JP2005189731A - 画像形成装置、トナーカウンタおよびトナー消費量算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置において消費されるトナーの量を精度よく求める。
【解決手段】 与えられた画像信号に対する信号処理の内容は装置の状況により異なる。これに起因して階調データとトナー消費量との相関性が変動することに鑑み、階調データの積算値に乗じる係数を信号処理の内容に応じて設定する。例えば、信号処理として階調補正を実行する装置において、階調レベルに対し画像濃度が高めに出る特性（２）を有する場合には、トナー消費量も多いので、ほぼ直線的な特性（１）を有する装置より係数を大きく設定する。反対に、画像濃度が低くトナー消費量が少なくなる特性（３）を有する場合には、係数を小さく設定する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、画像形成装置におけるトナーの消費量を算出する技術に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ装置など、トナーを使用して画像を形成する電子写真方式の画像形成装置においては、与えられた画像信号に対して種々の信号処理が施されている。この信号処理は、装置の構成やその特性に左右されず与えられた画像信号に忠実な画像を形成するために行われる。例えば、ホストコンピュータからのカラー画像信号に対応してカラー画像を形成するカラープリンタにおいては、与えられた画像信号に対して色変換、階調補正、ハーフトーニング処理などの信号処理が施され、最終的に形成すべきトナードットを表す多値信号が生成される。そして、この多値信号に基づいて、感光体を露光する露光ビームを制御することで感光体上に画像信号に対応した静電潜像を形成し、これをトナーにより顕像化することにより、与えられた画像信号に対応したカラー画像を得ている。

こうして生成される多値信号あるいはこの多値信号により制御される露光ビームの照射時間と、それに基づく画像形成において消費されるトナー量との間には一定の相関性があることが知られている。そこで、この多値信号あるいは露光ビームの照射時間を積算することによってトナー消費量を求める技術が従来より提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−１６２８００号公報（図１）

上記した信号処理の内容には、装置固有の構成や特性が反映されている。というのは、上記信号処理は、装置構成や特性の差異が最終的な画像の品質に及ぼす影響を抑制するために行われるものだからである。また、例えば文字を主体とした画像に好適な信号処理の内容と、グラフィック画像に好適な処理内容とは必ずしも同じではなく、画像品質を最適化するためには、画像の種類によっても処理内容を異ならせる必要がある。つまり、信号処理の結果として得られる多値信号には、当該装置特有の構成および特性などにより変動する要素が含まれている。一方、このような信号処理を行うことによって、最終的に得られる画像の品質は安定しており、その結果、画像形成に使用されるトナー量もさほど変動しない。したがって、信号処理の結果として得られる多値信号を単純に積算しただけでは、実際の画像形成に使用されるトナーの量を精度よく求められない場合があった。

その一方で、装置に充填されたトナーを無駄にすることなくできるだけ有効に使用し、しかもトナーの残量不足に起因する画像品質の劣化をも防止したいという要求が強まっている。そのため、装置におけるトナー消費量あるいは装置内のトナー残量をより精度よく算出するための技術の確立が望まれている。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、画像形成装置において消費されるトナーの量を精度よく求めることを目的とする。

この発明にかかる画像形成装置は、画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置において、上記目的を達成するため、画像信号に信号処理を施してトナードットに関する多値信号を生成し出力する信号処理手段と、前記多値信号に応じたトナードットを形成することによって前記画像信号に対応するトナー像を形成する像形成手段と、前記多値信号に基づいて前記像形成手段におけるトナー消費量を算出するトナー消費量算出手段とを備え、前記トナー消費量算出手段は、前記信号処理手段による前記信号処理の内容に対応した所定の補正情報に基づいて前記多値信号の値を補正積算することによって前記トナー消費量を算出することを特徴としている。

また、この発明にかかるトナーカウンタおよびトナー消費量算出方法は、画像信号に信号処理を施してトナードットに関する多値信号を生成し、前記多値信号に応じたトナードットを形成することによって前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置に用いられるトナーカウンタおよび該装置におけるトナー消費量算出方法において、上記目的を達成するため、前記信号処理の内容に対応した所定の補正情報に基づいて前記多値信号の値を補正積算することによって前記トナー消費量を算出することを特徴としている。

本発明において、「トナードットに関する多値信号」とは、トナードットの集合体としてのトナー像を形成する画像形成装置において、各トナードットそれぞれについて、その形成すべき大きさや濃淡などを表す信号を意味している。この多値信号は、数値で表される場合のほか、形成すべきトナードットの大きさや濃淡に対応してパルス幅やパルス数、振幅などが変化するアナログ信号として定義されてもよい。また、「補正積算」という語は、「多値信号を補正情報により補正した上で積算する」という概念と、「多値信号の積算値を補正情報により補正する」という概念との双方を含んでいる。また、ここでいう「画像信号」は、当該画像形成装置と接続された外部装置、例えばホストコンピュータやファクシミリ送信装置などから送られてくる信号のほか、与えられた原稿画像の読み取り結果に基づき画像形成装置の内部で生成される信号であってもよい。

上記のように構成された発明では、画像形成装置の構成や特性に対応する信号処理の内容に応じて、多値信号の値が補正積算されてトナー消費量が求められる。そのため、実際に画像形成のために消費されたトナーの量を精度よく求めることが可能である。

ここで、信号処理の内容としては、例えば、当該画像形成装置のガンマ特性に応じて行う階調補正がある。この種の画像形成装置では、与えられた画像信号が同一であっても、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化により画像濃度が変動し、これによりトナー消費量も変動する。階調補正では、装置のガンマ特性の影響を加味した信号処理を行うことで、このような画像濃度の変動を抑制する。つまり、信号処理により得られる多値信号には装置のガンマ特性が織り込まれており、その値を積算しただけではトナー消費量を正しく求めることができない。このような装置では、階調補正の処理内容に応じて多値信号の値を補正積算することで、トナー消費量を精度よく求めることが可能となる。例えば、当該画像形成装置のガンマ特性に応じて前記補正情報を設定し、その補正情報に基づきトナー消費量を算出するようにすれば、トナー消費量を精度よく求めることができる。

また、上記のように構成された画像形成装置において、前記像形成手段により形成されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて、当該画像形成装置のガンマ特性に応じた前記補正情報を設定する設定手段をさらに備えてもよい。すなわち、装置のガンマ特性は形成されたトナー像の濃度に反映されているので、実際にトナー像を形成しその濃度検出結果に基づいて補正情報の設定を行うことで、装置の特性に即した適切な補正情報の設定が可能である。

また、例えば、前記多値信号の値を累積加算した値と、前記補正情報としての補正係数とを乗じて前記トナー消費量を算出することができる。１台の装置では、多値信号の積算値とトナー消費量との間には概ね比例関係が成立するから、多値信号の積算値に比例定数を乗じることでおおよそのトナー消費量を求めることができる。ただし、その比例定数は、装置の特性や画像の種類に応じて実行される信号処理の内容によって異なるので、信号処理の内容に応じた比例係数を設定することで、より精度よくトナー消費量を求めることが可能となる。

さらに、その乗算結果に、当該画像形成装置の使用状況に応じたオフセット値を加えて前記トナー消費量を算出するようにしてもよい。この種の画像形成装置では、画像を形成するために消費されるトナーの他に、装置内部に飛散したり、装置を動作させる上で内部的に消費されるなど、画像形成に直接寄与しないトナー消費が不可避的に存在する。そこで、これらのトナー消費量に対応するオフセット値を上記乗算結果に加えることで、算出の精度を向上させることができる。

図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態の構成を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置１は、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（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置１では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置１本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色の帯電トナーを担持するとともに所定の現像バイアスを印加された金属製の現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、当該現像器に関する情報を記憶するための不揮発性メモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。そして、各現像器に設けられたコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋのうち必要に応じて選択された１つと、本体側に設けられたコネクタ１０９とが互いに接続され、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１とメモリ９１〜９４との間で通信が行われる。こうすることで、各現像器に関する情報がＣＰＵ１０１に伝達されるとともに、各メモリ９１〜９４内の情報が更新記憶される。

上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０およびクリーナ７６が設けられている。濃度センサ６０は、必要に応じ、中間転写ベルト７１上に形成されるトナー像を構成するトナー量を光学的に検出する。すなわち、濃度センサ６０は、トナー像に向けて光を照射するとともに該トナー像からの反射光を受光し、その反射光量に応じた信号を出力する。クリーナ７６は、中間転写ベルト７１に対し離当接自在に構成され、必要に応じて中間転写ベルト７１に当接することで、該ベルト７１上の残留トナーを掻き落とす。

また、この装置１では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

図３はこの装置における信号処理ブロックを示す図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータ１００などの外部装置から画像信号が入力されると、メインコントローラ１１がその画像信号に対し所定の信号処理を施す。メインコントローラ１１は、色変換部１１４、階調補正部１１５、ハーフトーニング部１１６、パルス変調部１１７、階調補正テーブル１１８および補正テーブル演算部１１９などの機能ブロックを備えている。

また、エンジンコントローラ１０は、図２に示すＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０６、ＲＡＭ１０７以外に、露光ユニット６に設けられたレーザ光源を駆動するためのレーザドライバ１２１と、濃度センサ６０の検出結果に基づきエンジン部ＥＧのガンマ特性を示す階調特性を検出する階調特性検出部１２３を備えている。

なお、メインコントローラ１１およびエンジンコントローラ１０においては、これらの各機能ブロックはハードウェアにより構成されてもよく、またＣＰＵ１１１、１０１により実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

ホストコンピュータ１００から画像信号が与えられたメインコントローラ１１では、色変換部１１４がその画像信号に対応する画像内の各画素のＲＧＢ成分の階調レベルを示したＲＧＢ階調データを、対応するＣＭＹＫ成分の階調レベルを示したＣＭＹＫ階調データへ変換する。この色変換部１１４では、入力ＲＧＢ階調データは例えば１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）であり、出力ＣＭＹＫ階調データも同様に１画素１色成分当たり８ビット（つまり２５６階調を表す）である。色変換部１１４から出力されるＣＭＹＫ階調データは階調補正部１１５に入力される。

この階調補正部１１５は、色変換部１１４から入力された各画素のＣＭＹＫ階調データに対し階調補正を行う。すなわち、階調補正部１１５は、不揮発性メモリに予め登録されている階調補正テーブル１１８を参照し、その階調補正テーブル１１８にしたがい、色変換部１１４からの各画素の入力ＣＭＹＫ階調データを、補正された階調レベルを示す補正ＣＭＹＫ階調データに変換する。この階調補正の目的は、上記のように構成されたエンジン部ＥＧのガンマ特性変化を補償して、この画像形成装置の全体的ガンマ特性を常に理想的なものに維持することにある。

こうして補正された補正ＣＭＹＫ階調データは、ハーフトーニング部１１６に入力される。このハーフトーニング部１１６は誤差拡散法、ディザ法、スクリーン法などのハーフトーニング処理を行い、１画素１色当たり８ビットのハーフトーンＣＭＹＫ階調データをパルス変調部１１７に入力する。ハーフトーニング処理の内容は、形成すべき画像の種類により異なる。すなわち、その画像がモノクロ画像かカラー画像か、あるいは線画かグラフィック画像かなどの判定基準に基づき、その画像に最適な処理内容が選択され実行される。

このパルス変調部１１７に入力されたハーフトーニング後のＣＭＹＫ階調データは、各画素に付着させるべきＣＭＹＫ各色のトナードットのサイズおよびその配列を示す多値信号であり、かかるデータを受け取ったパルス変調部１１７は、そのハーフトーンＣＭＹＫ階調データを用いて、エンジン部ＥＧのＣＭＹＫ各色画像の露光レーザパルスをパルス幅変調するためのビデオ信号を作成し、図示を省略するビデオインターフェースを介してエンジンコントローラ１０に出力する。そして、このビデオ信号を受けたレーザドライバ１２１が露光ユニット６の半導体レーザをＯＮ／ＯＦＦ制御して各色成分の静電潜像を感光体２２上に形成する。このようにして画像信号に対応した画像形成を行う。

また、この種の画像形成装置では、装置のガンマ特性が装置個体ごとに、また同一の装置においてもその使用状況によって変化する。そこで、このようなガンマ特性のばらつきが画像品質に及ぼす影響を除くため、所定のタイミングで、前記した階調補正テーブル１１８の内容を画像濃度の実測結果に基づいて更新する階調制御処理を実行する。

この階調制御処理では、各トナー色毎に、ガンマ特性を測定するために予め用意された階調補正用の階調パッチ画像がエンジン部ＥＧによって中間転写ベルト７１上に形成され、各階調パッチ画像の画像濃度を濃度センサ６０が読み取り、その濃度センサ６０からの信号に基づき階調特性検出部１２３が各階調パッチ画像の階調レベルと、検出した画像濃度とを対応させた階調特性（エンジン部ＥＧのガンマ特性）を作成し、メインコントローラ１１の補正テーブル演算部１１９に出力する。そして、補正テーブル演算部１１９が、階調特性検出部１２３から与えられた階調特性に基づき、実測されたエンジン部ＥＧの階調特性を補償して理想的な階調特性を得るための階調補正テーブルデータを計算し、階調補正テーブル１１８の内容をその計算結果に更新する。こうして階調補正テーブル１１８を変更設定する。こうすることで、この画像形成装置では、装置のガンマ特性のばらつきや経時変化によらず、安定した品質で画像を形成することができる。

次に、この画像形成装置において、各現像器４Ｙ等に貯留されたトナーが画像形成によって消費された量を算出する方法について説明する。この画像形成装置では、トナー消費量を求めるために、図３に示すように、メインコントローラ１１内においてハーフトーニング部１１６からパルス変調部１１７に与えられる多値信号であるハーフトーンＣＭＹＫ階調データの階調値を積算するドットカウンタ２０１と、そのカウント値に基づいてトナー消費量を算出するトナーカウンタ２０２とが設けられている。

この種の画像形成装置では、形成する各トナードットごとのトナー消費量を積算して画像全体あるいは装置全体としてのトナー消費量を求めることが従来より行われている。各トナードットごとのトナー消費量は、露光ビームＬによる露光時間に概ね比例するので、その発光時間を検出し積算するほか、その光源を制御する変調信号のパルス幅またはパルス変調のための階調データの階調値など、形成すべきトナードットに関する多値信号を積算することによって求めることができる。露光源の発光時間を直接検出することは容易でなく、それに対応する多値信号の値を積算する方法がより現実的である。そこで、この画像形成装置では、上記したように、パルス変調部１１７に入力されるハーフトーンＣＭＹＫ階調データの階調値をドットカウンタ２０１により積算することで、トナー消費量を求めている。

ただし、前述したように、この種の画像形成装置では、装置の使用状況や画像の種類によって信号処理の内容が異なる。そのため、同一の画像信号が与えられた場合でも、パルス変調部１１７に与えられる階調データは常に同じではない。これに起因して、トナー消費量も必ずしも一律ではない。そこで、この実施形態では、信号処理ブロック（図３）における信号処理の内容に応じてドットカウンタ２０１による積算値を補正した上で、トナー消費量を算出する。ここでは、信号処理ブロックにおける信号処理のうち、装置のガンマ特性によって処理内容が変化する階調補正を例にとり、その処理内容によらずトナー消費量を精度よく求める方法について説明する。

図４は装置のガンマ特性の例を示す図である。入力された画像信号に忠実な画像を形成するためには、図４の曲線（１）に示すように、元の画像信号により規定される入力階調レベル（色変換部１１４から階調補正部１１５に与えられるデータが有する階調レベル）に対して、実際の画像濃度ができるだけ直線に近い関係で変化することが望ましい。しかしながら、実際の装置では、曲線（２）に示すように上に凸の曲線となったり、逆に、曲線（３）に示すように下に凸の曲線となったりする。ここで、曲線（２）のような特性を有する装置では、同一の画像信号に対して形成される画像の濃度が他の特性を有する装置よりも高く、これに伴ってトナー消費量も多い。一方、曲線（３）のような特性を有する装置では、他の特性を有する装置よりも画像濃度が低く、トナー消費量も少なくなる。

この装置では、与えられた画像信号に対し階調補正を行っているので、ガンマ特性のばらつきに起因するこのような画像濃度のばらつきは抑えられている。つまり、階調補正部１１５は、曲線（２）のような特性を有し高濃度が出やすい装置に対しては、階調値を低めに補正した階調データを出力する一方、曲線（３）のような特性を有し低濃度が出やすい装置に対しては、階調値を高めに補正した階調データを出力することで、ガンマ特性の影響が画像濃度に現れるのを防止している。したがって、この装置では、同一の画像信号に対応する画像形成におけるトナー消費量は装置個体やその使用状況によらずほぼ一定とすることが可能である。

しかしながら、この場合のドットカウンタ２０１による積算値は同じではない。というのは、与えられた画像信号は同一であっても、積算すべき階調データは一律でなく、上記したように、装置のガンマ特性に応じた補正を受けたものであるからである。したがって、この積算値を補正せずそのまま使ってトナー消費量を求めると、実際の消費量とは異なる結果となってしまう場合がある。

このように、信号処理の内容が一律でなく、装置ごとにあるいはその使用状況により変動する画像形成装置では、階調データの積算値からトナー消費量を精度よく求めるためにはその信号処理の内容に応じた補正を行う必要がある。このことは、例えばパルス変調信号のパルス幅や露光源の発光時間を積算する方法においても成り立つ。例えば、露光源の発行時間と、トナー消費量との間には概ね比例関係が成立するが、その比例定数は一定ではなく、装置のガンマ特性に対応して装置ごとにあるいはその使用状況により異なっている。したがって、発光時間の積算値から精度よくトナー消費量を求めるためには、階調補正処理の処理内容に応じた補正が必要となる。具体的には、トナーカウンタ２０２は次のようにして積算値を補正しトナー消費量を算出する。

図５はトナーカウンタにおけるトナー消費量算出処理を示すフローチャートである。トナーカウンタ２０２は、必要に応じて、所定の画像形成枚数ごとに、あるいはジョブ単位や１日単位など所定のタイミングで図５に示す処理を実行し、その間のトナー消費量を算出する。トナーカウンタ２０２は、まずドットカウンタ２０１からその間のドットカウント値Ｃdot、つまりハーフトーニング部１１６から出力されるハーフトーンＣＭＹＫ階調データの階調値を積算した値を読み出す（ステップＳ１）。次いで、当該装置の階調補正特性に応じた補正係数Ｋを設定する（ステップＳ２）。この補正係数Ｋとは、ドットカウント値Ｃdotとトナー消費量との間の比例定数であり、ドットカウント値１カウントあたりのトナー消費量に相当する数値であるが、その値は装置の階調補正特性によって異なる。この補正係数Ｋをどのように設定するかについては後に詳述する。

次いで、トナーカウンタ２０２は装置の使用状況に応じたオフセット値Ｃoffを設定する（ステップＳ３）。このオフセット値とは、与えられた画像信号に対応した画像形成に寄与しない形で消費されたトナー量に相当する値である。このようなトナーとしては、現像ローラ４４から離脱し、感光体２２に付着してカブリを生じさせたり装置内部に飛散するトナーや、装置の性能維持のための制御動作において装置内部で消費されるトナーなどがある。このようにして消費されるトナーの量は装置の稼働時間や画像形成枚数、装置の動作条件などと相関があるので、エンジンコントローラ１０により管理されているこれらの情報に基づいて、当該期間におけるトナー消費量を推定しオフセット値Ｃoffとする。

そして、これらの値から、当該期間の全トナー消費量ＴＣを算出する（ステップＳ４）。すなわち、次式：
ＴＣ＝Ｋ・Ｃdot＋Ｃoff
によりトナー消費量ＴＣを算出する。こうして求められたトナー消費量については、エンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１が管理しており、必要に応じて、ＲＡＭ１０７あるいは各現像器４Ｙ等のメモリ９１等に記憶させる。また、求められたトナー消費量の値から各現像器のトナー残量を推定することが可能であり、現像器内のトナー残量が所定値以下まで減少したと判断されるときには表示部１２に現像器の交換を促すメッセージを表示させるなど、装置の消耗品管理に役立てることができる。

次に、ステップＳ２における補正係数Ｋの設定の仕方について説明する。この装置では、所定のタイミングでトナー消費量を求める際、補正係数Ｋを更新設定することにより、信号処理の内容によらず、トナー消費量を精度よく求めることができるようにしている。この実施形態では、テスト用のパッチ画像を実際に形成し、装置のガンマ特性を反映したパッチ画像の濃度検出結果に基づいて補正係数Ｋを定める。なお、前述したように、この画像形成装置では、装置の実態に合わせて階調補正テーブル１１８を更新する階調制御処理を行うために、パッチ画像の形成およびその濃度検出を行っている。補正係数Ｋを定める際にもこの濃度検出結果を活用することができるので、補正係数Ｋの設定のために別途パッチ画像を形成する必要はない。

図６はパッチ画像濃度に基づく補正係数設定の原理を示す図である。この実施形態では、所定の階調レベルで形成されたパッチ画像の画像濃度を、当該画像における標準的な画像濃度として予め設定された値と比較する。例えば、階調レベル５０％（２５６段階における第１２８段階）のパッチ画像の濃度を、その標準的な濃度として予め設定された値Ｄ50と比較する。その結果に基づいて、当該装置のガンマ特性が理想（図６の破線で示す直線）に近いものであるか（図６の曲線（１））、あるいは高濃度側（曲線（２））、低濃度側（曲線（３））のいずれに偏っているかを判定し、その判定結果に応じて補正係数Ｋを設定する。

図７は階調制御処理を示すフローチャートであり、図８はパッチ画像の例を示す図である。ＣＰＵ１０１により実行される図７に示す階調制御処理では、まず階調値が互いに異なるいくつかのパッチ画像を形成する（ステップＳ１０１）。例えば、図８に示すように、階調値がそれぞれ１０，２５，５０，７５および９０％の計５個のパッチ画像Ｐ10，Ｐ25，Ｐ50，Ｐ75およびＰ90を形成する。なお、ここでいうパッチ画像の階調値は、ハーフトーニング部１１６から出力されるハーフトーン階調データの階調値であって、図４における入力階調レベル（色変換部１１４に入力されるデータの階調値）とは異なることに注意を要する。このようにすることで、これらのパッチ画像の濃度検出結果は、階調補正が施されない状態での装置のガンマ特性、すなわちエンジン部ＥＧの「裸の」ガンマ特性を反映したものとなるので、この結果を用いて階調補正テーブル１１８の更新を行うことで、より装置の実態に応じた階調補正が可能となる。

図７に戻って階調制御処理の説明を続ける。こうして形成された各パッチ画像については、濃度センサ６０によりその画像濃度を検出する（ステップＳ１０２）。そして、その濃度検出結果に基づいて、入力階調レベルに対する最終的な画像の階調レベルがほぼ線形となるように、階調補正テーブル１１８を更新設定する（ステップＳ１０３）。こうすることで、以後の画像形成動作では、装置のガンマ特性によらず画像信号に忠実な画像を形成することができる。

続いて、各パッチ画像のうち階調値５０％でのパッチ画像Ｐ50の濃度検出結果に基づき、ガンマ特性に対応する当該装置の「ランク」を判定し（ステップＳ１０４）、その判定結果に基づき補正係数Ｋを設定する（ステップＳ１０５）。具体的な設定方法について、再び図６を参照しながら説明する。

階調値５０％の階調データに基づきエンジン部ＥＧが画像形成を行ったとき、その画像濃度は必ずしも標準濃度Ｄ50とはならず、エンジン部ＥＧのガンマ特性を反映してこれより高濃度となったり低濃度となったりする場合がある。つまり、パッチ画像Ｐ50の濃度が標準濃度Ｄ50より高いとき、その装置は、図６の曲線（２）に示すように、上に凸のガンマ特性を有している。したがって、この装置では、比較的高濃度が出やすくトナー消費量も多くなる傾向を有している。逆に、パッチ画像Ｐ50の濃度が標準濃度Ｄ50より低い装置は、図６の曲線（３）に示すように、下に凸のガンマ特性を有しているので、比較的低濃度が出やすくトナー消費量が少ない。このような濃度変動を抑えるため、階調補正後の階調データは、画像濃度が高めの装置では低め、画像濃度が低めの装置では高めの値に補正されている。そこで、パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果が高濃度であった装置では、低濃度であった装置よりも補正係数Ｋを大きく設定すれば、より装置の実態に即した精度の高いトナー量算出が可能である。

すなわち、パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果が高濃度であった装置ほど、補正係数Ｋを大きくする必要がある。そこで、この実施形態では、画像濃度を３段階にランク分けし、パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果がどのランクに属しているかによって補正係数Ｋを定める。具体的には、図６に示すように、パッチ画像Ｐ50の標準濃度Ｄ50を中心として、装置のガンマ特性がほぼ線形であるとみなしてよい上限濃度Ｄupおよび下限濃度Ｄlowを定めておき、濃度検出結果をこれらの値と比較してランクを判断する。

図９はこの実施形態における補正係数の設定値を示す図である。パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果が、上限濃度Ｄupと下限濃度Dlowとの間のランクＲ1に属するとき、エンジン部ＥＧのガンマ特性は図６の曲線（１）に示すようにほぼ直線的である。このときの補正係数Ｋは０．５０２とする。一方、パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果が上限濃度Dｕｐより大きいランクＲ2に属するとき、エンジン部ＥＧのガンマ特性は図６の曲線（２）に示すように上に凸である。このときの補正係数Ｋは、上記より大きな値０．５５４とする。逆に、パッチ画像Ｐ50の濃度検出結果が下限濃度Dlowより小さいランクＲ3に属するとき、エンジン部ＥＧのガンマ特性は図６の曲線（３）に示すように下に凸であるから、このときの補正係数Ｋは、最も小さな値０．４５１とする。

なお、図９の表における第２列（D50に対応する階調値ランク）は、別の考え方によるランク分けを示している。すなわち、この実施形態では、次のようにして補正係数Ｋを設定してもよい。

図１０はパッチ画像濃度に基づく補正係数設定の他の方法を示す図である。種々の階調値でのパッチ画像の濃度検出結果から、当該装置におけるガンマ特性を推定することができる。このことから逆に、所望の画像濃度を得るためには、如何なる階調値の階調データをパルス変調部１１７に与えればよいかを推定することができる。

そこで、ある濃度、例えば濃度Ｄ50に対応する階調データの階調値によって、装置の特性をランク分けし、そのランクによって補正係数Ｋを定める。図１０の例では、階調データの階調値を３段階にランク分けしている。曲線（１）に示すように、直線に近い特性を有する装置では、濃度Ｄ50に対応する階調値は５０％に近い数値であり、この装置は中央のランクＩに分類される。また、曲線（２）および（３）に示すような特性を有する装置は、それぞれランクIIIおよびランクIIに分類される。ここでは、画像濃度が高く出やすい装置ほど、階調値のランクとしては低い方に分類されることとなる。こうして分類された装置のガンマ特性にしたがい、図９に示すように、補正係数Ｋを設定することができる。

図１１はこの実施形態におけるトナー消費量の計算結果を示すグラフである。上記のようにして補正係数Ｋを定めるトナーカウンタ２０２を備える画像形成装置において、種々の条件で画像形成を行い、トナーカウンタ２０２で算出されたトナー消費量とその実測値とを比較したところ、図１１（ａ）に示すように、両者の間に高い相関性（相関係数Ｒ^２＝０．９９３４）がみられ、この方法によりトナー消費量を精度よく求められることが確認された。一方、装置のガンマ特性によらず補正係数Ｋを一定とした場合には、図１１（ｂ）に示すように、トナーカウンタ２０２による計算結果は実測されたトナー消費量とあまり一致しなかった（相関係数Ｒ^２＝０．６１２２）。

以上のように、上記した画像形成装置の実施形態では、与えられた画像信号に対応して生成された、各トナードットごとの階調データの階調値に基づいてトナー消費量を求める。すなわち、階調値を積算した値に比例定数を乗じてトナー消費量とする。その際に、信号処理の内容により階調データが異なった値となることを考慮して、その比例定数を信号処理（ここでは階調補正）の内容に応じて設定しているので、処理の内容によらず、画像形成に消費されたトナーの量を精度よく求めることができる。階調補正特性を左右する装置のガンマ特性については、パッチ画像の濃度検出結果に基づいて推定することが可能である。

また、画像形成以外に消費されたトナーの量に相当するオフセット値を加えることで、装置全体としてのトナー消費量をより精度よく求めることが可能となる。

このように、本発明にかかる画像形成装置、トナーカウンタおよびトナー消費量算出方法によれば、画像形成装置において消費されるトナーの量を、信号処理の処理内容によらず、精度よく求めることができる。

以上説明した実施形態においては、エンジン部ＥＧが本発明の「像形成手段」として機能している。また、エンジンコントローラ１０に設けられたトナーカウンタ２０２が、本発明の「トナー消費量算出手段」および「トナーカウンタ」に相当する。また、ドットカウント値に乗じる係数Ｋが本発明の「補正情報」であり「補正係数」である。さらに、階調制御処理を実行しパッチ画像の濃度検出結果から補正係数を定めるＣＰＵ１０１が、本発明の「設定手段」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、装置のガンマ特性によって処理内容が変化する階調補正について、その処理内容によらずトナー消費量を精度よく求める方法について説明したが、画像形成装置における信号処理において、その処理内容が変化するのは階調補正に限られない。この他にも、例えば上記したように、形成すべき画像の種類によって実行されるハーフトーニング処理の内容は異なる。このような処理内容の変化に対しても、それに応じた補正をトナー消費量算出の際に行うことによって、トナー消費量を精度よく求めることが可能となる。

また、例えば、上記実施形態では、装置のガンマ特性を３段階にランク分けし、そのランクに応じて補正係数を設定するようにしているが、これに限定されず、さらに細かいランク分けをするようにしてもよい。また、ガンマ特性に対応する数値を用いた演算によって補正係数を定めるようにしてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、階調値５０％のパッチ画像Ｐ50の濃度検出結果によって補正係数Ｋを定めているが、他の階調値のパッチ画像を用いて補正係数を定めてもよい。ただし、装置の実態に合わせた補正係数を設定するためには、装置のガンマ特性および信号処理の内容が画像濃度に反映されやすいハーフトーントナー像を用いるのが好ましい。

さらに、上記実施形態の構成に限定されず、例えばブラック色トナーに対応した現像器のみを備えモノクロ画像を形成する装置や、中間転写ベルト以外の転写媒体（転写ドラム、転写シートなど）を備える装置、さらには複写機、ファクシミリ装置など他の画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

この発明にかかる画像形成装置の構成を示す図である。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。 この装置における信号処理ブロックを示す図である。 装置のガンマ特性の例を示す図である。 トナーカウンタにおけるトナー消費量算出処理を示すフローチャートである。 パッチ画像濃度に基づく補正係数設定の原理を示す図である。 階調制御処理を示すフローチャートである。 パッチ画像の例を示す図である。 この実施形態における補正係数の設定値を示す図である。 パッチ画像濃度に基づく補正係数設定の他の方法を示す図である。 この実施形態におけるトナー消費量の計算結果を示すグラフである。

符号の説明

２…感光体カートリッジ、 ４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…現像器、 １０１…ＣＰＵ（設定手段）、 ２０１…ドットカウンタ、 ２０２…トナーカウンタ（トナー消費量算出手段）、 ＥＧ…エンジン部（像形成手段）

Claims (11)

1. 画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置において、
   画像信号に信号処理を施してトナードットに関する多値信号を生成し出力する信号処理手段と、
   前記多値信号に応じたトナードットを形成することによって前記画像信号に対応するトナー像を形成する像形成手段と、
   前記多値信号に基づいて前記像形成手段におけるトナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と
   を備え、
   前記トナー消費量算出手段は、前記信号処理手段による前記信号処理の内容に対応した所定の補正情報に基づいて前記多値信号の値を補正積算することによって前記トナー消費量を算出する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記信号処理手段は、当該画像形成装置のガンマ特性に応じ階調補正した前記多値信号を出力する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費量算出手段は、当該画像形成装置のガンマ特性に応じて設定された前記補正情報に基づき前記トナー消費量を算出する請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記像形成手段により形成されたパッチ画像としてのトナー像の濃度検出結果に基づいて、当該画像形成装置のガンマ特性に応じた前記補正情報を設定する設定手段をさらに備える請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記トナー消費量算出手段は、前記多値信号の値を累積加算した値と、前記補正情報としての補正係数とを乗じて前記トナー消費量を算出する請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記トナー消費量算出手段は、前記乗算結果に、当該画像形成装置の使用状況に応じたオフセット値を加えて前記トナー消費量を算出する請求項５に記載の画像形成装置。
7. 画像信号に信号処理を施してトナードットに関する多値信号を生成し、前記多値信号に応じたトナードットを形成することによって前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置に用いられるトナーカウンタにおいて、
   前記信号処理の内容に対応した所定の補正情報に基づいて前記多値信号の値を補正積算することによって前記トナー消費量を算出することを特徴とするトナーカウンタ。
8. 画像信号に信号処理を施してトナードットに関する多値信号を生成し、前記多値信号に応じたトナードットを形成することによって前記画像信号に対応するトナー像を形成する画像形成装置におけるトナー消費量算出方法において、
   前記信号処理の内容に対応した所定の補正情報に基づいて前記多値信号の値を補正積算することによってトナー消費量を算出することを特徴とするトナー消費量算出方法。
9. 当該画像形成装置のガンマ特性に応じて前記補正情報を設定する請求項８に記載のトナー消費量算出方法。
10. 前記多値信号の値を累積加算した値と、前記補正情報としての補正係数とを乗じて前記トナー消費量を算出する請求項８または９に記載のトナー消費量算出方法。
11. 前記乗算結果に、当該画像形成装置の使用状況に応じたオフセット値を加えて前記トナー消費量を算出する請求項１０に記載のトナー消費量算出方法。

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