JP6797532B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

現像剤を用いて記録媒体に画像を形成する画像形成装置に関するものである。

従来、複数のプロセスカートリッジから中間転写ベルトにトナー像を一次転写することでシートに画像を形成するインラインカラー方式の画像形成装置が知られている。このような画像形成装置では、複数のプロセスカートリッジにおいて、感光ドラム上に形成された静電潜像が現像装置によって現像されることで、感光ドラム上にトナー像が形成される。そして、感光ドラム上に形成されたトナー像は中間転写ベルトに一次転写され、中間転写ベルトに一次転写されたトナー像はシートに二次転写される。その後、シートに二次転写されたトナー像が定着装置によって加熱・加圧されることでトナー像がシートに定着する。これにより、シートにカラー画像が形成される。

ここで、シートに形成される画像の色味や濃度は、ユーザが意図したものである必要がある。また、カラー画像形成装置で形成されるカラー画像においては、色味の精度の高さと色味の安定性が重要となる。そこで、特許文献１に開示される技術では、現像ローラに供給されるバイアスや現像ローラの回転速度を変更することで、画像の色味や画像の濃度を所望のものにしている。例えば、現像ローラに供給されるバイアスを上げることで、感光ドラムに形成されるトナー像の濃度を高くするとともに、画像の色味を変化させている。また、現像ローラの回転速度を下げることで、感光ドラムに形成されるトナー像の濃度を高くするとともに、画像の色味を変化させている。

そして、特許文献２に開示される技術では、感光ドラムの回転速度を現像ローラの回転速度よりも遅くすることで、シートに形成された画像のざらつき感を抑制している。また、現像ローラの内部に設けられる磁石の磁束密度を大きくすることで、樹脂キャリアが感光ドラムに付着することを抑制し、シートに形成された画像に不具合が生じることを抑制している。

ここで、従来、現像装置内のトナー残量を検出する方法として、画像形成装置が受信した画像情報を用いてトナー残量を検出する方法が知られている。具体的には、まず、画像形成装置が受信した画像情報（デジタルデータ）から、トナー像として現像されるドットの数を取得することができる。そして、現像されるドットの数に、１つのドットを現像するために消費されるトナー量を掛けることで、１つの画像において消費されるトナー量を算出することができる。そして、現像装置内のトナー残量から、消費されたトナー量を引くことによって、画像形成動作後のトナー残量を導き出すことができる。ここで、１つのドットを現像するために消費されるトナー量は、メモリなどの記憶媒体に予め記憶されている。

しかしながら、特許文献１と２に開示されているように、現像ローラに供給されるバイアスや現像ローラの回転速度を変更することがある場合、１つのドットを現像するために消費されるトナー量が変わってしまう。そのため、１つの画像を形成するために消費されるトナー量も変わってしまい、画像形成動作後のトナー残量に誤差が生じてしまう。

特開平８−２２７２２２号公報 特開２０１３−２１０４８９号公報

本発明の目的は、トナーなどの現像剤の消費量を精度良く取得することである。

上記目的を達成するために、本発明である画像形成装置は、
回転可能な像担持体と、
外部装置から入力された入力画像データに基づき前記像担持体の表面に光を照射し、前記像担持体の表面に静電像を形成する露光部と、
前記静電像を現像剤で現像する現像剤担持体と、
前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤収容部に収容された前記現像剤の量が閾値より小さくなった場合において報知を行う報知部と、
単位画素当たりの前記現像剤の第１消費量に関する情報を用いて前記入力画像データにおける前記現像剤の第２消費量を算出し、前記第２消費量に基づいて、前記報知部に前記報知を行わせるように制御する制御部と、を有し、
前記像担持体の周速に対する前記現像剤担持体の周速の比率を表す第１の周速比で画像形成を行う第１モードと、前記第１の周速比よりも大きい第２の周速比で画像形成を行う第２モードと、を実行可能な画像形成装置であって、
前記制御部は、前記第２モードの前記第１消費量を、前記第１モードの前記第１消費量と、前記第１の周速比と、前記第２の周速比と、に基づいて設定し、前記第１モードの前記第２消費量と前記第２モードの前記第２消費量と、に基づいて、前記報知部による報知を行うように制御することを特徴とする。

本発明は、トナーなどの現像剤の消費量を精度良く取得することができる。

実施例１における画像形成装置の概略構成断面図 実施例１におけるプロセスカートリッジの概略断面図 実施例１における画像情報信号とトナー消費量との関係を示す図 実施例１においてトナー残量を検知する流れを示すフローチャート 画像濃度信号と光学濃度との関係を示す図 ＰＷＭ制御を用いた場合における画像濃度信号と光学濃度との関係を示す図 実施例２においてトナー残量を検知する流れを示すフローチャート 実施例３における光学濃度と画像濃度信号との関係を示す図 実施例３における画像濃度信号とトナー消費量との関係を示す図 実施例２における画像濃度信号と単位トナー消費量Ｎとの関係を示す図 実施例３における画像濃度信号と単位トナー消費量Ｎとの関係を示す図 記録材に形成される画像の色域が拡大することを例示する図 駆動モータからの駆動伝達経路を示すハードウェア構成図

以下に図面を参照して本発明の実施形態を例示する。ただし、実施形態に記載されている構成部品の寸法や材質や形状やそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件などにより適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。
（実施例１）
＜画像形成装置の全体構成＞
まず、本実施例に係る電子写真画像形成装置１００（画像形成装置１００）の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、インライン方式と中間転写方式を採用したフルカラーレーザプリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置１００が受信した画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙やプラスチックシートや布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置１００に接続された画像読み取り装置
や、画像形成装置１００に通信可能に接続されたパーンナルコンピュータ等のホスト機器などから画像形成装置１００に入力される。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための第１〜４の画像形成部ＳＹ・ＳＭ・ＳＣ・ＳＫを有する。本実施例では、第１〜４の画像形成部ＳＹ〜ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。なお、本実施例では、第１〜４の画像形成部ＳＹ〜ＳＫの構成・動作は、形成される画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は符号の添え字Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋは省略する。

本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７（７Ｙ〜７Ｋ）は、全て同一形状であり、各色用のプロセスカートリッジ７内には、イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブランク（Ｋ）の各色のトナーがそれぞれ収容されている。また、プロセスカートリッジ７は、プロセスカートリッジ７内の現像剤としてのトナー１０によって現像されたトナー像を転写する手段としての中間転写ベルト３１を有する。中間転写ベルト３１は、無端状のベルトで形成されたベルトであり、全ての像担持体としての感光ドラム１（１Ｙ〜１Ｋ）に当接し、図１の矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト３１は、複数の支持部材としての駆動ローラ（不図示）と二次転写対向ローラ（不図示）と従動ローラ（不図示）によって掛け渡されている。

また、中間転写ベルト３１の内周面側には、各感光ドラム１に対向する位置に、一次転写手段としての４個の一次転写ローラ３２（３２Ｙ〜３２Ｋ）が並設されている。一次転写ローラ３２は、中間転写ベルト３１を感光ドラム１に向けて押圧し、中間転写ベルト３１と感光ドラム１とが当接する一次転写部Ｎ１を形成する。そして、一次転写ローラ３２に、一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）（不図示）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光ドラム１上（像担持体上）のトナー像が中間転写ベルト３１上に転写（一次転写）される。

また、中間転写ベルト３１の外周面側において二次転写対向ローラ３５に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ３３が配置されている。二次転写ローラ３３は、中間転写ベルト３１を介して二次転写対向ローラ３５に圧接し、中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３３とが当接する二次転写部を形成する。そして、二次転写ローラ３３に、二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）（不図示）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト３１上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。

さらに説明すれば、画像形成時には、まず、像担持体としての感光ドラム１の表面が帯電ローラ２によって一様に帯電される。次に、画像情報に応じたレーザ光がスキャナユニット３０（露光部材）から照射されることによって、帯電された感光ドラム１の表面が走査露光され、感光ドラム１上に画像情報に応じた静電像が形成される。次に、感光ドラム１上に形成された静電像は、現像装置としての現像ユニット３によってトナー像として現像される。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ３２の作用によって中間転写ベルト３１上に転写（一次転写）される。

例えば、フルカラー画像を形成する際には、上述したプロセスが、第１〜４の画像形成部ＳＹ〜ＳＫにおいて順次に行われ、各色のトナー像が中間転写ベルト３１上に重なって一次転写される。その後、中間転写ベルト３１の移動と同期が取られて記録材１２が二次転写部へと搬送される。中間転写ベルト３１上の４色のトナー像は、記録材１２を介して中間転写ベルト３１に当接している二次転写ローラ３３の作用によって一括して記録材１
２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置３４に搬送される。定着装置３４において記録材１２に熱と圧力が加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。また、一次転写工程後に感光ドラム１上に残留した一次転写残トナーは、クリーニング部材６（図２を参照）によって除去・回収される。また、二次転写工程後に中間転写ベルト３１上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置（不図示）によって清掃される。なお、画像形成装置１００は、所望の一つの画像形成部、または、いくつかの画像形成部（全てではない）を用いて、単色またはマルチカラーの画像を形成することもできる。

ここで、図１３は、駆動源としての駆動モータＭ１〜Ｍ３からの駆動伝達経路を示すハードウェア構成図である。本実施例では、図１３に示すように、現像剤担持体としての現像ローラ４ａと現像ローラ４ｂと現像ローラ４ｃとが同一の駆動モータＭ１によって駆動されている。また、現像ローラ４ｄと感光ドラム１ｄと中間転写ベルト３１が同一の駆動モータＭ２によって駆動されている。また、感光ドラム１ａと感光ドラム１ｂと感光ドラム１ｃとが同一の駆動モータＭ３によって駆動されている。本実施例においては、例えば、現像ローラ４aと接触（対向）する感光ドラム１aが異なる駆動モータで駆動される。これにより、現像ローラの周速（表面の移動速度）と感光ドラムの周速（表面の移動速度）を変えることができるため、周速比の異なるモードで画像形成を行うことができる。

＜プロセスカートリッジの構成＞
次に、本実施例の画像形成装置１００に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について図２を用いて説明する。本実施例では、収容されているトナーの種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成・動作は実質的に同一である。図２は、感光ドラム１の長手方向（回転中心軸線方向）に沿って見たプロセスカートリッジ７の概略断面図（主断面図）である。図２に示したプロセスカートリッジ７の姿勢は、画像形成装置１００に装着された状態での姿勢であり、以下に、プロセスカートリッジ７の各部材の位置関係や方向などについて記載する際は、この姿勢における位置関係や方向に基づいて記載する。

プロセスカートリッジ７は、像担持体としての感光ドラム１などを備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ４などを備えた現像ユニット３とが一体化されて構成されている。感光体ユニット１３には、図示しない軸受を介して感光ドラム１が回転可能に取り付けられている。感光ドラム１は、図示しない駆動手段（駆動源）としての駆動モータから感光体ユニット１３に駆動力が伝達されることで、画像形成動作に応じて図２の矢印Ａ方向（時計回り）に回転駆動される。なお、感光ドラム１の外径は２４ｍｍであり、感光ドラム１は４０ｒｐｍで回転する。本実施例において、画像形成プロセスの中心となる感光ドラム１は、アルミニウム製のシリンダの外周面に機能性膜である下引き層・キャリア発生層・キャリア移送層を順にコーティングした有機感光ドラム１である。

また、感光体ユニット１３には、感光ドラム１の外周面に接触するようにクリーニング部材６と帯電ローラ２が配置されている。クリーニング部材６によって感光ドラム１の表面から除去された転写残トナーは、感光体ユニット１３内の廃トナー容器に落下・収容される。帯電手段である帯電ローラ２は、芯金と、芯金の外周面を覆う導電性ゴム部から形成され、導電性ゴムによって形成されるローラ部が感光ドラム１に接触することで従動回転する。

ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程において所定の直流電圧が印加されており、これにより感光ドラム１の表面に一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。また、画像デ
ータに対応してスキャナユニット３０（露光部材）から発光されるレーザ光のスポットパターンは感光ドラム１を露光し、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失することで、レーザ光によって露光された部位の電位が低下する。この結果、露光部位の電位は所定の明部電位（Ｖｌ）となり、未露光部位の電位は所定の暗部電位（Ｖｄ）となる。これにより、静電潜像が感光ドラム１上に形成される。なお、本実施例では、Ｖｄ＝−５００Ｖであり、Ｖｌ＝−１００Ｖである。

一方、現像装置としての現像ユニット３は、現像剤としてのトナー１０を担持するための現像剤担持体としての現像ローラ４と、現像ローラ４にトナー１０を供給する供給部材としてのトナー供給ローラ２０が配置される現像室１８ａを有している。さらに、現像ユニット３において、トナー１０を収容するトナー収容部（現像剤収容部）１８ｂが、鉛直方向においてトナー供給ローラ２０よりも下方に設けられている。なお、本実施例では、初期状態で凝集度が５〜４０％であるトナーを用いている。耐久を通してトナーの流動性を確保するために、このような凝集度を持つトナーを用いることが望ましい。また、トナーの凝集度については、以下のようにして測定を行った。

測定装置としては、デジタル振動計（ＤＥＧＩＴＡＬ ＶＩＢＬＡＴＩＯＮＭＥＴＥＲＭＯＤＥＬ １３３２ ＳＨＯＷＡ ＳＯＫＫＩ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製）を有するパウダーテスター（細川ミクロン社製）を用いた。また、測定法としては、振動台に３９０メッシュ・２００メッシュ・１００メッシュのふるいを目開の狭い順に、すなわち、１００メッシュふるいが最上位にくるように３９０メッシュ・２００メッシュ・１００メッシュのふるいを順番に重ねてセットした。

このセットした１００メッシュのふるい上に正確に秤量した試料（トナー）５ｇを加え、デジタル振動計の変位の値が０．６０ｍｍ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）になるように調整し、ふるいに１５秒間振動を加えた。その後、各ふるい上に残った試料の質量を測定し、下式にもとづき凝集度を得た。その際の測定サンプルは、それぞれ事前に２３℃・６０％ＲＨ環境下において２４時間放置したものであり、２３℃・６０％ＲＨ環境下で測定を行った。

凝集度（％）＝（１００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×１００＋（２００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×６０＋（３９０メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×２０

また、トナー供給ローラ２０は、回転するとともに、現像ローラ４との間でトナーのニップ部（現像ローラ４とトナー供給ローラ２０とでトナーを挟む部分）を形成している。トナー収容室１８ｂ内には撹拌搬送部材２２が設けられている。撹拌搬送部材２２は、図２の矢印Ｇ方向に回転し、トナー収容室１８ｂ内に収容されたトナーを撹拌するとともに、トナー供給ローラ２０の上部に向けてトナーを搬送する。本実施例において、撹拌搬送部材は３０ｒｐｍで駆動回転している。

現像ブレード８は、現像ローラ４の下方に配置され、現像ローラ４に対してカウンター方向に当接しており、トナー供給ローラ２０によって供給されたトナーのコート量規制を規制し、トナーに電荷が付与している。本実施例では、現像ブレード８として、厚さ０．１ｍｍの板バネ状のＳＵＳ製の薄板を用いており、薄板のバネ弾性を利用して、現像ブレード８の表面がトナーと現像ローラ４に当接される。ここで、現像ブレード８の構成はこれに限定されない。例えば、リン青銅やアルミニウムなどの金属薄板を用いてもよい。また、現像ブレード８の表面にポリアミドエラストマーやウレタンゴムやウレタン樹脂などの薄膜を被覆してもよい。

また、現像ブレード８と現像ローラ４との摺擦によってトナーが摩擦帯電されることでトナーに電荷が付与される。それと同時に、現像ブレード８によってトナー層の厚みが規制される。また、本実施例においては、ブレードバイアス電源（不図示）から現像ブレード８に所定電圧が印加されることで、トナーのコート量の安定化を図っている。また、本実施例においては、現像ブレード８に印加されるバイアスをＶ＝−５００Ｖとした。

また、現像剤担持体としての現像ローラ４と感光ドラム１は、現像ローラ４と感光ドラム１が対向する部分において互いの表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するようにそれぞれ回転する。なお、本実施例では、現像ローラ４は、感光ドラム１に接触して配置されているが、感光ドラム１に対して所定間隔を空けて近接配置される構成であってもよい。

本実施例においては、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、像担持体としての感光ドラム１と現像ローラ４とが接触する現像部において、感光ドラム１と現像ローラ４との電位差によって、感光ドラム１の明部電位部にのみ転移する。これにより、静電潜像がトナー像として顕像化される。本実施例においては、現像ローラ４に対してＶ＝−３００Ｖの電圧を印加することで、感光ドラム１の明部電位部と現像ローラ４との電位差をΔＶ＝２００Ｖとし、感光ドラム１上にトナー像を形成した。

また、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４は、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４の表面がニップ部の上端から下端に移動する方向に回転している。すなわち、トナー供給ローラ２０は図２の矢印Ｅ方向（時計回り）に、現像ローラ４は矢印Ｄ方向に回転している。トナー供給ローラ２０は、導電性芯金の外周に発泡体層を形成することで形成される弾性スポンジ製のローラである。

また、トナー供給ローラ２０が現像ローラ４に押圧されることで、トナー供給ローラ２０は△Ｅだけ凹む。トナー供給ローラ２０と現像ローラ４は、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４の当接部において逆方向に回転している。これにより、トナー供給ローラ２０から現像ローラ４にトナーの供給を行っている。その際、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４との電位差を調整することにより、現像ローラ４へのトナー供給量を調整することができる。本実施例では、トナー供給ローラが８０ｒｐｍ回転し、現像ローラが１００ｒｐｍで回転する。そして、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４とが同電位となるように、トナー供給ローラ２０にＤＣバイアスを印加した。

なお、本実施例においては、現像ローラ４とトナー供給ローラ２０の外径はともに１５ｍｍである。また、トナー供給ローラ２０が現像ローラ４に押圧されることでトナー供給ローラ２０が凹む量△Ｅを１．０ｍｍに設定した。また、トナー供給ローラ２０と現像ローラ４は中心の高さは同じとなっている。そして、本実施例におけるトナー供給ローラ２０は、導電性支持体と、導電性支持体に支持される発泡層とを備える。具体的には、トナー供給ローラ２０は、導電性支持体として外径φ５（ｍｍ）の芯金電極を有している。また、トナー供給ローラ２０において、気泡同士がつながっている連続気泡体（連泡）から構成される発泡層としての発泡ウレタン層が芯金電極の周囲に設けられている。また、トナー供給ローラ２０は図２のＥ方向に回転する。

本実施例では、画像形成装置１００は、通常の画像濃度で画像形成を実行する第１画像形成モードとしての画像形成モードＡを実行可能である。つまり、画像形成モードＡがいわゆる通常のモードである。また、画像形成装置１００には、現像ローラ４と感光ドラム１の周速比を変化させることで、色味の選択範囲を増大させる（色域を拡大させる）とともに、高濃度の画像を形成するための第２画像形成モードとしての画像形成モードＢとが設けられている。ここで、図１２は、記録材１２に形成される画像の色域が拡大すること
を例示する図である。図１２に示すように、例えば、本実施例では、画像の色域の一部が減少することはなく、全体として画像の色域が増大する。具体的には、イエロー・レッド・マゼンタ・シアン・グリーンの色域が増大する。しかし、ブルーの色域についてはそれほど増大しない。イエロー（Ｙ）やレッド（Ｒ）では、５％から１５%色域を増大するこ
とができる。

それぞれの画像形成モードを比べると、特にベタ黒画像を形成する場合において、感光ドラム１と、現像剤担持体としての現像ローラ４の周速比が異なる。第１画像形成モードとしての画像形成モードＡでは、現像ローラ４に印加されるバイアスと、感光ドラム１に形成された静電潜像とによって形成される電気的ポテンシャルによって、現像ローラ４上のトナーが感光ドラム１に移動する。一方、第２画像形成モードとしての画像形成モードＢでは、現像ローラ４と感光ドラム１との周速比を増加させることで、現像ローラ４から感光ドラム１に移動するトナー供給量が増加する。

記録材１２に形成された画像の色域（表現できる色の範囲）を拡大する色域拡大モード（画像形成モードＢ）について詳細に説明する。本実施例では、画像形成モードＢにおいて感光ドラム１は２０ｒｐｍで回転する（画像形成モードＡにおいては、感光ドラム１は４０ｒｐｍで回転する）。このとき、現像ローラ４は、画像形成モードＡと同様に１００ｒｐｍで回転する。つまり、画像形成モードＢでは、感光ドラム１の周速を画像形成モードＡよりも遅くすることで、感光ドラム１と現像ローラ４との周速差を大きくしている。その結果、画像形成モードＡでは感光ドラム１と現像ローラ４との周速比（外周面の速度の比）は１５６％（第１の周速比）であったが、画像形成モードＢでは３１２％（第２の周速比）となる。つまり、画像形成モードＢにおける感光ドラム１と現像ローラ４との周速比（第２の周速比）は、画像形成モードＡにおける感光ドラム１と現像ローラ４との周速比（第１の周速比）よりも大きい。その結果、画像形成モードＢでは、ベタ黒画像を形成した場合に現像ローラ４から感光ドラム１上に移動するトナー量（現像剤量）は、画像形成モードＡに比べて２倍となる。これにより、画像形成モードＢでは、記録材１２に形成される画像の色域を拡大させるとともに、画像の濃度を高くすることができる。なお、本実施例において、画像形成モードＡでは、感光ドラム１の周速は５０ｍｍ／ｓｅｃであり、現像ローラ４の周速は７８．５ｍｍ／ｓｅｃである。ここで、本実施例では、「周速比」とは、現像ローラ４の周速を感光ドラム１の周速で除算した値のことをいう。つまり、周速比（％）＝現像ローラ４の周速／感光ドラム１の周速×１００（％）となる。また、「周速比」とは、感光ドラム１と現像ローラ４とが接触する部分における感光ドラム１と現像ローラ４との周速比である。感光ドラム１と現像ローラ４とが接触する部分における一方向を正方向とする。例えば、接触する部分において同方向に回転している感光ドラム１と現像ローラ４があり、ともに周速が５０ｍｍ／ｓｅｃであれば、周速比は１００％になる。また、接触する部分において逆方向に回転している場合がある。この場合で、感光ドラム１の周速が５０ｍｍ／ｓｅｃであり、現像ローラ４の周速は−５０ｍｍ／ｓｅｃである場合、感光ドラム１と現像ローラ４との周速比は−１００％となる。

ここで、本実施例では、記録材１２に形成される画像はデジタルである。つまり、本実施例では、多数のカラーのドットが集まることによって画像が形成されている。そして、本実施例では、トナーが消費されるドットの数（画素数）と、１つのドット（１画素）において消費されるトナーの量とに基づいて１つの画像で消費されるトナー量が検出される。例えば、１つのドットにおいて消費されるトナーの量が予めメモリなどの記憶部２００に記憶されている。そして、制御部であるＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、トナーが消費されるドットの数と、１つのドットにおいて消費されるトナー量と、トナーが消費されるドットの数とを積算する。それにより、１つの画像において消費されるトナー量が検出される。ただし、トナー消費量を検出するために、例えば、光学透過式のトナー残量検知方法と、画像を形成するドットの数を用いるトナー残量
検知方法とを併用することも可能である。しかし、本実施例では、１つのドットにおいて消費されるトナー量に基づいて、１つの画像で消費されるトナー量が検出される。

本実施例において、１つのドットにおいて消費されるトナー量は具体的には以下のようになる。

画像形成モードＡ ： ａ［グラム／ドット］
画像形成モードＢ ： ｂ［グラム／ドット］

この値は、使用環境（温度・湿度）に応じて変化させることも可能である。ここで、本実施例のように２つ以上の画像形成モードを有する場合には、複数のモードのそれぞれについて、１つのドットにおいて消費されるトナー量（現像剤量）の推定値を設定しておく必要がある。本実施例においては、ａとｂとが１つのドットにおいて消費されるトナー量の推定値として設定している。ここで、後述するが、本実施例では、上記した１つのドットで消費されるトナー量の推定値は、メモリなどの記憶部２００に予め記憶されている。なお、本実施例では、１つのドットで消費されるトナー量の推定値は記憶部２００に記憶されているが、必ずしもこれに限られることはない。例えば、プロセスカートリッジ７がメモリを有しており、そのメモリに、１つのドットで消費されるトナー量の推定値が記録されていてもよい。

本実施例では、画像形成モードＡでは、現像剤担持体としての現像ローラ４と、像担持体としての感光ドラム１との周速比が１５６％（第１の周速比）であり、画像形成モードＢでは現像ローラ４と感光ドラム１との周速比が３１２％（第２の周速比）である。これにより、現像ローラ４から感光ドラム１に移動するトナーの量は２倍になる。ここで、図３は、１つの画像を形成する際のトナー消費量と、画像形成装置１００が受信した画像濃度信号との関係を示す図である。つまり、画像形成モードＢにおいて１つのドットで消費されるトナー量は、画像形成モードＡにおいて１つのドットで消費されるトナー量の２倍となる。そのため本実施例では以下の関係が成り立つ。

ｂ＝２*ａ

この関係を用いて、第１画像形成モードとしての画像形成モードＡと第２画像形成モードとしての画像形成モードＢとにおいて、１つのドットで消費されるトナー量の推定値を変更する。これにより、画像形成モードＡと画像形成モードＢとにおいて、１つの画像を形成する際のトナー消費量を精度良く検出することができる。このため、本実施例にかかる画像形成装置１００は、正しいタイミングで、ユーザに、現像ユニット３にトナーが無いこと（“トナー無し”）を警告することができる。

図４は、実施例１においてトナー残量（現像剤残量）を検知する流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートを用いて、現像装置としての現像ユニット３内のトナーの有無を判定する流れについて詳しく説明する。画像形成装置１００において、１つのドットで消費されるトナー量の推定値は、メモリなどの記憶部２００に予め記憶されている。トナーが消費されるドットの数（画素数）は、画像形成装置１００がホスト５１から受信した画像情報信号に基づいて導出される。具体的には、制御部であるＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、スキャナユニット３０（露光部材）が照射したレーザの点灯時間（１つの画像における点灯時間）を、１ドットの静電像を形成するために必要な点灯時間で除算する。これにより、トナーが消費されるドットの数が算出される。トナーが消費されるドットの数は、メモリなどの記憶部２００に記憶される。そして、このようなドットについての情報は、１つの画像が形成されるごとに更新
される。ここで、本実施例では、メモリなどの記憶部２００とＲＯＭ５４とが別々の構成となっているが、必ずしもこれに限られることはない。例えば、ＲＯＭ５４が記憶部２００としての機能を有し、１つのドットで消費されるトナー量の推定値がＲＯＭ５４に予め記憶されていてもよい。

図４に示すフローチャートを用いて説明する。まず、ホスト５１から画像形成装置１００にプリント信号が入力されるとＳ２に進む（Ｓ１・ＹＥＳ）。このとき、すでに、現像ユニット３内のトナー残量Ｗ＝ｗ１が、前回の画像形成動作において取得され、画像形成装置１００における記憶部２００に記憶されている。その後、画像形成装置１００において、画像形成動作を開始し、適切なタイミングで、現像ローラ４が回転し、像担持体としての感光ドラム１に静電潜像が形成される（Ｓ２）。

そして、Ｓ３において、制御部であるＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、画像形成装置１００が受信した画像情報信号に基づいて、トナーが消費されるドットの数ｄが取得される（Ｓ３）。そして、Ｓ４において、画像形成装置１００で実行される画像形成モードが画像形成モードＡである場合Ｓ５に進む。一方、Ｓ４において、画像形成装置１００において実行される画像形成モードが画像形成モードＢである場合Ｓ９に進む。

そして、Ｓ５において、ＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、１つのドットで消費されるトナー量ａ［グラム／ドット］と、トナーが消費されるドットの数（画素数）とが積算される。これにより、１つの画像において消費されたトナー量ｗｄが算出される（Ｓ５）。そして、前回の画像形成動作（画像形成動作前）において取得されたトナー残量Ｗ＝ｗ１から、今回の画像形成動作において消費したトナー量ｗｄを引く。これにより、現像ユニット３内のトナー残量（Ｗ−ｗｄ）を取得する。

次に、Ｓ６において、ＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、現像ユニット３内のトナー残量Ｗ−ｗｄと閾値Ｅｗとを比較する（Ｓ６）。ここで、閾値Ｅｗは、現像ユニット３内のトナー残量がゼロであるか否かを判定するための閾値である。そして、トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗより大きい場合（Ｓ６・ＮＯ）、画像形成装置１００は、プリント動作を終了させてスタンバイ状態に移行する（Ｓ７）。また、トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗ以下である場合（Ｓ６・ＹＥＳ）、ディスプレイが制御されることで、ユーザに、現像装置としての現像ユニット３内のトナー残量がゼロであるが報知される（Ｓ８）。

一方、画像形成モードが画像形成モードＢである場合（Ｓ３・ＮＯ）、Ｓ９において、１つのドットで消費されるトナー量をトナー量ｂ（＝２＊ａ）［グラム／ドット］として、１つの画像において消費されたトナー量ｗｄが算出される（Ｓ９）。そして、前回の画像形成動作後のトナー残量Ｗ＝ｗ１から、消費したトナー量ｗｄを引くことで、トナー残量Ｗ−ｗｄと閾値Ｅｗとを比較する（Ｓ６）。トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗよりも大きい場合、画像形成装置１００は、プリントを終了させてスタンバイ状態に移行する（Ｓ７）。一方、トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗ以下である場合、画像形成装置１００は、ユーザに、現像ユニット３内のトナー残量がゼロであることを警告する（Ｓ８）。

以上のように、実施例１では、感光ドラム１と現像ローラ４の周速比がそれぞれ異なる画像形成モードＡと画像形成モードＢとを実行可能である。また、１つのドットにおいて消費されるトナー量の推定量と、トナーが消費される部分のドットの数とに基づいて、画像を形成する際に消費されるトナー量を取得している。そして、画像形成モードＡと画像形成モードＢとで、１つのドットにおいて消費されるトナー量の推定値を変更している。これにより、画像の質を向上させるとともに、トナーの消費量を精度良く取得することが
できる。

（実施例２）
次に実施例２について説明する。なお、本実施例において、実施例１と同一の機能を有する部分についての説明は同一の符号を付すことによって省略する。ここで、本実施例では、多値画像（３つ以上の色で形成される画像）を表現するために、ディザリング（ドットによる画像形成）に加えて、スキャナユニット３０が照射するレーザの点灯時間を変更している。これにより、画像を構成する１つの画素（基本画素）の階調を複数段階に調整することができる。ここで、「階調」とは、デジタル画像を構成する画素の濃淡の程度のことをいう。具体的には、レーザの点灯時間を変えることで、レーザによって感光ドラム１が照射される時間、または、感光ドラム１においてレーザに照射される領域を変えている。本実施例では、画像を構成する１つの画素の階調を調整するために、ＰＷＭ（パルス幅変調方法）を用いている。ＰＷＭによって画像を形成した場合、一般的に、ディザリングによって画像を形成する場よりも、解像度が高くなり、階調性（色の濃淡の変化度合い）も優れる。

図５は、画像濃度信号と光学濃度との関係を示す図である。また、図６は、ＰＷＭを用いた場合における画像濃度信号と光学濃度との関係を示す図である。画像形成モードＡを実行する場合と同じ設定で画像形成モードＢを実行した場合、画像の階調性を確認すると、光学濃度（ＯＤ値）と画像濃度信号との関係は図５のようになる。画像濃度信号が同じである場合、画像形成モードＡと画像形成モードＢとでトナー消費量を比較すると、当然、画像形成モードＢにおけるトナー消費量は、画像形成モードＡにおけるトナー消費量の２倍になる。

なお、画像濃度信号は、記録材１２に形成された画像の濃度を示す信号である。記録材１２にベタ黒画像を形成した場合、画像濃度信号は１００％となる。なお、画像濃度信号は、ベタ黒画像を形成する場合におけるスキャナユニット３０によるレーザの照射時間と、ベタ黒画像を形成しない場合におけるレーザの照射時間との比率から求めることができる。具体的には、画像を形成した際（プリントした際）のレーザの照射時間を、ベタ黒画像を形成した際のレーザの照射時間で除算することで、画像濃度信号が何％になるかを算出することができる。

ここで、中間階調（例えば画像濃度信号が５０％の場合）におけるハーフトーン画像を記録材１２の全面に印字する場合に、画像形成モードＡと同じ設定で画像を印字するとする。この場合、図５に示すように、画像形成モードＢにおけるハーフトーン画像の光学濃度（ＯＤ値）は、画像形成モードＡにおけるハーフトーン画像の光学濃度の２倍以上となってしまう。これは、光学的ドットゲイン（光の吸収と反射によって画像の濃度が実際とは違って見えること）の影響である。光の回り込み（回折）によって、ハーフトーン画像の光学濃度が高くなってしまう。

そのため、中間階調（ハーフトーン）での画像濃度が実際よりも高くなってしまうことを抑制するために本実施例ではＰＷＭを用いている。具体的には、画像濃度信号が同じである場合に、画像形成モードＢでは、スキャナユニット３０によるレーザの照射時間を画像形成モードＡよりも短くしている。これにより、画像形成モードＢにおいても、画像濃度信号と光学濃度（ＯＤ）との関係が線形となるように補正している。

そして、本実施例では、画像形成モードＢにおいて、画像濃度信号と光学濃度（ＯＤ）との関係をＰＷＭによって補正しているため、中間階調においてトナー消費量が減り、画像濃度信号とトナー消費量との関係が図６のようになる。図６に示すように、画像濃度信号１００％で画像を印字した場合、画像形成モードＢにおけるトナー消費量は、画像形成
モードＡにおけるトナー消費量の２倍となる。

しかし、画像濃度信号５０％でハーフトーン画像を印字した場合、画像形成モードＢにおけるトナー消費量は、画像形成モードＡにおけるトナー消費量の１．５倍だけとなる。このため、実施例１のように、画像形成モードＢにおいて１つのドットで消費されるトナー量ｂと、画像形成モードＡにおいて１つのドットで消費されるトナー量ａとの関係をｂ＝Ａ＊ａ（Ａは一定の値）とすると、トナー残量を正確に取得することができない。そこで、本実施例では、図１０に示すように、画像濃度信号の値に応じて、１つのドットで消費されるトナー量Ｎの値を変更している。なお、トナー量Ｎは、実際のトナー消費量と画像形成信号との関係を予め実験で求めることにより決定される。そして、図１０に示すような対応関係が、メモリなどの記憶部２００に予め記憶されている。そして、本実施例では、画像濃度信号の範囲ごとのトナー消費量をそれぞれ取得し、それらの合計量を、１つの画像において消費されるトナー量としている。

図７は、実施例２においてトナー残量を検知する流れを示すフローチャートである。本実施例におけるトナー残量の取得方法の流れについて図７を用いて詳しく説明する。本実施例においても、実施例１と同様に、ＣＰＵ５３がＲＯＭ５４に記憶されたプログラムを実行することで、画像形成装置１００内の機器の動作を制御する。画像形成装置１００は、本実施例では、１つのドットで消費されるトナー量Ｎと画像濃度信号との対応関係（図１０を参照）が予めメモリなどの記憶部２００に記憶されている。

また、本実施例では、図１０に示すように、画像濃度信号の範囲を２０％ずつ５つに区分けし、５つの画像濃度信号ごとに、トナーが消費されるドットの数をそれぞれ取得している。そして、トナーが消費されるドットの数は、メモリなどの記憶部２００に記憶される。しかしながら、必ずしもこれに限られない。例えば、記録材１２をいくつかの領域に区分けし、それぞれの領域ごとに、トナーが消費されるドットの数と、画像濃度信号の平均値とを記憶部２００に記憶してもよい。

図７において、まず、ホスト５１から画像形成装置１００にプリント信号が入力される場合Ｓ２に進む（Ｓ１・ＹＥＳ）。このとき、すでに、前回の画像形成動作において取得されたトナー残量Ｗ＝ｗ１が、画像形成装置１００内の記憶部２００に記憶されている。その後、Ｓ２において、画像形成動作が開始され、適切なタイミングで、現像ローラ４が回転し、感光ドラム１に静電潜像が形成される（Ｓ２）。Ｓ３において、画像形成モードＡと画像形成モードＢのどちらが実行されるかが判断される（Ｓ３）。画像形成モードＡが実行される場合Ｓ４に進む（Ｓ３・ＹＥＳ）。一方、画像形成モードＢが実行される場合Ｓ９に進む（Ｓ３・ＮＯ）。

そして、Ｓ４において、実施例１と同様の方法で、トナーが消費されるドットの数ｄが取得される（Ｓ４）。次に、Ｓ５において、ドットで消費されるトナー量ａと、トナーが消費されるドットの数ｄとが積算されることで、１つの画像において消費されるトナー量ｗｄが取得される（Ｓ５）。そして、前回の画像形成動作後のトナー残量Ｗ＝ｗ１からトナー量ｗｄを引くことで、今回の画像形成動作後における現像ユニット３内のトナー残量（ｗ１−ｗｄ）を取得することができる。その後、トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗよりも大きい場合、画像形成装置１００は、画像形成動作を終了し、スタンバイ状態に移行する（Ｓ６・ＮＯ）。一方、トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗ以下である場合、画像形成装置１００は、ユーザに、現像装置としての現像ユニット３内のトナー残量がゼロであること（“トナー無し”）を報知する（Ｓ８）。

ここで、上述したように、本実施例では、画像形成モードＢで画像形成動作を実行する場合、５つの画像濃度信号の区分ごとに、トナーが消費されるドットの数ｄが取得される
。５つの画像濃度信号の区分ごとに、１つのドットで消費されるトナー量Ｎ［グラム／ドット］（図１０を参照）とドットの数ｄとが積算される。そして、５つの画像濃度信号の区分ごとに取得されたトナー消費量を積算することで、１つの画像において消費されたトナー量ｗｄを取得している。

その後、Ｓ６において、トナー残量Ｗ＝ｗ１から消費したトナー量ｗｄを引き、トナー残量Ｗ−ｗｄと閾値Ｅｗとを比較する（Ｓ６）。トナー残量Ｗ−ｗｄが閾値Ｅｗより大きい場合、画像形成装置１００は、画像形成動作を終了させ、スタンバイ状態に移行する（Ｓ６・ＮＯ、Ｓ７）。一方、トナー残量Ｗ―ｗｄが閾値Ｅｗ以下である場合、ユーザに、現像ユニット３内のトナー残量がゼロであること（“トナー無し”）を報知する（Ｓ６・ＹＥＳ、Ｓ８）。

本実施例では、画像濃度信号を２０％ごとに区分けし、それぞれの区分ごとに、１つのドットで消費されるトナー量Ｎを設定されている。しかし、必ずしも、画像濃度信号を等間隔で区切る必要はない。例えば、トナー消費量の変化が大きい画像濃度信号の範囲においては、画像濃度信号の区分を細分化することもできる。また、図６に示した曲線を予め記憶部２００に記憶させておくことで、トナー消費量を算出することもできる。

以上のように、本実施例では、実施例１と同様に、画像の質を向上させるとともに、トナーの消費量を精度良く取得することができる。
また、本実施例では、ＰＷＭによって画像を形成しているため、ディザリングによって画像を形成する場よりも、解像度が高くなり、階調性（色の濃淡の変化度合い）も優れる。

（実施例３）
本実施例では、光学濃度（ＯＤ値）を測定する測色器によって測定された測定結果に基づいて、記録材１２に印字される画像の光学濃度が正しい光学濃度になるように、１つのドットで消費されるトナー量を補正している。そして、そのような補正をした場合、１つの画像において消費されるトナー量も変わってしまう。そのため、本実施例では、補正に対応させて、１つのドットで消費されるトナー量の推定値を変更している。これにより、１つの画像において消費されたトナー量を正確に取得することができる。ここで、実施例３において、実施例２と同一の機能を有する部分についての説明は同一の符号を付すことで省略する。

ここで、図８は、実施例３において、印字された画像の光学濃度と画像濃度信号との関係を示す図である。また、図９は、実施例３において、１つの画像において消費されるトナー量と画像濃度信号との関係を示す図である。本実施例では、実施例２と同様に、画像形成モードＢではＰＷＭを用いて画像を形成している。ここで、理想的には、画像の光学濃度と画像濃度情報との関係は、図８の実線のようになることが望ましい。しかし、実際に測色器によって測定された光学濃度は、図８の実線のようになる。つまり、光学濃度と画像濃度情報との関係性が線形ではなくなる。

そのため、本実施例では、光学濃度と画像濃度情報との関係性を図８の破線のようにするために、１つのドットで消費されるトナー量を補正している。この補正により、光学濃度と画像濃度情報との関係性は図８の破線のようになる。具体的には、本実施例では、画像濃度信号が２５％・５０％・７５％・１００％である場合のパッチ画像を予めプリントする。そして、そのパッチ画像の光学濃度を測色器で測り、測定された光学濃度に基づいて１つのドットで消費されるトナー量を補正している。

しかし、１つのドットで消費されるトナー量を補正した場合、１つの画像において消費
されるトナー量も変わってしまう。ここで、図９において、理想的には、１つの画像におけるトナー消費量と画像濃度情報との関係は、図９の実線のようになることが望ましい。しかし、実際には、１つの画像におけるトナー消費量と画像濃度情報との関係は、図９の破線のようになる。そこで、本実施例では、本実施例では、補正に対応させて、１つのドットで消費されるトナー量の推定値を変更している。具体的には、図１１に示すように、５つの区分に区分けされた画像濃度情報に対応させて、１つのドットで消費されるトナー量の推定量Ｎがそれぞれ設定されている。

そして、本実施例では、図１１に示す対応関係がメモリなどの記憶部２００に記憶されている。ここで、本実施例では、変換式が記憶部２００に記憶されており、この変換式によって、補正に対応させて、１つのドットにおけるトナー消費量の推定値が変更される。それにより、図１１に示すような対応関係が導き出される。図１１に示した対応関係を用いて、本実施例では、１つの画像におけるトナー消費量を算出している。これにより、１つの画像において消費されるトナー量を正確に取得することができる。なお、実施例３は、１つのドットで消費されるトナー量の推定量Ｎが変更されることを除いて実施例２と同様である。

以上のように、本実施例では、実施例１と同様に、画像の質を向上させるとともに、トナーの消費量を精度良く取得することができる。
また、本実施例では、光学濃度（ＯＤ値）を測定する測色器によって測定された測定結果に基づいて、記録材１２に印字される画像の光学濃度が正しい光学濃度になるように、１つのドットで消費されるトナー量を補正している。

１…感光ドラム、４…現像ローラ、１０…トナー、１００…画像形成装置

Claims (10)

1. 回転可能な像担持体と、
   外部装置から入力された入力画像データに基づき前記像担持体の表面に光を照射し、前記像担持体の表面に静電像を形成する露光部と、
   前記静電像を現像剤で現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記現像剤収容部に収容された前記現像剤の量が閾値より小さくなった場合において報知を行う報知部と、
   単位画素当たりの前記現像剤の第１消費量に関する情報を用いて前記入力画像データにおける前記現像剤の第２消費量を算出し、前記第２消費量に基づいて、前記報知部に前記報知を行わせるように制御する制御部と、を有し、
   前記像担持体の周速に対する前記現像剤担持体の周速の比率を表す第１の周速比で画像形成を行う第１モードと、前記第１の周速比よりも大きい第２の周速比で画像形成を行う第２モードと、を実行可能な画像形成装置であって、
   前記制御部は、前記第２モードの前記第１消費量を、前記第１モードの前記第１消費量と、前記第１の周速比と、前記第２の周速比と、に基づいて設定し、前記第１モードの前記第２消費量と前記第２モードの前記第２消費量と、に基づいて、前記報知部による報知を行うように制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記外部装置から入力された画像濃度信号に基づいて決定された画像濃度が高い程、前記第１モードでの前記第２消費量に対する、前記第２モードでの前記第２消費量の割合が大きくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 光学濃度による信号を検知する検知部を更に備え、
   前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて前記第１消費量を補正することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記露光部は、スキャナユニットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
   項に記載の画像形成装置。
5. 前記外部装置は、前記画像形成装置に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記画像濃度信号は、ベタ黒画像である１００％であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
7. 前記第１モードの方が、前記第２モードに比べて前記像担持体の周速が大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第１モードの前記第２消費量は、前記入力画像データに基づいて前記露光部によって露光した時間を前記単位画素当たりの露光時間で除算した値と、前記第１モードの前記第１消費量と、を積算することによって算出されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記第２モードの前記第１消費量は、前記第１モードの前記第１消費量と、前記第２の周速比を前記第１の周速比で除算した値と、を積算することによって算出されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記第２モードは、前記第１モードに比べて前記入力画像データに伴って形成される出力画像の色域を拡大する色域拡大モードであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
    

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