JP4825067B2 - トナー補給方法、トナー補給装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部にトナーを補給するトナー補給方法、およびトナー補給装置ならびにコンピュータにトナー補給機能を実現させるプログラムに関する。

電子写真における現像プロセスでは、感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーを静電的に付着することによって画像を形成する。

図８は、トナーとキャリアとから成る２成分の現像剤が収容される収容部１を模式的に示す図である。現像プロセスにおいてトナーが消費されると、収容部１内のトナーの濃度が変動する。収容部１におけるトナーの濃度が所期の濃度からずれると、現像された画像の濃度が高くなったり、低くなったり、トナーが飛散したりするなどして所望する画像を得ることができないので、トナーを適切に補給することによって収容部１におけるトナーの濃度を所期の濃度に保つ必要がある。

トナーは、収容部１の一端に設けられるトナー補給口２から供給される。収容部１は、トナー補給口２から補給されるトナーを撹拌するとともに搬送する撹拌ローラを含む。収容部１に供給されたトナーは、撹拌ローラによってキャリアと撹拌されながら収容部１内を周回する。図８においてトナーの移動する向きを矢符３にて示す。トナーは、キャリアとともにマグネットローラ（以下、ＭＡＧローラという）４に一旦付着して、その後感光体ドラムのうちの静電潜像が形成された部分に付着して消費される。収容部１には、トナーの濃度を検出するＡＴＣ（Auto Toner Control）センサ５が設けられる。ＡＴＣセンサ５は、トナーとキャリアとが撹拌された状態の現像剤におけるトナーの濃度を検出する必要があるので、トナー補給口２から一定の間隔をあけてトナーの搬送方向の下流側に配置される。したがってトナー補給口２から供給されたトナーによって生じるトナー濃度の変化がＡＴＣセンサ５によって検出されるまでに、従来技術では７秒〜９秒の時間遅れが生じる。また、トナーはＭＡＧローラ４で消費されるので、トナーが消費されて補給が必要な状態であっても、この状態をＡＴＣセンサ５によって検知するまでに１５秒程の時間遅れが生じる。

単位時間当りのトナーの消費量が多いほど、収容部１におけるトナーの濃度の単位時間当りの変動が大きくなる。トナーの消費量が少なく、トナーの濃度の単位時間当りの変動が小さい場合には、現在ＡＴＣセンサ５によって検出されているトナーの濃度が予め定める濃度となるようにトナーを補給したとしても、トナーの濃度を一定に保つことができるが、単位時間当りのトナーの消費量が多く、トナーの濃度の単位時間当りの変動が大きい場合には、ＡＴＣセンサ５によって検出されているトナーの濃度が予め定める濃度となるようにトナーを補給していると、所期の濃度からのトナーの濃度のずれが大きくなる。したがって、ＡＴＣセンサ５によって検出されているトナーの濃度に基づいてトナーを補給していたのでは、トナーの濃度を所期の濃度に保つことができず、ＭＡＧローラ４に付着するトナーの濃度にリップルが生じる。

図９は、従来の技術を用いて収容部１３にトナーを補給したときの透磁率センサの出力値の時間変化およびトナーモータのＯＮ／ＯＦＦの時間変化を表すグラフである。縦軸は透磁率センサの出力値を表し、横軸は時間を表す。

ＡＴＣセンサ５は、透磁率センサによって実現される。この透磁率センサの出力値が収容部１のトナーの濃度を表す。またトナーは、トナーボトルを回転するトナーモータがＯＮのときに供給され、トナーモータがＯＦＦのときに供給されない。従来の技術では、トナーの濃度がしきい値をまたぐごとに、トナーモータのＯＮとＯＦＦとを切換えてトナーを収容部５に補給する制御を行っている。トナーモータがＯＮ／ＯＦＦを繰返す結果としてトナーの濃度変化が大きくなるとともに、継続してトナーを補給することができない。

従来の技術のトナー補給装置では、印字率、印字ページ数および所定のトナー消費定数からトナー消費量を算出し、算出したトナー消費量とトナーの濃度とに基づいてトナーの補給を行っている。このようにトナーの消費量に応じてトナーを補給して、トナーの濃度を一定に保つようにしている（特許文献１参照）。

またほかの従来の技術の画像形成装置では、トナーの濃度に基づいてトナーの補給量を推論するとともに、静電潜像の画素数からトナーの消費量を計測して、トナーが消費されるごとに推論した補給量のトナーを補給する。このようにトナーの消費量に応じてトナーを補給して、トナーの濃度を一定に保つようにしている（特許文献２参照）。

またほかの従来の技術の画像形成装置では、印字率に応じてトナー濃度センサの出力信号をシフトさせて、このシフトさせた出力信号に基づいてトナーの補給を行っている。このように印字率に応じてトナーを補給するタイミングを変えて、トナーの濃度を一定に保つようにしている（特許文献３参照）。

特開平４−３０４４８６号公報 特開平５−８８５５４号公報 特開２００２−３３３７７４号公報

前述の各従来の技術では、トナーの消費量を考慮してトナーの補給を行っているが、それでもトナーの濃度の変動幅が大きく、リップルが生じてしまうという問題がある。またこのリップルにともなって、トナーモータがＯＮ／ＯＦＦを繰返し、この結果としてトナーの濃度の変動幅がさらに大きくなり、継続してトナーを補給することができない。

したがって本発明の目的は、トナーの濃度の変動幅を小さくするとともに、ＯＮ／ＯＦＦを繰返すことなく継続してトナーを補給することができるトナー補給方法、トナー補給装置およびプログラムを提供することである。

本発明は、トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部におけるトナーの濃度を測定する濃度測定工程と、
トナーの消費量を求める消費量算出工程と、
トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する工程と、
前記印字率に基づいて、収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定工程であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定工程と、
濃度測定工程において測定したトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整工程とを含むことを特徴とするトナー補給方法である。

また本発明は、前記消費量算出工程では、画像形成装置によって印刷される画像の各画素の階調に応じて、各画素を形成するために消費されるトナーの量を求め、求めたトナーの量を加算することを特徴とする。

また本発明は、前記補給濃度設定工程では、トナーの消費量と、補給開始濃度および補給停止濃度との対応関係を表す対応関係テーブルを参照して、補給開始濃度および補給停止濃度を設定することを特徴とする。

また本発明は、トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部におけるトナーの濃度を測定する濃度測定手段と、
トナーの消費量を求める消費量算出手段と、
トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する手段と、
前記印字率に基づいて、収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定手段であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定手段と、
濃度測定手段によって測定したトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整手段とを含むことを特徴とするトナー補給装置である。

また本発明は、コンピュータに、
トナーの消費量を求める消費量算出機能と、
トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する機能と、
前記印字率に基づいて、トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定機能であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定機能と、
収容部におけるトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整機能とを実現させることを特徴とするプログラムである。

本発明によれば、濃度測定工程において収容部におけるトナーの濃度が測定され、消費量算出工程においてトナーの消費量が求められる。そして、トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率が算出される。補給濃度設定工程では、算出された印字率に基づいて収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、収容部へのトナーの補給を停止する補給停止濃度とが設定される。このとき、補給濃度設定工程では、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する。

収容部におけるトナーの濃度の低下速度は、トナーの消費量に依存し、トナーの消費量が少ないほど低く、トナーの消費量が多いほど高い。したがって収容部のトナーの濃度を一定に保つためには、トナーの消費量に基づいて収容部に補給するトナーの量を調整する必要がある。

収容部のトナーの濃度が補給開始濃度以下に低下すると、収容部へのトナーの補給が開始する。トナーの補給が開始すると、収容部内のトナーの濃度が上昇するが、補給開始濃度を超えても補給停止濃度以上になるまでトナーの補給が継続する。このように補給開始濃度と補給停止濃度とに基づいてトナーの補給が行われるので、補給開始濃度および補給停止濃度と、この差分とによってトナーの補給量が規定される。収容部のトナーが消費される位置とトナーの濃度を検出する位置とが離間し、トナーが消費される位置の濃度に対して実際に検出される濃度にたとえば１５秒程度の時間遅れが生じる場合、トナーの消費が多くなると、トナーの濃度にリップルが生じるが、補給開始濃度と補給停止濃度との差分がトナー消費量に応じて十分に大きければ、ＯＮ／ＯＦＦを繰返すことなくトナー補給が継続され、トナーの濃度の変動幅、すなわちリップルの幅を抑制することができる。補給濃度設定工程では、消費量算出工程において求められたトナーの消費量に基づいて補給開始濃度だけでなく補給停止濃度をも設定するので、実際のトナーの消費量に適したトナーの補給量が設定される。

トナー濃度調整工程では、トナーの補給量を規定する補給開始濃度と補給停止濃度とに基づいてトナーの補給を調整するので、実際のトナーの消費量に適してトナーが補給される。これによってトナーの消費量に拘わらずに収容部内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

また本発明によれば、各画素を形成するために消費されるトナーの量を各画素の階調に応じて求め、求めた消費量を加算することによってトナーの消費量を求める。各画素を形成するためのトナーの消費量は、階調に依存するので、階調を考慮せずに単純にトナーの消費量を算出する場合に比べて、正確にトナーの消費量を求めることができる。このようにして正確に求めたトナーの消費量に基づいて、補給開始濃度と補給停止濃度とが設定されるので、実際のトナーの消費量に即してトナーが補給され、収容部内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

また本発明によれば、補給濃度設定工程では、トナーの消費量と、補給開始濃度および補給停止濃度との対応関係を表す対応関係テーブルを参照して、補給開始濃度および補給停止濃度を設定するので、トナー消費量から補給開始濃度および補給停止濃度を逐次算出する必要がなくなり、補給開始濃度および補給停止濃度を設定する処理の負担が小さくなる。

また本発明によれば、濃度測定手段において収容部におけるトナーの濃度が測定され、消費量算出手段においてトナーの消費量が求められる。そして、トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率が算出される。補給濃度設定手段では、算出された印字率に基づいて収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、収容部へのトナーの補給を停止する補給停止濃度とが設定される。このとき、補給濃度設定手段は、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する。前述したように補給開始濃度と補給停止濃度とによってトナーの補給量が規定されるので、実際のトナーの消費に適したトナーの補給が設定される。

トナー濃度調整手段は、トナーの補給量を規定する補給開始濃度と補給停止濃度とに基づいてトナーの補給を調整するので、前述したようにトナーの消費量に拘わらずに収容部内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

また本発明によれば、コンピュータがプログラムを実行することによって、前述したトナー補給方法による制御をトナー補給装置に対して行うことができ、これによって前述したように収容部内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

図１は、本発明の実施の一形態のトナー補給装置１１の構成を示すブロック図である。図２は、トナー補給装置１１と現像装置１２とを示す断面図である。図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た収容部１３を示す断面図である。

トナー補給装置１１および現像装置１２は、後述する画像形成装置１４に設けられる。トナー補給装置１１は、現像装置１２にトナーを供給する。現像装置１２は、トナー補給装置１１から供給されるトナーを、後述する感光体ドラム１５の表面に供給する。

現像装置１２は、トナーとキャリアとから成る２成分系の現像剤を収容する収容部１３と、トナー導入管１７とを含む。トナー導入管１７は、画像形成装置１４が使用状態で設置された状態において鉛直方向Ｚに延びる筒状の形状を有する。以後、画像形成装置１４が設置された使用状態を想定して説明する。トナー補給装置１１は、トナー導入管１７の鉛直方向Ｚの上方Ｚ１に形成される開口１９からトナー導入管１７にトナーを供給する。トナー導入管１７に供給されたトナーは、管路１８を通ってトナー導入管１７の鉛直方向Ｚの下方Ｚ２に形成される開口２０を通して収容部１３の内部に導入される。

収容部１３は、外形が鉛直方向Ｚに垂直な第１方向Ｘに延びる筐体１６と、筐体１６に配置される第１トナー搬送ローラ２１と、第２トナー搬送ローラ２２と、マグネットローラ（以後、ＭＡＧローラという）２３と、ブレード２４とを含んで構成される。以後鉛直方向Ｚおよび第１方向Ｘに垂直な方向を第２方向Ｙという。

筐体１６の第２方向Ｙの他方Ｙ２の端部には、第１方向Ｘの両端部間にわたって開口２５が形成される。ＭＡＧローラ２３は、回転軸線が第１方向Ｘに平行となるように筐体１６に回転自在に支持され、前記開口２５から外周部の周方向の一部が露出する。ＭＡＧローラ２３は、感光体ドラム１５と対向するように、感光体ドラム１５と当接または近接させた状態で設けられる。

筐体１６は、現像剤を収容する収容空間を形成する。筐体１６は、収容空間を第２方向Ｙの一方Ｙ１の第１トナー室３２ａと、第２方向Ｙの他方Ｙ２の第２トナー室３２ｂとに仕切る仕切板３１を含む。仕切板３１は、筐体１６の鉛直方向Ｚの上方Ｚ１の天井部２７と下方Ｚ２の底部２８との間にわたって形成され、第１方向Ｘの両端部を除いて筐体１６の第１方向Ｘの両側面３２ａ，３２ｂ間に延びる。仕切板３１と、筐体１６の第１方向Ｘの一方Ｘ１の一側面３３ａとの間には、第１トナー室３２ａと第２トナー室３２ｂとを連通する第１連通口３４ａが形成される。また仕切板３１と、筐体１６の第１方向Ｘの他方Ｘ２の他側面３３ｂとの間には、第１トナー室３２ａと第２トナー室３２ｂとを連通する第２連通口３４ｂが形成される。

第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２は、ＭＡＧローラ２３と同様に回転軸線が第１方向Ｘに平行となるように筐体１６の第１方向Ｘの両端部に回転自在に支持される。第１トナー搬送ローラ２１は、第１トナー室３２ａに配置され、第２トナー搬送ローラ２２は、第２トナー室３２ｂに配置される。第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２は、トナーを撹拌しながら搬送するためのスクリュー３５，３６をそれぞれ備える。また第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２は、筐体１６の他側面３３ｂの第１方向Ｘの他方Ｘ２側に相互に噛み合う駆動ギヤ３７，３８をそれぞれ備える。第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２は、駆動ギヤ３７，３８を介して駆動モータによって回転駆動される。また第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２は、筐体１６の内部においてトナーの搬送方向の下流側の端部に筐体１６の軸受けに近接してそれぞれトナー受け板４１，４２を備える。各トナー受け板４１，４２は、円環形状を有し、第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２に嵌合して、第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２の回転にともなって回転することによって、収容空間の第１方向Ｘの両端部におけるトナーの停留を防止する。

トナー導入管１７は、筐体１６の天井部２７の第１方向Ｘの一方Ｘ１かつ第２方向Ｙの一方Ｙ１の端部に接続される。筐体１６の天井部２７の第１方向Ｘの一方Ｘ１かつ第２方向Ｙの一方Ｙ１の端部には、トナー導入管１７の鉛直方向Ｚの下方Ｚ２の端部に形成される開口２０と連通する開口（以後、トナー導入口という）４３が形成される。トナーは、このトナー導入口４３を通って収容部１３の第１トナー室３２ａに導入される。

トナー導入口４３から導入されたトナーは、第１トナー搬送ローラ２１によって撹拌されながらキャリアとともに第１トナー室３２ａを第１方向Ｘの他方Ｘ２に搬送され、第２連通口３４ｂを通って第２トナー室３２ｂに搬送される。第２トナー室３２ｂに搬送されたトナーは、第２トナー室３２ｂを第１方向Ｘの一方Ｘ１に搬送されて、第１連通口３４ａを通って第１トナー室３２ａに搬送される。すなわち図３においてトナーおよびキャリアは、第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２によって筐体１６内を反時計回りに周回する。このようにトナー導入口４３から導入されたトナーは、第１および第２トナー搬送ローラ２１，２２によって撹拌されながらＭＡＧローラ２３に搬送される。

収容部１３は、収容部１３のトナーの濃度を測定する濃度測定工程を実行する濃度測定手段に含まれる透磁率センサ４５をさらに備える。透磁率センサ４５は、現像剤の透磁率を測定する。現像剤の透磁率は、トナーの濃度に依存し、トナーの濃度が高いほど低くなり、トナーの濃度が低いほど高くなるので、現像剤の透磁率を測定することによってトナーの濃度を測定することができる。トナー導入口４３付近のトナーの濃度を測定する場合、トナーとキャリアとが混ざりきっていないので、トナーの濃度を正確に測定することができない。またトナー導入口４３からトナーの搬送方向の下流側に離れた位置のトナーの濃度を測定する場合、トナー導入口４３からトナーを導入したとしても、このトナーの導入が透磁率センサ４５によって検出されるトナーの濃度に即座に反映されず、時間遅れが生じる。したがって本実施の形態では、透磁率センサ４５は、トナーとキャリアとが混ざりきった場所であって、トナー導入口４３からトナーの搬送方向の下流側に最も近い位置の透磁率を測定する。これによってトナーの供給がトナーの濃度の測定結果に反映されるまでの時間遅れを可能な限り小さくすることができるとともに、トナーの濃度を正確に測定することができる。具体的には透磁率センサ４５は、第１トナー室３２ａの第１方向Ｘの中央辺りに設けられ、トナー導入口４３に導入したトナーが７秒〜９秒後に到達する位置の透磁率を測定する。

透磁率センサ４５は、本実施の形態ではＡ／Ｄ変換器を含んで実現され、現像剤の透磁率を表す電気信号を８ビットの数値、すなわち０から２５５の整数値で出力する。本実施の形態では、Ａ／Ｄ変換器によって表現することができる透磁率の範囲を広くするために、追随すべきトナーの濃度、すなわち理想とする現像剤の透磁率を１２８として出力する。また本実施の形態では、透磁率センサ４５から出力される数値が高いほど、透磁率が高い。前述したように現像剤の透磁率が高いほどトナーの濃度が低いので、透磁率センサ４５から出力される数値が低いほどトナーの濃度が高い。すなわち透磁率センサ４５から出力される数値が１２８よりも低ければ、収容部１３内のトナーの濃度が追随すべき濃度よりも高い状態であることを表し、出力される数値が１２８よりも高ければ、追随すべきトナーの濃度よりも低い状態であることを表す。

ブレード２４は、筐体１６の第１方向Ｘの両端部間にわたって延び、ＭＡＧローラ２３に沿って配置される。ブレード２４とＭＡＧローラ２３との間には所定の間隙が形成され、この間隙に応じた量の現像剤がこの間隙を通って感光体ドラム１５に供給される。

トナー補給装置１１は、トナーボトル２６を含んで構成される。トナーボトル２６は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）およびブラック（Ｂ）のうちのいずれかのトナーを収容する。画像形成装置１４には、本実施の形態では４つの現像装置１２が設けられ、１つの現像装置１２にシアン（Ｃ）のトナーが供給され、１つの現像装置１２にマゼンタ（Ｍ）のトナーが供給され、１つの現像装置１２にイエロ（Ｙ）のトナーが供給され、１つの現像装置１２にブラック（Ｂ）のトナーが供給される。

トナー補給装置１１は、トナー導入管１７の鉛直方向Ｚの上方Ｚ１に形成される開口１９に通じるトナー排出口、このトナー排出口を開状態と閉状態とに切換えるシャッター機構、およびこのシャッター機構と連動してトナーボトル２６を回転するトナーモータ４６を有する。トナーモータ４６は、開状態のときにＯＮになってトナーボトル２６を回転し、閉状態のときにＯＦＦになってトナーボトル２６の回転を停止する。シャッター機構によってトナー排出口が開状態になるとともに、トナーモータ４６によってトナーボトル２６が回転すると、トナー導入管１７を介してトナーが収容部１３に補給される。またシャッター機構によってトナー排出口が閉状態になると、トナーボトル２６の回転が停止し、収容部１３にトナーが補給されなくなる。シャッター機構およびトナーモータ４６は、後述する制御部の制御に基づいて制御され、所定の量のトナーが適宜収容部１３に供給される。

トナー補給装置１１は、制御部と記憶部とをさらに備える。この制御部および記憶部は、画像形成装置１４の制御部と記憶部とをそれぞれ兼ねる。制御部は、中央処理装置（
Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）によって実現される。記憶部は、ＲＯＭ（Read
Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで実現される。制御部は、記憶部が記憶する制御プログラムを読込んで実行することによって、図１に示すように、しきい値設定部５１、トナー濃度制御部５２、ピクセルカウント部５３およびしきい値対応関係テーブル５４として機能する。

ピクセルカウント部５３には、後述する画像読取装置６１によって生成された画像情報に対して画像形成装置１４の制御部が中間調補正処理などを施したＣＭＹＫ信号が入力される。画像形成装置１４は、このＣＭＹＫ信号に基づいて画像を形成して印刷する。ＣＭＹＫ信号は、シアン、マゼンタ、イエロおよびブラックのそれぞれの階調を表す情報を含む。ピクセルカウント部５３は、トナーの消費量を算出する消費量算出工程を実行する消費量算出手段に相当する。ピクセルカウント部５３は、ピクセル（画素）単位でＣＭＹＫの各色のトナーの消費量に相当する値を計算し、この計算に基づいて印字率を計算する。

ピクセルカウント部５３は、カウント部５５、重み付け演算部５６、重み付け係数テーブル５７、および印字率算出部５８を含んで構成される。以下のピクセルカウント部５３の処理では、ＣＭＹＫの各色ごとにそれぞれ独立に処理が行われる。

カウント部５５は、ＣＭＹＫ信号に含まれる信号入力値に基づいてピクセルごとの各色の階調をカウントする。たとえば１６階調であれば、信号入力値は、各色の階調を０〜１５までの整数値で表し、２５６階調であれば、各色の階調を０〜２５５までの整数値で表す。

重み付け演算部５６は、カウント部５５によってカウントされた階調値に対して、ピクセルごとに重み付けを行う。トナーの消費量は、階調値に応じて異なるので、重み付けを行うことによって階調値ごとのトナーの消費量を求めることができる。具体的には、重み付け演算部５６は、カウント部５５によってカウントした階調値に対応する重み付け係数を重み付け係数テーブル５７から取得して、取得した重み付け係数とカウントした階調値とを掛け合わせる。

重み付け係数テーブル５７には、階調値ごとに対応する重み付け係数が格納されている。表１に１６階調の例として重み付け係数テーブル５７に格納されている信号入力値と重み付け係数との関係を示す。

表１に示す例では、信号入力値が１６階調を表す０から１５までの数値を、４つのエリアに分け、それぞれのエリアの階調値に対して重み付け係数が定められている。たとえば信号入力値が数値「１０」の場合、信号入力値はエリア３に含まれるので、重み付け演算部５６は、信号入力値「１０」に、エリア３の重み付け係数「３」を乗算して（１０×３）、数値「３０」を出力する。

図４は、重み付け係数とトナー消費量特性との関係を示すグラフである。横軸は、信号入力値を表し、縦軸は、重み付け係数を表す。実線によって描画されるトナー消費量特性は、階調値を表す信号入力値とトナー消費量との関係を示す。図４において、トナー消費量特性の縦軸のスケールは、トナーの消費量が最も高い値と、重み付け係数の最大値（数値４）とが一致するように設定される。重み付け係数は、トナーの消費量を可能な限り正確に表すために、矩形部分の面積の総和が、トナー消費量特性を示す曲線と横軸との間の領域の面積と略一致するように定められている。重み付け係数は、このようにトナー消費量特性と関係付けられるので、重み付け演算部５６によって重み付けされた値は、ピクセルごとの各色のトナーの消費量を正確に表す。

印字率算出部５８は、ページごとの印字率を算出する。具体的には、まず印字率算出部５８は、画像形成装置１４によって印刷されるページごとに、重み付け演算部５６によって演算した数値を積算する。この積算値は、１ページを印刷するときのトナーの消費量に相当する。次に積算値を、最大積算値で除した値に１００を乗算する。最大積算値は、１ページを最大の階調値で印刷したときのトナーの消費量に相当する値であって、最大の階調値に対応する重み付け係数（数値４）と最大の階調値（数値１５）とを掛け合わせた数値（４×１５）に、１ページ分に相当するピクセル数を乗算した値である。したがって印字率が１００に近いほどトナーの消費量が多いことを表す。

しきい値設定部５１は、トナーの消費量を表す印字率に基づいて、収容部１３へのトナーの補給を開始する補給開始濃度を表す開始しきい値Ｓ１と、収容部１３へのトナーの補給を停止する補給停止濃度を表す停止しきい値Ｓ２とを設定する。具体的には、しきい値設定部５１は、しきい値対応関係テーブル５４を参照して、印字率に対応する開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを設定する。しきい値設定部５１は、補給濃度設定工程を実行する補給濃度設定手段に相当する。

表２は、しきい値対応関係テーブル５４に格納されている印字率と、開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２との対応関係を示す。

後述するように開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２と、これらの差分に応じてトナーの補給量が規定される。このようにトナーの消費量を表す印字率に応じて開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とが設定されるので、印字率に応じたトナーの供給量が設定される。本実施の形態では、印字率が０〜３０までは開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とは同じ値であって、理想とする透磁率を表す１２８に設定される。印字率が３１以上であって、トナーの消費量が多い場合には、印字率が高くなるほど、トナーの供給量が多くなるように開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とが設定される。また前述したように透磁率センサ４５の出力する数値が高いほど収容部１３のトナーの濃度が低いので、補給停止濃度が補給開始濃度以上となるように、停止しきい値Ｓ２は、開始しきい値Ｓ１以下に設定される。

透磁率センサ４５は、測定した収容部１３の現像剤の透磁率を表す電気信号をトナー濃度制御部５２に与える。

トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５から与えられる電気信号に基づいて、トナーの濃度が開始しきい値Ｓ１が表すトナーの濃度以下に低下すると、収容部１３へのトナーの補給を開始し、トナーの濃度が停止しきい値Ｓ２が表すトナーの濃度以上に上昇すると、収容部１３へのトナーの補給を停止する。具体的には、トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５が出力する数値が開始しきい値Ｓ１未満から開始しきい値Ｓ１以上になると、トナー補給装置２６のシャッター機構を制御し、トナーボトル２６のトナー排出口を閉状態から開状態に切換える。またトナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５が出力する数値が停止しきい値Ｓ２よりも大きい値から停止しきい値Ｓ２以下になると、トナー補給装置２６のシャッター機構を制御し、トナーボトル２６のトナー排出口を開状態から閉状態に切換える。トナー濃度制御部５２は、トナー濃度調整工程を実行するトナー濃度調整手段に相当する。

図５は、トナー補給装置１１が搭載される画像形成装置１４を示す断面図である。画像形成装置１４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどによって原稿から画像情報を読取る画像読取装置６１と、画像読取装置６１によって生成される画像情報に基づいて、用紙に画像を形成するプリンタ装置６２と、プリンタ装置６２に順次用紙を供給する給紙デスク装置６３とを含んで構成される。

プリンタ装置６２は、マゼンタ、シアンおよびイエロに対応した３つのカラー用の感光体ドラム１５ａと、カラー用の感光体ドラム１５ａよりも大きいブラック用の感光体ドラム１５ｂと、各感光体ドラム１５に対応する色のトナーを供給する４つの現像装置１２とを備える。プリンタ装置６２は、各感光体ドラム１５に静電潜像を書込む光学ユニット（ＬＳＵ）６４、各感光体ドラム１５に当接して設けられる転写ベルト６５、２次転写ユニット６６、定着ローラ６７、帯電装置、クリーニング装置および転写装置などをさらに備える。

またプリンタ装置６２は、各感光体ドラム１５の鉛直方向Ｚの上方Ｚ１にマゼンタ、シアン、イエロに対応するトナーを収容する３つのカラー用のトナーボトル２６ａと、カラー用のトナーボトル２６よりも１回り大きいブラックに対応するトナーを収容するブラック用の２つのトナーボトル２６ｂとを備え、各トナーボトル２６を含んで構成される４つのトナー補給装置１１を備える。各トナーボトル２６は、画像形成装置１４に対して着脱自在に設けられ、収容するトナーが消費されると、順次新しいトナーボトル２６に交換可能である。

トナー補給装置１１から現像装置１２、現像装置１２から各感光体ドラム１５へとトナーが供給されて感光体ドラム１５にトナー像が形成される。トナー像は、転写ベルト６５に転写されることで順次重ね合わされ、２次転写ユニット６６によって給紙デスク装置６３から供給される用紙に転写される。２次転写ユニット６６の用紙の搬送方向の下流側に設けられる定着ローラ６７を用紙が通過することによって、用紙上に転写されたトナー像が用紙上に固定される。その後、画像が形成された用紙は、画像形成装置１４から排紙される。

図６は、トナー補給装置１１がトナーを補給する処理を表すフローチャートである。画像読取装置６１が、原稿を読込んで画像情報を生成し、画像形成装置１４の制御部が生成した画像情報に対して中間調補正処理などを施したＣＭＹＫ信号を生成してピクセルカウント部５３にＣＭＹＫ信号を入力するとともに、画像形成装置１４が印刷処理を開始し、前回の１ジョブが終了して新たな１ジョブが開始するとステップｓ０からステップｓ１に移行する。１ジョブとは、原稿の画像情報を１回読込んで、読込んだ画像情報を利用者によって指定された印刷枚数の印刷をし、印刷された用紙を排出するまでの一連の処理を意味する。

ステップｓ１では、ピクセルカウント部５３は、ＣＭＹＫ信号に基づいて、各色に対して印字率を算出し、ステップｓ２に移行する。ステップｓ２では、しきい値設定部５１は、印字率に基づいて開始しきい値Ｓ１と、停止しきい値Ｓ２とを設定し、ステップｓ３に移行する。

ステップｓ３では、トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５から与えられる信号値が開始しきい値Ｓ１以上か否かを判断し、開始しきい値Ｓ１未満の場合には、トナーの濃度が適正範囲内と判断してステップｓ３の処理をたとえば０．３秒ごとに繰返す。すなわち透磁率センサ４５から与えられる信号値が開始しきい値Ｓ１以上になるまでトナーを補給することなくステップｓ３の判断を繰返す。トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５から与えられる信号値が開始しきい値Ｓ１以上になると、印刷によってトナーの濃度が低くなったと判断してステップｓ４に移行する。

ステップｓ４では、トナー濃度制御部５２は、トナー補給装置２６のシャッター機構を制御してトナー排出口を開状態にし、収容部１３へのトナーの補給を開始し、ステップｓ５に移行する。

ステップｓ５では、トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５から与えられる信号値が停止しきい値Ｓ２以下か否かを判断し、停止しきい値Ｓ２を超える場合にはトナーの補給を継続した状態でステップｓ５の処理をたとえば０．３秒ごとに繰返す。すなわち透磁率センサ４５から与えられる信号値が停止しきい値Ｓ２以下になるまでトナーの補給を継続する。トナー濃度制御部５２は、透磁率センサ４５から与えられる信号値が停止しきい値Ｓ２以下になると、トナーの補給によって濃度が適正範囲になったと判断してステップｓ６に移行する。

ステップｓ６では、トナー濃度制御部５２は、トナーの濃度が適正な範囲になったのでトナー補給装置２６のシャッター機構を制御してトナー排出口を閉状態にし、トナーの補給を停止する。次にステップｓ３に移行してステップｓ３からステップｓ６までの処理を行う。１ジョブ終了時、すなわち画像情報を読込んで指定された枚数の印刷を終了した時点に、ステップｓ３、ステップｓ５あるいはステップｓ６のいずれかのステップの処理を実行中にあり、続いて新たな１ジョブが入力された場合、１ジョブ終了時のステップが継続されるとともに、並行してステップｓ１およびステップｓ２の作業を行われ、ステップｓ２で新たに設定された開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２に置き換えられてステップｓ３あるいはステップｓ５の判断が継続して行われ、順次ステップｓ６に移行し作業を停止する。

しきい値設定部５１は、開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とをトナーの消費量に基づいて設定することによって、トナーの消費量に基づいてトナーの補給量を設定する。トナー濃度制御部５２は、このようにして設定した開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とに基づいてトナーの補給を制御するので、トナーの消費量に拘わらずに収容部１３内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

また本実施の形態では印字率が０〜３０の場合には、ステップｓ２において開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とが１２８に設定される。この場合、トナーが消費されて収容部１３のトナー濃度が低下し、透磁率が開始しきい値Ｓ１を超えたときに収容部１３へのトナーの補給が開始する。トナーの消費量が少ないのでトナー濃度のリップルはほとんど発生せず、継続してトナーが補給され、時間が経過すると収容部１３のトナー濃度が上昇して透磁率が低下し、停止しきい値Ｓ２になるとトナーの補給が停止する。したがって開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とが同じ値に設定されていても問題なくトナー補給ができる。

またトナーの消費量を表す印字率は、ピクセルごとの階調とトナーの消費量とに基づいて算出されるので、階調を考慮せずに単純にトナーの消費量を算出する場合に比べて、正確にトナーの消費量を求めることができる。このようにして正確に求めたトナーの消費量に基づいて、開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とが設定されるので、実際のトナーの消費量に即してトナーが補給され、収容部１３内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

またしきい値設定部５１は、トナーの消費量を表す印字率と、開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２との対応関係を表すしきい値対応関係テーブルを参照して、開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２を設定するので、印字率から開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２を逐次算出する必要がなくなり、開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２を設定する処理の負担が小さくなる。

印字率が３１〜１００の場合、開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを同じ値に設定する通常のトナーの補給方法では、トナーの濃度にリップルが生じ、継続的なトナーの補給を行うことができない。印字率が３１〜１００の場合に本実施の形態のトナー補給装置１１を用いてトナーを補給したときのトナーの補給の制御を図７に基づいて説明する。

図７は、実施例として印字率７０％のときの透磁率センサ４５の出力値の時間変化を示す図である。背景技術として示した図９は、比較例として開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを同じ値に設定した場合の印字率７０％のときの透磁率センサ４５の出力値の時間変化を示す図である。図７および図９において、横軸は時間を表し、縦軸は透磁率センサ４５の出力値を表す。また図７および図９においてトナーモータ４６がＯＮのときを透磁率センサ４５の出力値が１１４で表し、ＯＦＦのときを透磁率センサ４５の出力値が１１０で表している。

印字率が７０％のときには、表２に示すように開始しきい値Ｓ１は、１２４に設定され、停止しきい値Ｓ２は、１１８に設定される。印字率が７０％と高い場合には、トナーを補給したとしても透磁率センサ４５の出力値が停止しきい値Ｓ２を下回ることがなく、ステップｓ５が繰返されるので、継続してトナーが補給される。このようにトナーモータ４６がＯＮ／ＯＦＦを繰返さないので、図９に示す従来の技術に比べて収容部１３内のトナーの濃度の変動幅を小さくすることができる。

比較例では、開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを同じ値に設定するので、しきい値Ｓ１，Ｓ２を超えると、トナーボトル２６を回転するトナーモータ４６がＯＦＦになってトナーの補給が停止し、しきい値Ｓ１，Ｓ２を下回るとトナーモータ４６がＯＮとなってトナーが補給される。このようなトナーの補給の制御では、時間周期Ｔで透磁率センサ４５の出力値が大きく変動する。図９では、トナー導入口４３におけるトナーの濃度の予測値も図示している。トナー導入口４３は、透磁率センサ４５の測定位置よりも上流側に位置するので、トナー導入口４３におけるトナーの濃度の予測値は、透磁率センサ４５の出力値の変化に対して時間進みが生じる。

本実施の形態のトナー補給装置１１では、透磁率センサ４５によって透磁率を測定することによってトナーの濃度を測定したが、トナーの濃度を測定することができるセンサであれば、どのようなセンサを用いてもよい。

また本実施の形態のトナー補給装置１１では、１ページごとの印字率を算出したが、１ページに限られずに、半ページおよび２ページなどの所定のページごとに印字率を算出してもよい。少ないページ数ごとに印字率を算出すると、トナーの消費量の変化が大きい場合であってもトナーの消費量の変化を正確に算出することができる。

また本実施の形態のトナー補給装置１１では、画像読取装置６１によって生成される画像情報に基づいてトナーの補給を制御したが、画像形成装置１４に接続されるパーソナルコンピュータなどから与えられる画像情報に基づいてトナーの補給を制御してもよい。

また本実施の形態のトナー補給装置１１におけるしきい値設定部５１は、しきい値対応関係テーブル５４を参照して、開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを設定するが、しきい値対応関係テーブル５４を参照せずに印字率から予め定める関係式に基づいて逐次開始しきい値Ｓ１と停止しきい値Ｓ２とを求めてもよい。この場合、印字率と、開始しきい値Ｓ１および停止しきい値Ｓ２との対応関係を記憶する必要がなくなり、記憶部の記憶容量を小さくすることができる。

本発明の実施の一形態のトナー補給装置１１の構成を示すブロック図である。 トナー補給装置１１と現像装置１２とを示す断面図である。 図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た収容部１３を示す断面図である。 重み付け係数とトナー消費量特性との関係を示すグラフである。 トナー補給装置１１が搭載される画像形成装置１４を示す断面図である。 トナー補給装置１１がトナーを補給する処理を表すフローチャートである。 実施例として印字率７０％のときの透磁率センサ４５の出力値の時間変化を示す図である。 トナーとキャリアとから成る２成分の現像剤が収容される収容部１を模式的に示す図である。 従来の技術を用いて収容部１３にトナーを補給したときの透磁率センサの出力値の時間変化およびトナーモータのＯＮ／ＯＦＦの時間変化を表すグラフである。

符号の説明

１１ トナー補給装置
１２ 現像装置
１３ 収容部
１４ 画像形成装置
１５ 感光体ドラム
１６ 筐体
１７ トナー導入管
１８ 管路
２１ 第１トナー搬送ローラ
２２ 第２トナー搬送ローラ
２３ ＭＡＧローラ
２４ ブレード
２６ トナーボトル
４３ トナー導入口
４５ 透磁率センサ
４６ トナーモータ
５１ しきい値設定部
５２ トナー濃度制御部
５３ ピクセルカウント部
５４ しきい値対応関係テーブル
５５ カウント部
５６ 重み付け演算部
５７ 重み付け係数テーブル
５８ 印字率算出部
６１ 画像読取装置

Claims (5)

1. トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部におけるトナーの濃度を測定する濃度測定工程と、
   トナーの消費量を求める消費量算出工程と、
   トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する工程と、
   前記印字率に基づいて、収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定工程であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定工程と、
   濃度測定工程において測定したトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整工程とを含むことを特徴とするトナー補給方法。
2. 前記消費量算出工程では、画像形成装置によって印刷される画像の各画素の階調に応じて、各画素を形成するために消費されるトナーの量を求め、求めたトナーの量を加算することを特徴とする請求項１記載のトナー補給方法。
3. 前記補給濃度設定工程では、トナーの消費量と、補給開始濃度および補給停止濃度との対応関係を表す対応関係テーブルを参照して、補給開始濃度および補給停止濃度を設定することを特徴とする請求項１または２に記載のトナー補給方法。
4. トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部におけるトナーの濃度を測定する濃度測定手段と、
   トナーの消費量を求める消費量算出手段と、
   トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する手段と、
   前記印字率に基づいて、収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定手段であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定手段と、
   濃度測定手段によって測定したトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整手段とを含むことを特徴とするトナー補給装置。
5. コンピュータに、
   トナーの消費量を求める消費量算出機能と、
   トナーの消費量に基づいて、画像形成装置によって印刷される画像の印字率を算出する機能と、
   前記印字率に基づいて、トナーとキャリアとの２成分の現像剤が収容される収容部へのトナーの補給を開始する補給開始濃度と、トナーの補給を停止する補給停止濃度とを設定する補給濃度設定機能であって、印字率が０〜３０の場合には、補給開始濃度と補給停止濃度とを同じ値に設定し、印字率が３１〜１００の場合には、補給停止濃度が補給開始濃度よりも大きくなるように設定する補給濃度設定機能と、
   収容部におけるトナーの濃度が補給開始濃度以下になると収容部へのトナーの補給を開始し、補給停止濃度以上になると収容部へのトナーの補給を停止するトナー濃度調整機能とを実現させることを特徴とするプログラム。

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