がある。
【００２２】
なお、図示例では２次転写装置２２および定着装置２５の下方に、上述したタンデム画像形成装置と平行に、転写材を反転排紙したり、転写材の両面に画像を形成するために転写材を反転して再給紙したりする反転装置２８を備えている。このフルカラー複写機を用いてコピーを行うときは、ＡＤＦの原稿台３０上に原稿をセットする。または、ＡＤＦ４００を開いてスキャナのコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、ＡＤＦ４００を閉じて原稿を押さえる。
【００２３】
不図示の操作部のスタートスイッチを押すと、ＡＤＦ４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動した後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４を走行させる。第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取り装置３６に入射させ、原稿内容を読み取る。
【００２４】
その後、操作部でのモード設定、あるいは操作部で自動モード選択が設定されている場合には原稿の読み取り結果に従い、フルカラーモードまたは白黒モードで画像形成動作を開始する。
【００２５】
フルカラーモードが選択された場合には、各感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋが図１で反時計回りに回転する。そして、帯電装置である帯電ローラ１６Ｙ、１６Ｃ、１６Ｍ、１６Ｋにより各感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋの表面が一様に帯電される。次いで、各色の感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋには露光装置２１から各色の画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した静電潜像がそれぞれ形成される。
【００２６】
各静電潜像は各感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋが回転することにより各色の現像装置１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋで各色のトナーで現像される。ここで、各現像装置に対しては、トナータンク、トナーボトルなど（図示省略）のトナー貯蔵部からトナー補給装置（図示省略）を経て適宜トナーが補給される。各色のトナー像は中間転写ベルト１０の搬送とともに、中間転写ベルト１０上に順次転写されて中間転写ベルト１０上にフルカラー画像を形成する。
【００２７】
一方、給紙テーブル給紙ローラ４２の１つを選択して回転させ、給紙テーブル４３に多段に備える給紙カセット４４の１つから転写材を送り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して本体内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上の転写材を送り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。そして、中間転写ベルト１０上のフルカラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に転写材を送り込み、２次転写装置２２で転写して転写材上にトナー像を転写する。
【００２８】
トナー像が転写された転写材は、２次転写装置２２により搬送されて定着装置２５へと送り込まれ、定着装置２５で熱と圧力とが加えられて定着される。次いで切換爪５５で切り換えられて排出ローラ５６で排出され、排紙トレイ５７上にスタックされる。または、切換爪５５で切り換えられてシート反転装置２８に入れられ、そこで反転されて再び２次転写位置２２へと再給紙される。ここで、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出される。以降、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスを繰り返す。
【００２９】
白黒モードが選択された場合には、支持ローラ１５０が下方に移動し、中間転写ベルト１０を感光体４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋから離間させる。ブラックの感光体４０Ｋのみが図１の反時計回りに回転し、感光体４０Ｋの表面が帯電ローラ１６Ｋにより一様に帯電され、ブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、静電潜像が形成され、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。このトナー像は中間転写ベルト１０上に転写される。この際、Ｋ以外の３色の感光体、現像装置は停止しており、感光体や現像剤の不要な消耗を防止する。
【００３０】
一方、給紙カセット４４から転写材が送り出され、レジストローラ４９で一時停止の後に中間転写ベルト１０上に形成されているトナー像と一致するタイミングで再び送り出される。２次転写装置２２でトナー像が転写された転写材は、フルカラー画像の場合と同様に定着装置２５で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以降、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスを繰り返す。
【００３１】
この画像形成装置の作像条件について以下に明記する。
感光体直径：６０ｍｍ
感光体回転速度：２８２ｍｍ/ｓｅｃ
感光体−現像ローラ間距離：０．３ｍｍ
現像剤容量：３８０ｇ
トナー粒径：７μｍ
キャリア粒経：３５μｍ
【００３２】
本画像形成装置では現像装置１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋにそれぞれトナー濃度を検出するトナー濃度検出装置を備え、図示しない制御装置は、本画像形成装置と接続された外部機器あるいは読み取り装置３６で読み込まれた画像データ（読み取り画像データ）を、図２に示されている画像処理装置１０００に入力し、画素情報算出部１００１より第一の画素情報１００２を取得し、属性情報１００３に基づいて、画素情報変換部１００４により第二の画素情報１００５に変換する。そして、この第二の画素情報とトナー濃度検出装置の検出濃度とから、現像装置１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋに対し各色のトナータンク、ボトルなどから補給されるべきトナーの補給量を算出する。
【００３３】
また、画像処理装置１０００に入力された画像データに対し、スキャナγ処理ブロック１００６、フィルタ処理ブロック１００７、色変換ブロック１００８、及び圧縮処理ブロック１００９で必要な画像処理を施した後にハードディスク（ＨＤＤ）１０１０に記憶する。そして、ハードディスク１０１０から読み出された画像データに対し、伸張処理ブロック１０１１、フィルタ処理ブロック１０１２、変倍ブロック１０１３、色変換ブロック１０１４、及び階調処理ブロック１０１５で必要な画像処理を施し、書き込み画像データを出力する。これらの画像処理ブロックは公知であるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、画像濃度を安定化させるために、上記制御装置に以下のような制御技術を適用した。補給制御方法としては、入力画像の画素情報（例．画素数）から補給量を算出する画素補給制御と、濃度センサでトナー濃度を検知し、トナー濃度の変動分から補給量を算出するセンサ補給制御の２つの制御方法を組み合わせた制御方式を導入している。
【００３５】
トータルの補給量Ｈ［ｍｇ]は、画素補給制御における補給量Ｐ＿Ｐｘｌ［ｍｇ]とセンサ補給制御における補給量Ｐ＿Ｖｔ［ｍｇ］の和として、下記の式〔１〕により算出される。
Ｈ＝Ｐ＿Ｐｘｌ＋Ｐ＿Ｖｔ・・・〔１〕
【００３６】
ここで、Ｐ＿Ｐｘｌ、Ｐ＿Ｖｔの内容はそれぞれ以下の式〔２〕、〔３〕のように表される。
Ｐ＿Ｐｘｌ＝(Ｍ／Ａ)×Ｐｘｌ×α１・・・〔２〕
この式で、Ｍ／Ａは中間転写ベルト上の単位面積当たりのトナー付着量目標値［ｍｇ／ｃｍ２］、入力画像のドット画像面積［ｃｍ２］、即ち入力画像データから算出された画素数[ｄｏｔ]のデータを[ｃｍ２]単位に変換した値、α１（第１の補給係数）は装置の補給性能に対して画素補給量を補正する補正係数（固定値）である。
【００３７】
Ｐ＿Ｖｔ＝センサ感度×（Ｖｔｎｏｗ−Ｖｔｒｅｆ）×α２・・・〔３〕
この式で、Ｖｔｎｏｗは現在のトナー濃度を表すセンサ出力値[Ｖ]、Ｖｔｒｅｆは目標となるトナー濃度のセンサ出力値[Ｖ]、α２（第２の補給係数）はα１と同様に装置の補給性能に対してセンサ補給量を補正する補正係数（固定値）である。また、センサ感度はトナー濃度に対するセンサの出力値であり、単位は［ｗｔ％／Ｖ］である。
【００３８】
本実施形態では以下に示す七種類のトナー補給制御が可能である。
第一に、一度に現像装置に補給するトナー補給量の上限値を、書き込みを行う画像データの画素数もしくは画像面積率に応じて変化させる。
【００３９】
本例では、式〔１〕式で表される補給量に対して、画素補給制御によるトナー補給量に連動した補給量上限値を設定した。補給量上限値であるＨ＿ｌｉｍｉｔ［ｍｇ］は式〔２〕で表される画素補給分の１２０％までとし、以下の式〔４〕で表すことができる。
Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＝１．２×Ｐ＿Ｐｘｌ・・・式〔４〕
【００４０】
これにより、画像面積の異なる場合においても、過補給で画像濃度が変動するのを防止することが可能となった。実際の効果を確認するため、上限値なしで補給制御を行った場合（ケース１）、上限値を固定値で設定した場合（ケース２）、上限値を画素補給値から算出した場合、つまり画素補給量に連動した補給量上限値で設定した場合（ケース３）、で各々実験を行い、その出力画像の画像濃度を測定した。
【００４１】
確認方法として、図３に示すように、画像面積率を変えた画像データを出力するようにした。図３Ａは画像面積率５％、図３Ｂは画像面積率１０％、図３Ｃは画像面積率２０％、図３Ｄは画像面積率５０％、図３Ｅは画像面積率１００％の画像出力状態を模視的に示している。また、各画像面積率を有する画像データに対する画像出力枚数を３枚とし、各補給計算式での設定値α１＝１．０５、α２＝１５０、センサ感度＝３．０［ｗｔ％/Ｖ］を使用した。ただしα１、α２は装置の条件に応じて異なる値が入ってもよい。
【００４２】
各画像面積率を有する画像データに基づいて実際に出力した画像に関して画像濃度（ＩＤ：Image Density）を測定したものを図４に表で、図５にグラフで示す。図４、図５において、「リミットなし」は上記ケース１、「リミット固定」は上記ケース２、「リミット画素連動」は上記ケース３にそれぞれ対応する。
【００４３】
上記各ケースと各画像面積率の組み合わせ毎に画像濃度のバラツキをみるため、ＭＡＸ−ＭＩＮ（最大値−最小値）を算出して比較したところ、ケース３の上限値を画素補給値から算出した場合、つまり画素補給量に連動した補給量上限値で設定した場合において最も画像濃度が安定していることが確認できた。
【００４４】
第二に、出力する画像中のライン画像（線画）の比率に応じてトナーの補給量を変化させるもので、出力画像をライン部とベタ部に分けてライン画像の比率を算出し、その比率に応じて現像装置へのトナー補給量を変化させる。その場合において、一度に補給する補給量の上限値を画素情報に応じて変化させる。例えば、ライン部は少し補給量を多くする。以下に説明する。
【００４５】
出力画像の画像データは、画像処理でのエッジ検出により、ライン部データ（エッジ部／文字部）Ｐｘｌ＿ｌｉｎｅとベタ部（写真画像部）Ｐｘｌ＿ｂｅｔａとに分けることができる。
【００４６】
ここで、上記の式〔２〕を以下の式〔５〕ように変更する。
Ｐ＿Ｐｘｌ＝（Ｍ／Ａ）×Ｐｘｌ×α１×α３・・・〔５〕
【００４７】
この式のα３（第３の補正係数）はベタ／ライン比率による補給量補正係数であり、以下の式〔６〕により算出する。
α３＝Ｐｘｌ＿ｂｅｔａ／（Ｐｘｌ＿ｂｅｔａ＋Ｐｘｌ＿ｌｉｎｅ）
＋Ｃｏｅｆ＿Ｂｌ×Ｐｘｌ＿ｌｉｎｅ／（Ｐｘｌ＿ｂｅｔａ＋Ｐｘｌ＿ｌｉｎｅ）・・・〔６〕
【００４８】
この式のＣｏｅｆ＿Ｂｌはベタ／ライン比（ベタとラインの付着量比率）である。
【００４９】
このように、現像装置へのトナー補給量の上限値を書き込みを行う画素数と上記書き込みを行う画素数に占めるライン画像（線画）の画素数との比率に基づき算出する。
【００５０】
第三に、式〔５〕で表される補給量に対して、画素補給制御によるトナー補給量に連動した補給量上限値を設定する。補給量上限値であるＨ＿ｌｉｍｉｔ［ｍｇ］は、式〔５〕、〔６〕を適用して求められた画素補給分の１２０％までとし、以下の式〔４ａ〕で表すことができる。
Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＝１．２×Ｐ＿Ｐｘｌ・・・〔４ａ〕
【００５１】
即ち、現像装置へのトナー補給量の上限値を書き込みを行う画素数と上記書き込みを行う画素数に占めるライン画像（線画）の画素数との比率に基づき算出している。
【００５２】
ケース４：比較のため上記の式〔５〕、〔６〕に基づかず、上記の式〔２〕を用いたトナーの補給制御（上記ケース３に相当）で画像を出力し、そのときのベタ部の画像濃度を測定した。
ケース５：上記の式〔５〕、〔６〕に基づいたトナーの補給制御（ベタ／ライン比の補給制御）でＣｏｅｆ＿Ｂｌ＝１．３として画像を出力し、そのときのベタ部の画像濃度を測定した。
画像は両ケース共、１０枚リピートで出力し、上記ベタ／ライン比の補給制御が無いときと有るときでのリピートでの画像濃度変動を比較した。
【００５３】
その比較結果を図６の表、及び図７のグラフで示した。図６、図７において上記ケース４を「ベタ／ライン補正なし」、上記ケース５を「ベタ／ライン補正あり」と表記した。上記ケース毎に画像濃度のバラツキをみるため、ＭＡＸ−ＭＩＮ（最大値−最小値）を算出して比較したところ、上記ケース５に相当する「ベタ／ライン補正あり」において最も画像濃度が安定していることが確認できた。この結果、ベタ／ライン比に応じた付加することで、画像パターンによるバラツキを抑えた補給制御が実現可能であることが確認できた。
【００５４】
第四に、現像装置１５Ｙ、１５Ｃ、１５Ｍ、１５Ｋ内のトナー濃度検出値からトナーの補給量を算出し、このトナー濃度検出値から算出したトナーの補給量を入力画像の画像面積率に連動させる。具体的には、上記式〔３〕のセンサ補給制御において、第２の補給係数α２を出力画像の画像面積率に連動させることにより、センサ補給制御による補給量も最適化を行う。
【００５５】
ここで、第２の補給係数α２の値は、下記の式〔７〕のように出力画像面積Ｐｘｌを転写紙サイズＳ[ｃｍ２]で割った値に比例させるようにする。Ｐｘｌ／Ｓの値は出力画像の転写紙に対する画像面積率に相当する。センサ補給量に画像面積率をかけ合わせることで、出力画像に適した補給量補正を実現した。
α２＝Ｐｘｌ／Ｓ×α４・・・〔７〕
この式で第４の補給係数α４は固定値である。
【００５６】
実際に効果を確かめるため、図３〜図５の結果を得たときの例に準じて画像面積率：５％、１０％、２０％、５０％、１００％について画像出力評価を行った。式〔７〕で第４の補給係数α４は１５０を使用しているが、この値は装置に応じて変わることがある。
【００５７】
ケース６：補給係数α２を出力画像の画像面積率に連動させない。つまり、トナー濃度検出値から算出したトナーの補給量を入力画像の画像面積率に連動させない場合であって、図８、図９において、「α４なし」と表示したケースである。
ケース７：補給係数α２を出力画像の画像面積率に連動させる。つまり、トナー濃度検出値から算出したトナーの補給量を入力画像の画像面積率に連動させる場合であって、図８、図９において、「α４あり」と表示したケースである。
【００５８】
上記各ケースと各画像面積率の組み合わせ毎に画像濃度のバラツキをみるため、ＭＡＸ−ＭＩＮ（最大値−最小値）を算出して比較したところ、ケース７の補給係数α２を出力画像の画像面積率に連動させる場合、つまり、トナー濃度検出値から算出したトナーの補給量を入力画像の画像面積率に連動させる場合において最も画像濃度が安定していることが確認できた。この結果から、補給係数α２を出力画像の画像面積率に連動させることで、特に画像面積率の低い領域での画像濃度安定性が向上し、画像濃度のバラツキがさらに改善することが確認できた。
【００５９】
第五に、高画質化のために現像剤に小粒径キャリアを使用する。キャリアが小粒径化することで、現像剤の嵩密度が高くなる。現像剤の嵩密度とは単位体積あたりの現像剤の充填率に相当する。キャリアが小粒径化することにより余分な空間が少なくなるため、嵩密度は高くなってくる。しかし、その分、現像剤の密閉度が高くなり、現像剤と補給用トナーとが混ざりにくいという弊害が発生する。
【００６０】
しかし、これまで述べた例における補給制御において、体積平均粒経が４０μｍ以下の小粒径のキャリアを使用しても安定した画像濃度を提供することが可能であり、高画質化の要求を満足した。
以上の例に示したように、出力画像で画像面積率やライン比率が変っても、過補給状態が発生するのを防止し、安定した画像濃度を提供する画像形成装置の実現が可能となった。また、高画質・高安定化を提供する画像形成装置の実現が可能となった。
【００６１】
以下に先行技術との比較例を述べる。先行技術では、出力画像の画素に応じてトナー補給量の上限値を決めているものがある。先行技術が出力画素の平均値、累計値から補給量の上限を決めているのに対して、本実施形態では、常に画像出力時もしくはその直前の画像の画素から補給量上限を決めている点が相違する。
【００６２】
トナー補給制御の最適な制御方法は、消費したトナー分だけ補給することである。ただし、実際には計算どおりに補正量を供給することは困難であり、過補給になるのを避けるため通常、補給量に上限処理を設けている。この上限処理で使用する上限値を固定値とした場合、トナー消費量が多い画像のときには補給不足になり、逆にトナー消費量が少ない画像のときは補給過多になり、画像濃度変動が生じてしまう。
【００６３】
この上限処理を出力画素の平均値から求めた場合、同等の画像面積率の画像だけを出力する場合は問題ないが、出力する画像の画像面積率が大きく変化するような場合、固定値にしたときと同じように供給不足、供給過多が発生してしまう。特にフルカラー画像を出力する装置においては、出力する画像で画像面積率の変動が大きく変化する。
【００６４】
例えば、カラーの画像面積率の低いエクセルデータなどを出力していた後、画像面積率の高いフルカラーの地図などを出力すると、画像面積率の低い状態で補給量上限値が設定されているため、補給不足になり、画像濃度変動が発生してしまう。図１０に一例を示す。この例では、画像面積率が約６倍（４％→２５％）に急増しても、その平均値は当初は１．５倍（４％→６％）に増加するに過ぎず、画像面積率の平均値の定数倍（ここでは１．２倍）に設定されている補給量上限値も１．５倍にしか増加しない。このため、画像面積率が急増してから暫くの間はトナー供給不足の状態が続いてしまい、その間に画像濃度低下が発生する。
【００６５】
特に近年はユニットの小型化により、現像剤の量も少なめにしているため、補給不足や補給過多により画像濃度変動やトナー飛散などが発生しやすくなっている。このような不具合を発生させないためにも、画像出力時に最適な補給量及び補給量上限値を設定するには、画像面積率の平均値や累計値などから補給量上限値を決めるのではなく、常時、出力画像の画像面積率に応じて補給量上限値を算出する必要がある。
【００６６】
第六に、画像面積が大きくなり、現像器内のトナーの多くが画像として使用され、フレッシュなトナーがトナー補給装置から補給される際、トナーが現像器内で充分に帯電されなくなる。その状況下では、トナーの帯電量が下がり、潜像へのトナー付着量が増加し、結果として画像濃度が上がる状態となる。この現象があるため、トナー補給量は画像面積が大きい時は画像面積とトナー補給量の上限値の関係を上限値が下がる方向にして、トナー補給量を抑える必要がある。
【００６７】
具体的には、前述したトナー補給量の上限値の式〔４〕を以下の式〔４ｂ〕のように変更して、入力画像の画像面積が大きくなるにつれて上限値の増加分を抑えるようにした。
Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＝１．２×Ｐ＿Ｐｘｌ（Ｐ＿Ｐｘｌ＜３１２）
Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＝１．０×Ｐ＿Ｐｘｌ＋６２．４（Ｐ＿Ｐｘｌ≧３１２）・・・〔４ｂ〕
【００６８】
このように、画像面積が所定の値を超えたときに、画像面積と補給量上限値の関係を変えて、画像面積あたりの補給量上限値を下げることにより、画像濃度の上昇を抑えることができる。
【００６９】
第七に、現像器内にさらに多くのトナーが補給されると、現像器内のトナーがキャリアと混合されないまま現像スリーブ上に移送され、潜像上にそのまま塊として落ちてしまう現象、いわゆるトナー落ちを防止するもので、所定量以上の補給量を制限することで対処する。
【００７０】
具体的には、補給量上限式〔４ｂ〕に下記の条件式〔４ｃ〕を追加する。
但し、Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＞５６０のときはＨ＿ｌｉｍｉｔ＝１１００・・・〔４ｃ〕
【００７１】
この条件が加わることで、トナー落ちを抑えることができる。また、トナー落ちが発生するほどのトナー補給を行うと、帯電されないままのトナーが多くなるため、画像濃度が上昇してしまう。そのため、式〔４ｃ〕の条件を加えることで、トナー補給量を制限し、補給トナーの帯電量を所定以上の値に安定させることが可能となり、画像濃度の上昇も抑えられる。
【００７２】
第八に、画像面積が小さくトナーが消費されない条件において、現像器内に滞留するトナーが消費されないまま攪拌され続けると、トナーの帯電量が上がり、潜像へのトナー付着量が低下し、結果としては画像濃度が下がる状態となる。このため、補給量の上限値の式のままでは、補給量が少なく制限されるため、画像濃度が低下する。
【００７３】
そこで、トナーが消費されにくい画像面積が小さい条件では、トナー補給量の上限値を画素に対して高めに設定する必要がある。また、トナーを全く消費していない条件下においても、現像剤が攪拌され続けるため、帯電量の増加を抑えるために一定量のトナー補給をした方がよいことがある。
【００７４】
具体的には、前述した補給量上限式〔４ｂ〕に対し、条件式〔４ｃ〕とともに、下記の条件式〔４ｄ〕を追加する。
但し、Ｈ＿ｌｉｍｉｔ＜１０のときはＨ＿ｌｉｍｉｔ＝１０・・・〔４ｄ〕
この条件式を用いてＨ＿ｌｉｍｉｔの下限を底上げすることで、トナーを全く消費していない時、あるいはトナーの消費が少なすぎる場合においても一定量のトナー補給が可能となり、画像濃度低下を抑えることができる。
【００７５】
次に、画像処理装置１０００に入力される画像データに対して所望の画像処理を施す場合のトナー補給制御について、具体例を挙げて説明する。
〈１〉画像処理が変倍の場合
ユーザが図示しない操作部より変倍率を指定すると、その属性情報１００３が画像情報変換部１００４に入力される。画像情報変換部１００４では、第一の画素情報１００２に対して変倍率を掛け合わせることにより第二の画素情報１００５に変換することで画素数もしくは画像面積率を求め、トナー消費量に換算しトナー補給量を算出する。つまり変倍を行うことにより転写紙に付着するトナー量が変化することに対応することを意味している。
【００７６】
本例では、式〔２〕のＰｘｌを変倍率に応じてＰｘｌ１に変換する。
縮小変倍の場合、Ｐｘｌ１は式〔８〕により算出する。
Ｐｘｌ１＝Ｐｘｌ×Ａ×０．０１・・・式〔８〕
この式でＡは変倍率[％]である。
【００７７】
拡大変倍の場合、拡大後の画像が転写紙に収まる場合は式〔８〕により算出する。一方、拡大後の画像が転写紙に収まらない場合は、原稿のどの部分が転写される範囲かを算出し、ドットが形成される面積に変倍率を掛け合わせる。即ち式〔９〕により算出する。
Ｐｘｌ１＝Ｐｘｌｃｕｔ×Ａ×０．０１・・・式〔９〕
この式でＰｘｌｃｕｔは原稿上の転写される範囲のドット画像面積[ｃｍ２]である。
【００７８】
〈２〉画像処理が集約の場合
ユーザが図示しない操作部より集約を指定すると、その属性情報１００３が画像情報変換部１００４に入力される。画像情報変換部１００４では、第一の画素情報１００２を集約の条件により第二の画素情報１００４に変換することで画素数もしくは画像面積率を求め、トナー消費量に換算しトナー補給量を算出する。つまり集約を行うことにより転写紙に付着するトナー量が変化することに対応することを意味している。
【００７９】
本例では、式〔２〕のＰｘｌを集約の条件に応じてＰｘｌ２に変換する。例えば２ＩＮ１の集約の場合、式〔１０〕により算出する。
Ｐｘｌ２＝（１枚目の原稿のＰｘｌ×Ｂ×０．０１）＋（２枚目の原稿のＰｘｌ×Ｂ×０．０１）・・・式〔１０〕
この式のＢは集約条件に応じた変倍率[％]（２ＩＮ１のとき：Ｂ＝５０）である。リピート、ダブルコピーについても同様にして算出する。
【００８０】
〈３〉画像処理が反転の場合
ユーザが図示しない操作部より反転を指定すると、その属性情報１００３が画像情報変換部１００４に入力される。画像情報変換部１００４では、第一の画素情報１００２を反転により第二の画素情報１００５に変換することで画素数もしくは画像面積率を求め、トナー消費量に換算しトナー補給量を算出する。つまり反転を行うことにより転写紙に付着するトナー量が変化することに対応することを意味している。
【００８１】
本例では、式〔２〕のＰｘｌを反転に応じてＰｘｌ３に変換する。変換式〔１１〕は以下のとおりである。
Ｐｘｌ３＝Ｐｘｌａｌｌ−Ｐｘｌ・・・式〔１１〕
この式のＰｘｌａｌｌは原稿の総画像面積[ｃｍ２]である。
【００８２】
〈４〉画像処理が消去の場合
ユーザが図示しない操作部より消去の条件を指定すると、その属性情報１００３が画像情報変換部１００４に入力される。画像情報変換部１００４では、第一の画素情報１００２を消去の条件により第二の画素情報１００４に変換することで画素数もしくは画像面積率を求め、トナー消費量に換算しトナー補給量を算出する。つまり消去を行うことにより転写紙に付着するトナー量が変化することに対応することを意味している。
【００８３】
本例では、式〔２〕のＰｘｌを消去の条件に応じてＰｘｌ４に変換する。変換式〔１２〕は下記のとおりである。
Ｐｘｌ４＝Ｐｘｌ−Ｐｘｌｅｒａ・・・式〔１２〕
この式のＰｘｌｅｒａは消去分の画像面積[ｃｍ２]である。
【００８４】
〈５〉画像処理が印字の場合
ユーザが図示しない操作部より印字を指定すると、その属性情報１００３が画像情報変換部１００４に入力される。画像情報変換部１００４では、第一の画素情報１００２を印字の条件により第二の画素情報１００４に変換することで画素数もしくは画像面積率を求め、トナー消費量に換算しトナー補給量を算出する。つまり印字を行うことにより転写紙に付着するトナー量が変化することに対応することを意味している。
【００８５】
本例では、式〔２〕Ｐｘｌを印字の条件に応じてＰｘｌ５に変換する。変換式〔１３〕は下記のとおりである。
Ｐｘｌ４＝Ｐｘｌ＋Ｐｘｌｓｔａ・・・式〔１３〕
この式のＰｘｌｓｔａは印字分の画像面積[ｃｍ２]である。
【００８６】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、画素補給制御とセンサ補給制御とを組み合わせたトナー補給制御を行う画像形成装置において、入力画像データに対し、画像の変倍、集約、反転、消去、印字などのような所望の画像処理を施し、その画像処理後の画像データに基づいて画像形成を行う場合でも、入力画像データの画素情報を取得し、画像処理を表す属性情報に基づいて、入力画像データの画素情報を画像処理後の画像データの画素情報に変換し、その画素情報に基づいてトナー補給量を計算することにより、適切なトナー補給量の上限値を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を示した図である。
【図２】図１の画像処理装置の概略構成を示した図である。
【図３】出力画像の画像面積率を例示した図である。
【図４】条件を異ならせて画像形成したときの画像濃度を比較した表である。
【図５】図４の表をグラフ化して示した図である。
【図６】条件を異ならせて画像形成したときの画像濃度を比較した表である。
【図７】図６の表をグラフ化して示した図である。
【図８】条件を異ならせて画像形成したときの画像濃度を比較した表である。
【図９】図８の表をグラフ化して示した図である。
【図１０】画像濃度低下発生条件を例示した比較例の説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１５Ｙ，１５Ｃ，１５Ｍ，１５Ｋ・・・現像装置、４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ・・・感光体、１０００・・・画像処理装置、１００３・・・画素情報取得ブロック。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
2009159490.tif 000011
【図１０】
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