JP5538321B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に現像装置へのトナー補給を行う着脱可能なトナー収容容器を備えた画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置の現像ユニットは、メンテナンスの容易化のため、現像ユニット内に一定量のトナーを充填しておき、トナーがなくなると現像ユニットごと交換していた。しかし、現像ユニットは経済上の観点から頻繁に交換できず、ある程度画像形成を行うためにはトナーの容積を大きくせざるを得ない。そのため、現像ユニットを含む画像形成装置の小型化が困難であった。

そこで、現像ユニットの小型化を図るために、トナーコンテナやトナーカートリッジ等の交換可能なトナー収容容器を用いて外部からトナーを供給する方式が提案されている。この方式では、トナー収容容器内に貯留されているトナー残量が空（以下、トナーエンドという）である表示を行うことで、ユーザーにトナー収容容器の交換を促す。

しかし、トナーエンドの表示が突然に行われると、交換用のトナー収容容器の準備に時間を要する場合、ユーザーは画像形成装置を使用できないことも生じる。そこで、トナーエンドの表示前にトナーエンド間近の状態（以下、ニアエンドという）を設定して表示し、このニアエンドの表示によって、ユーザーが交換用のトナー収容容器を準備する時間を確保している。

例えば、特許文献１には、画像を所定のサイズに分割し、分割領域の総和濃度、または総和階調数に対して重み付けを行うことにより正確なトナー消費量を算出し、トナー消費量に基づいて算出されたトナーカートリッジ（トナー収容容器）内のトナー残量が予め設定された所定値以下となったときにトナーセーブモードに移行する画像形成装置が開示されている。

また、上記特許文献１には、ユーザーが予めトナーカートリッジの準備に必要な所定日数を設定しておき、トナー残量が１日あたりの平均トナー消費量に所定日数を乗じた値以下になったときトナーセーブモードを実行することにより、少なくとも交換用のカートリッジを入手するまでに必要な稼働日数を確保できるようにすることも記載されている。

特開２００６−２５１１８０号公報

しかしながら、特許文献１のように、１日あたりの平均トナー消費量と設定された日数に基づいてトナーセーブモードの開始時期を変動させる場合、設定された日数が短い場合は、トナーセーブモードが開始する時点で、既にトナー収容容器内のトナー残量が相当量減少し、画像品質を維持するために必要最低限のトナー量を下回っていることがある。そのため、トナーセーブモードの開始後、或いは開始前において画像濃度の低下や濃度ムラ等の画質低下が発生するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナー収容容器内のトナー残量が少なくなったとき、画像品質を損なわない範囲でトナーの消費を節約しつつ、トナー収容容器の交換時期を正確に把握可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、印字される画像情報を入力する画像入力部と、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、該現像装置に補給するトナーを収容する交換可能なトナー収容容器と、該トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったことを検知可能なトナー残量検知手段と、画像形成装置の使用開始直後からの積算印字枚数及び積算トナー消費量に基づいて画像１枚当たりの平均トナー消費量及び１日当たりの平均トナー消費量を算出する平均トナー消費量算出手段と、前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったときトナー消費量を通常印字時よりも抑制するトナーセーブモードを実行可能な制御手段と、を備えた画像形成装置において、前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったことを表示するとともに、前記トナーセーブモードの実行の要否、及び前記トナーセーブモードを実行した場合の前記トナー収容容器の交換日時を入力可能な表示入力手段を備え、前記制御手段は、前記表示入力手段により入力された前記トナー収容容器の交換日時情報と、前記平均トナー消費量算出手段により算出された１日当たりの平均トナー消費量と、に基づいて、前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを変更することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記画像入力部から入力された画像情報の属性を判別する画像属性判別手段を備え、前記制御手段は、前記画像属性判別手段により判別された画像属性に応じて前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを変更することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記表示入力手段は、前記画像入力部から入力される画像情報が文字画像であるときイメージ画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くする文字優先モードと、前記画像入力部から入力される画像情報がイメージ画像であるとき文字画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くするイメージ優先モードとを選択的に入力可能であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記表示入力手段は、前記トナーセーブモードを実行した場合の入力可能な前記トナー収容容器の交換日時の範囲を表示することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも近い交換日時情報が入力されたときは前記トナーセーブモードの実行を中止することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも先の交換日時情報が入力されたときは交換日時の再入力を促す表示を行うことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記トナーセーブモードを実行した後の印字動作による前記トナー収容容器内のトナー残量の変化と、入力された前記トナー収容容器の交換日時までの期間の変化とに基づいて、前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを再計算することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、ユーザーが入力したトナー収容容器の交換日時情報と、１日当たりの平均トナー消費量と、に基づいてトナーセーブモード中のトナー消費量の抑制度合いが変更されるため、入力された交換日時にちょうどトナーが消費されるようにトナーセーブモードが実行される。そのため、ユーザーは正確にトナー収容容器の交換日時を把握することが可能となる。また、画像形成装置の使用性や画質等を考慮して設定されたトナー収容容器のニアエンド状態からトナーセーブモードが実行されるため、トナーセーブモードの開始時、或いは開始前にトナーが必要以上に減少してしまうおそれがなく、画像濃度の低下や濃度ムラ等の発生を防止することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、画像属性判別手段により判別された画像属性が文字画像であるか、写真、グラフィック等のイメージ画像であるかに応じてトナーセーブモード中のトナー消費量の抑制度合いを変更することにより、文字画像の視認性やイメージ画像の階調性を極力損なわずにトナーセーブモードを実行することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、画像情報が文字画像であるときイメージ画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くする文字優先モードと、画像情報がイメージ画像であるとき文字画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くするイメージ優先モードとを選択的に入力可能とすることにより、ユーザーの所望する属性の画像品質を優先的に高めるようなトナーセーブモードを実行することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の画像形成装置において、トナーセーブモードを実行した場合の入力可能なトナー収容容器の交換日時の範囲を表示入力手段に表示することにより、交換日時の入力ミスを抑制することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の画像形成装置において、表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも近い交換日時情報が入力されたときはトナーセーブモードの実行を中止することにより、トナー収容容器の早期交換が可能な場合はトナーセーブモードを行わずに高品質な画像を出力することができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第４又は第５の構成の画像形成装置において、表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも先の交換日時情報が入力されたときは交換日時の再入力を促す表示を行うことにより、入力された交換日時までにトナー残量が空になるという不具合を回避するとともに、ユーザーが交換日時の再入力を忘れるおそれもなくなる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の画像形成装置において、トナーセーブモードを実行した後の印字動作によるトナー収容容器内のトナー残量の変化と、入力されたトナー収容容器の交換日時までの期間の変化とに基づいて、トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを再計算することにより、入力された交換日時とトナー収容容器内のトナー残量が空になるタイミングとを正確に合わせることができる。

本発明の画像形成装置１００の全体構成を示す概略断面図 本発明の画像形成装置１００に用いられる現像装置３の一構成例を示す側面断面図 本発明の現像装置３における攪拌部の一構成例を示す平面断面図 現像ローラー及び磁気ローラーに印加されるバイアス波形の一例を示す図 トナーコンテナ６を概略的に示す側面断面図 本発明の画像形成装置１００の制御経路を示すブロック図 トナーセーブモードに用いるガンマ補正テーブルの一例を示す図 本発明の画像形成装置において実行されるトナーセーブモードの制御例を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。図１において、画像形成装置１００（ここでは一例としてモノクロ複合機を示す）本体には、帯電、露光、現像及び転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部５３が配設されている。

次に、画像形成部５３について説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１を帯電させる帯電装置２と、感光体ドラム１に画像情報を露光する露光装置（レーザー走査ユニット等）４と、感光体ドラム１上にトナー像を形成する現像装置３と、感光体ドラム１上に残留したトナーを除去するクリーニング装置５とが配置されている。また、感光体ドラム１の表面の残留電荷を除去する除電装置（図示せず）が感光体ドラム１の回転方向（図１の矢印Ａ方向）に対しクリーニング装置５の下流側に設けられている。感光体ドラム１を矢印Ａ方向に回転させながら、感光体ドラム１に対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の給紙カセット１０内に収容されており、給紙ローラー１１及びレジストローラー対１３を介して感光体ドラム１と転写ローラー９との間のニップ部（転写ニップ部）へと搬送される。

画像読取部２０は、複写時に原稿を照明するスキャナーランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤセンサー等（いずれも図示せず）から構成されており、原稿画像を読み取って画像データに変換する。

コピー動作を行う場合、画像読取部２０において原稿の画像データを読み取り画像信号に変換する。一方、画像形成装置１００本体内の画像形成部５３において、帯電装置２により図中のＡ方向に回転する感光体ドラム１が一様に帯電され、画像読取部２０で読み取られた原稿画像データに基づく露光装置４からのレーザービームにより感光体ドラム１上に静電潜像が形成され、現像装置３により静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成される。この現像装置３へのトナーの供給はトナーコンテナ６から行われる。一方、用紙Ｐが給紙カセット１０から給紙ローラー１１、用紙搬送路１２を経由してレジストローラー対１３に搬送される。

そして、用紙Ｐがレジストローラー対１３から所定のタイミングで感光体ドラム１と転写ローラー９との間のニップ部へ搬送され、ニップ部において感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像が用紙Ｐ上に転写される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１の表面に残留したトナーがクリーニング装置５により除去される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラー対１４のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成された用紙Ｐは、搬送ローラー対１５を経て用紙搬送路１２の分岐部に配置された搬送ガイド部材１６によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、反転搬送路１９に送られて両面コピーされた後に）、排出ローラー対１７を介して排出トレイ１８に排出される。

用紙搬送路１２は、具体的には、搬送ローラー対１５の下流側において左右二股に分岐し、一方の経路（図１では右方向に分岐する経路）は排出トレイ１８に連通するように構成されている。そして、他方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は反転搬送路１９に連通するように構成されている。

図２は、本発明の画像形成装置に搭載される現像装置３の側面断面図であり、図３は、現像装置３の平面断面図（図２におけるＸＸ′矢視断面図）である。図２及び図３に示すように、現像装置３は、トナーと磁性キャリア（以下、単にキャリアとも言う）とを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤とも言う）が収納される現像容器３０を備えており、現像容器３０は仕切壁３０ａによって第１及び第２攪拌室３０ｂ、３０ｃに区画されている。第１及び第２攪拌室３０ｂ、３０ｃにはトナーコンテナ６（図１参照）から供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して攪拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー３１ａ及び第２攪拌スクリュー３１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー３１ａ及び第２攪拌スクリュー３１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図３の矢印Ｂ、Ｃ方向）に搬送され、仕切壁３０ａの両端部に形成された現像剤通過路４０ａ、４０ｂを介して第１及び第２攪拌室３０ｂ、３０ｃ間を循環する。即ち、第１及び第２攪拌室３０ｂ、３０ｃ、現像剤通過路４０ａ、４０ｂによって現像容器３０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器３０は図２の左斜め上方に延在しており、現像容器３０内において第１攪拌スクリュー３１ａの上方には磁気ローラー３２が配置され、磁気ローラー３２の左斜め上方には現像ローラー３３が対向配置されている。そして、現像ローラー３３は現像容器３０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１に対向しており、磁気ローラー３２及び現像ローラー３３はそれぞれの回転軸を中心として図２の時計回り方向に回転する。

第２攪拌室３０ｃには第２攪拌スクリュー３１ｂと対面してトナー濃度センサー４１が配置されており、トナー補給口３０ｄにはトナーコンテナ６の供給口６１ａ（図５参照）が連結されている。図３に示すように、トナー補給口３０ｄは平面的に見て、現像剤搬送方向（矢印Ｃ方向）に対し第２攪拌室３０ｃの上流側端部に配置されている。

トナー濃度センサー４１としては、現像容器３０内における二成分現像剤の透磁率を検出する透磁率センサーが用いられる。ここで、トナー濃度とは現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの比率（Ｔ／Ｃ）のことであり、本実施形態においては、トナー濃度センサー４１により現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を後述する制御部９０（図６参照）に出力するよう構成されており、制御部９０においてトナー濃度センサー４１の出力値からトナー濃度が決定されるようになっている。制御部９０は、決定されたトナー濃度に応じてトナー補給モーター２７（図５参照）に制御信号を送信し、トナー補給口３０ｄから現像容器３０内に所定量のトナーを補給する。

センサー出力値はトナー濃度に応じて変化し、トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が高くなり、磁気を通さないトナーの割合が増加するため出力値が低くなる。一方、トナー濃度が低くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が低くなり、磁気を通す磁性キャリアの割合が増加するため出力値が高くなる。

磁気ローラー３２は、非磁性の回転スリーブ３２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネット体３２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体３２ｂの磁極は、主極４５、規制極（穂切り用磁極）４６、搬送極４７、剥離極４８、及び汲上極４９の５極構成である。

現像ローラー３３は、円筒状の現像スリーブ３３ａと、現像スリーブ３３ａ内に固定された現像ローラー側磁極３３ｂで構成されており、磁気ローラー３２と現像ローラー３３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。現像ローラー側磁極３３ｂは、固定マグネット体３２ｂの対向する磁極（主極）４５と異極性である。

また、現像容器３０には穂切りブレード３５が磁気ローラー３２の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード３５は、磁気ローラー３２の回転方向（図２の時計回り方向）において、現像ローラー３３と磁気ローラー３２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード３５の先端部と磁気ローラー３２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー３３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）が印加され、磁気ローラー３２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）が印加されている。これらの直流電圧及び交流電圧は、現像バイアス電源からバイアス制御回路（いずれも図示せず）を経由して現像ローラー３３及び磁気ローラー３２に印加される。制御部９０（図６参照）は、バイアス制御回路に制御信号を送信して現像バイアス電源から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。

前述のように、第１攪拌スクリュー３１ａ及び第２攪拌スクリュー３１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器３０内を循環してトナーを帯電させ、第１攪拌スクリュー３１ａによって現像剤が磁気ローラー３２に搬送され、磁気ローラー３２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成する。磁気ローラー３２上の磁気ブラシは穂切りブレード３５によって層厚規制された後、磁気ローラー３２と現像ローラー３３との対向部分に搬送される。そして、磁気ローラー３２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー３３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー３３上にトナー薄層を形成する。

現像装置３内の第１及び第２攪拌スクリュー３１ａ、３１ｂは、ギヤ列を介して現像剤攪拌モーター（図示せず）に連結されており、制御部９０からの制御信号に基づいて第１及び第２攪拌スクリュー３１ａ、３１ｂを駆動させる。なお、ギヤ列を介して現像剤攪拌モーターを磁気ローラー３２及び現像ローラー３３にも連結しておくことで、磁気ローラー３２及び現像ローラー３３の駆動源と兼用することもできる。

現像ローラー３３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー３２と現像ローラー３３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー３３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図４は、現像ローラー３３及び磁気ローラー３２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、現像ローラー３３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が印加される。また、磁気ローラー３２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相の異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が印加される。

従って、磁気ローラー３２及び現像ローラー３３間に印加される電圧は、図４（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図４で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラー３３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー３３の回転によって感光体ドラム１と現像ローラー３３との対向部分に搬送される。現像ローラー３３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１との電位差によって現像ローラー３３から感光体ドラム１へトナーが飛翔し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。

現像に用いられずに残ったトナーは、現像ローラー３３の回転によって再度現像ローラー３３と磁気ローラー３２との対向部分に搬送され、磁気ローラー３２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネット体３２ｂの同極部分（剥離極４８、汲上極４９）で磁気ローラー３２から引き剥がされた後、第１及び第２攪拌室３０ｂ、３０ｃ間を循環する二成分現像剤中に戻される。そして、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラー３２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード３５へ搬送される。

図５は、トナーコンテナ６を概略的に示す側面断面図である。トナーコンテナ６は、未使用のトナーを貯留するコンテナ容器６１、搬送スクリュー６２、攪拌パドル６３、トナー補給モーター２７、攪拌モーター２８を備える。

コンテナ容器６１の底部の長手方向（図５の紙面と垂直な方向）の一端部には、現像容器３０のトナー補給口３０ｄ（図２参照）に連結される供給口６１ａが形成されている。攪拌パドル６３は、その軸部から径方向の片側に延び、且つ容器の長手方向に展開されるフィルム状の攪拌羽根６３ａを有する。攪拌羽根６３ａの回転によって、コンテナ容器６１内のトナーが攪拌され、攪拌されたトナーが搬送スクリュー６２側に移送される。

搬送スクリュー６２は、その軸部の周りに長手方向に一定の位相（ピッチ）で螺旋状に形成される螺旋羽６２ａを有し、コンテナ容器６１内の底部に供給口６１ａに対向して配置されている。搬送スクリュー６２が回転すると、攪拌パドル６３によって攪拌されたトナーが螺旋羽６２ａの位相の進行により供給口６１ａに向かって搬送され、供給口６１ａを介して現像容器３０に補給される。

トナー補給モーター２７、攪拌モーター２８は、それぞれ搬送スクリュー６２、攪拌パドル６３を回転させるＤＣモーターからなり、例えば、ブリッジ回路にパルス電圧を印加してパルス電圧のオンとオフを繰り返すことによって回転駆動させられる。攪拌パドル６３の攪拌羽根６３ａは、その軸部から半径方向に搬送スクリュー６２の外縁まで延び、螺旋羽６２ａに接触可能である。

コンテナ容器６１内にトナーが十分に貯留されている場合には、攪拌パドル６３はトナーを攪拌して搬送スクリュー６２に供給する。そして、トナー補給モーター２７が定速で回転駆動すると、搬送スクリュー６２はその回転速度に応じた一定量のトナーを供給口６１ａから現像容器３０内に補給する。これにより、現像容器３０内の現像剤のトナー濃度は一定に保持される。また、トナーが補給されたにも係わらず、トナー濃度センサー４１により検知された現像容器３０内の現像剤中のトナー濃度が上昇しない場合は、制御部９０はトナーコンテナ６内のトナーが空であると判断してユーザーインターフェース部５４（図６参照）にトナーコンテナ６内のトナー残量が空（以下、トナーエンドという）である表示を行い、ユーザーにトナーコンテナ６の交換を促す。

トナーコンテナ６のトナー補給速度は、トナーコンテナ６内のトナー残量が十分であるときは一定しているが、トナーコンテナ６内のトナー残量が少なくなると補給速度が低下する。そこで、トナーコンテナ６からの単位時間当たりのトナー補給量（トナー補給速度）が所定量に低下するとニアエンドを表示し、トナー補給量がさらに低下するとトナーエンドを表示する。ニアエンドの検知は、トナーエンドと同様にトナー濃度センサー４１により検知される現像容器３０内の現像剤中のトナー濃度に基づいて行っても良いし、後述するように、印字される画像の画像信号から算出される印字率を用いて予測することもできる。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図６は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。画像形成装置１００は、画像入力部５０と、画像処理部５１と、画像出力部５３と、ユーザーインターフェース部５４と、日時情報記憶部５５と、トナー残量検出部５６と、平均トナー消費量算出部５７と、制御部９０とを備えている。

画像入力部５０は、出力画像についての画像データを取得するものであり、例えば画像形成装置１００が図１に示したようなデジタル複合機の場合、原稿に描かれた画像を光学的に読み取る画像読取部２０であり、画像形成装置１００がプリンターである場合、パーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部５０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、画像処理部５１に送出される。なお、本実施形態に記載される画像入力方法は、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

画像処理部５１は、画像属性判別部５１１と、出力画像作成部５１２とを備えている。画像属性判別部５１１は、画像入力部５０から送信された画像データについて、画素毎に例えば「文字属性」や「イメージ属性」等の属性判別を行う。出力画像作成部５１２は、画像属性判別部５１１において属性判別されたそれぞれの画像属性に応じたフィルター処理、色補正処理、中間調補正処理等を行う。

ユーザーインターフェース部５４は、画像形成装置１００の状態を示すとともに、画像形成装置１００の各種の設定を行い、画像形成等の各種機能を実行させる。具体的には、画像形成状況や印字部数、「ニアエンド」や「トナーエンド」等のトナー残量情報を表示し、タッチパネルとして、両面印字や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定、コンテナ交換日時の入力等が可能となっている。

日時情報記憶部５５は、ユーザーインターフェース部５４から入力されたコンテナ交換日時情報等の時間情報を保存する。トナー残量検出部５６は、トナー濃度センサー４１等から構成されており、トナーコンテナ６内のトナー残量が所定の閾値を超えているか否かを検出する。具体的には、トナー補給後にトナー濃度センサー４１の出力値が低下しない場合はトナーコンテナ６が空または空に近い状態であると判断して、ユーザーインターフェース部５４にニアエンドまたはトナーエンドの表示を行う。

平均トナー消費量算出部５７は、画像形成装置１００の出荷時（初期使用時）以降の積算印字枚数、積算トナー消費量に基づいて、画像１枚当たりの平均トナー消費量及び１日当たりの平均トナー消費量を算出する。トナー消費量は、例えば、反射型濃度センサー等を用いて感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像や、用紙上に転写されたトナー像の画像濃度を直接計測し、計測された画像濃度、及び画像形成可能領域に対する画像面積の割合を用いて画像１枚当たりのトナー消費量ｂｎを算出する。さらに、画像１枚当たりのトナー消費量ｂｎを積算した積算トナー消費量Σｂｎを算出し、積算トナー消費量Σｂｎを画像形成装置１００の累積稼働日数で除して、１日当たりの平均トナー消費量を算出する。

また、平均トナー消費量は、平均印字率によっても求めることができる。平均トナー消費量算出部５７は、画像入力部５０から入力された画像信号に基づいて画像１枚毎の印字率ｃｎを算出し、さらに印字率ｃｎを積算した積算印字率Σｃｎを算出する。そして、積算印字率Σｃｎを画像形成装置１００の累積稼働日数で除して、１日当たりの平均印字率Ｃ１（％）を算出する。１日当たりの平均印字率Ｃ１と、印字率とトナー消費量との相関関係とを用いて、１日当たりの平均トナー消費量を算出する。或いは、積算印字率Σｃｎを総印字枚数Ｎ２で除して、画像１枚当たりの平均印字率Ｃ２（％）を算出し、画像１枚当たりの平均印字率Ｃ２と、印字率とトナー消費量との相関関係とを用いて、画像１枚当たりの平均トナー消費量を算出する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、画像入力部５０、画像処理部５１、画像出力部５３、ユーザーインターフェース部５４、日時情報記憶部５５、トナー残量検出部５６、平均トナー消費量算出部５７等の、画像形成装置１００における各部分、装置に対し制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号が送信される。

また、制御部９０は、ニアエンドの表示からトナーエンドの表示までの間、トナー消費量は極力抑えつつ印字画像の品質も所定のレベルを保持するトナーセーブモードを実行可能となっている。

トナーセーブモードの具体的手法については従来から種々提案されており、本発明においても、そのような従来からの手法を用いてトナーセーブを行うことが可能である。先ず、出力画像作成部５１２での中間調ガンマ特性の補正時に使用するガンマ補正テーブルを変更するトナーセーブ方法について説明する。

図７は、ガンマ補正テーブルの一例を示しており、図７（ａ）が通常の印字時に使用するガンマ補正テーブルである。これに対し、図７（ｂ）が本実施形態でのトナーセーブモード時に使用するガンマ補正テーブルであり、両者を比較すると、トナーセーブモード時には、全体的に補正出力値を抑えることによって、明度や彩度を抑えて印字するようなテーブルとなっている。特に、写真（破線）やグラフィック（一点鎖線）については、文字（実線）に比べて階調の高い高濃度のところの補正出力値をより抑える（具体的には、通常印字時の補正出力値Ｔ０からＴ１に抑える）ことによって、全体的なトナー消費量の削減を図っている。

次に、ルックアップテーブルを用いたトナーセーブ方法について説明する。カラープリンター、カラー複写機等のカラー画像形成装置では、各色の階調入力値（露光量設定値）とそれに対する出力濃度の目標値とを関連づけて記憶したルックアップテーブル（階調−濃度ルックアップテーブル）を用いて、出力濃度を一定の割合で低下させることによりトナーセーブモードを実行することができる。

例えば、シアン、マゼンタ、イエローの階調入力値がそれぞれ５０％、６０％、４０％である場合、出力濃度をそれぞれ４０％、４８％、３２％に低下させることで、入力値の８０％の濃度で出力される。この方法でカラー画像のトナーセーブを行うと、画像の彩度はやや低下するが、各色の出力濃度の比率は入力値と同じであるため画像の色味は維持される。

制御部９０は、トナー残量検出部５６において算出されたトナー残量に基づき、トナー残量が予め設定された所定値以下になったとき、上記のトナーセーブモードを実行する。また、制御部９０は、トナーセーブモードを実行するとき、ユーザーインターフェース部５４にトナーセーブモードへの移行を促すメッセージを表示する。具体的には、トナーコンテナ６の交換時期が近付いたこと（ニアエンド）を示すメッセージ（例えば、「まもなくトナー切れです。」等のメッセージ）を表示する。

図８は、本発明の画像形成装置において実行されるトナーセーブモードの制御例を示すフローチャートである。図１〜図６を参照しながら、図８のステップに沿ってトナーセーブモードの実行手順について説明する。図８に示すように、トナー残量検出部５６にて算出されたトナー残量が予め設定した値Ａを超えるか否かの判定を行い（ステップＳ１）、トナー残量がＡに満たない場合は「ニアエンド」と判定される。

このとき、ユーザーインターフェース部５４には、「ニアエンド」状態をユーザーに知らせるメッセージが表示される（ステップＳ２）と共に、「トナーセーブモード」に移行するか否かの判断をユーザーに求めるメッセージも表示される（ステップＳ３）。「トナーセーブモード」への移行が選択された場合、「トナーコンテナの交換日時」を設定するか否かの判断をユーザーに求めるメッセージを表示し（ステップＳ４）、交換日時設定が選択された場合はユーザーインターフェース部５４を介して交換日時を入力する（ステップＳ５）。入力された交換日時は日時情報記憶部５５に記憶される。

なお、ユーザーインターフェース部５４にはトナーコンテナ６内のトナー残量に基づいて設定可能な交換日時の範囲も同時に表示され、ステップＳ５で入力された交換日時が指定範囲内であるか否かが判断される（ステップＳ６）。指定された範囲内の日時が入力されている場合は、続いて画像の属性毎に処理内容を変更するか否かの判断をユーザーに求めるメッセージを表示させ（ステップＳ７）、属性毎に処理内容を変更したい場合は、「文字優先モード」もしくは「イメージ優先モード」を選択する（ステップＳ８）。

例えば、「文字優先モード」が選択された場合、画像入力部５０から入力された画像が文字画像であるときはトナーセーブ量を極力少なくして出力画質を高めるとともに、入力された画像がイメージ画像であるときはイメージ画像の階調性を損なわない程度までトナーセーブ量を多くしてトナー消費を抑制する。一方、「イメージ優先モード」が選択された場合、入力された画像がイメージ画像であるときはトナーセーブ量を極力少なくして出力画質を高めるとともに、入力された画像が文字画像であるときは文字画像の視認性を損なわない程度までトナーセーブ量を多くしてトナー消費を抑制する。

そして、平均トナー消費量算出部５７にて算出した「１日当たりの平均トナー消費量」情報を基に、ユーザーが設定した交換日時までの「継続使用時間」に応じたトナー消費量の抑制度合いを算出する（ステップＳ９）。トナー消費量の抑制度合いが決定されると、「トナーセーブモード」がオン状態となり（ステップＳ１０）、通常の印字モードから「トナーセーブモード」に変更された状態で次回の印字が実行される（ステップＳ１１）。

その後、印字が終了したか否かが判断され（ステップＳ１２）、印字が継続している場合は「トナーセーブモード」フラグが立っている状態（オン状態）であるか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。既に「トナーセーブモード」がオン状態であると判定された場合は、トナーコンテナ６内のトナー残量の変化と、入力されたトナーコンテナ６の交換日時までの継続使用期間とをジョブ終了毎に求め、「トナー残量」、「継続使用時間」に基づいてトナー消費量の抑制度合いを再計算する（ステップＳ１４）。一方、トナーセーブモードがオフ状態である場合（ステップＳ１３でＮＯ）はステップＳ１に戻り、以後同様の処理を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ１２）。

なお、ステップＳ５において表示された指定範囲よりも近い日時が交換日時として入力された場合（ステップＳ６でＮ１）は、トナーセーブモードを実行しなくても設定された交換日時までの画像出力が可能であるため、トナーセーブモードをオンせずに次回の印字が実行される（ステップＳ１１）。一方、表示された指定範囲よりも先の日時が交換日時として入力された場合（ステップＳ６でＮ２）は、交換日時まで画像品質を維持できないため、ステップＳ５に戻り、ユーザーインターフェース部５４に「交換日時を再設定してください。」等のメッセージを表示して交換日時の再設定を促す。

以上の処理動作により、ユーザーが消耗品交換時のストレスを受けることなく、正確にトナーコンテナ交換日時を把握することが可能となる。また、画像形成装置１００の設計上、使用性や画質等を考慮して設定されたトナーコンテナ６のニアエンド状態からトナーセーブモードが実行されるため、トナーセーブモードの開始時、或いは開始前における画像濃度の低下や濃度ムラ等の発生を防止することができる。

また、入力される画像の属性毎にトナーセーブモードの処理内容（トナー消費量の抑制度合い）を変更することにより、ユーザーの所望する文字画像、或いはイメージ画像の画質を重視したトナーセーブが可能となる。さらに、トナーセーブモードの実行中は、ジョブの終了毎にトナー残量及び交換日時までの期間を用いてトナー消費量の抑制度合いを再計算することにより、高印字率の画像、若しくは低印字率の画像が連続して印字された場合でも、入力された交換日時に合わせて正確にトナー残量を使い切ることができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

また、本発明は図１に示すモノクロ複合機に限らず、モノクロプリンターや、ロータリー式或いはタンデム式のカラー複写機、カラープリンター、ファクシミリ等、現像装置にトナーを補給するトナーコンテナを備えた種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、現像装置へトナー補給を行うトナーコンテナを備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、画像品質を損なわない範囲でトナーの消費を節約しつつ、トナーコンテナの交換時期を正確に把握することができる画像形成装置となる。

１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電装置
３ 現像装置
４ 露光装置
５ クリーニング装置
６ トナーコンテナ（トナー収容容器）
７ 定着部
３２ 磁気ローラー
３３ 現像ローラー
４１ トナー濃度センサー
５０ 画像入力部
５１ 画像処理部
５１１ 画像属性判別部（画像属性判別手段）
５１２ 出力画像作成部
５３ 画像出力部
５４ ユーザーインターフェース部（表示入力手段）
５５ 日時情報記憶部
５６ トナー残量検出部（トナー残量検知手段）
５７ 平均トナー消費量算出部（平均トナー消費量算出手段）
９０ 制御部（制御手段）
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. 印字される画像情報を入力する画像入力部と、
   像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、
   該現像装置に補給するトナーを収容する交換可能なトナー収容容器と、
   該トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったことを検知可能なトナー残量検知手段と、
   画像形成装置の使用開始直後からの積算印字枚数及び積算トナー消費量に基づいて画像１枚当たりの平均トナー消費量及び１日当たりの平均トナー消費量を算出する平均トナー消費量算出手段と、
   前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったときトナー消費量を通常印字時よりも抑制するトナーセーブモードを実行可能な制御手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記トナー収容容器内のトナー残量が所定量以下になったことを表示するとともに、前記トナーセーブモードの実行の要否、及び前記トナーセーブモードを実行した場合の前記トナー収容容器の交換日時を入力可能な表示入力手段を備え、
   前記制御手段は、前記表示入力手段により入力された前記トナー収容容器の交換日時情報と、前記平均トナー消費量算出手段により算出された１日当たりの平均トナー消費量と、に基づいて、前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像入力部から入力された画像情報の属性を判別する画像属性判別手段を備え、前記制御手段は、前記画像属性判別手段により判別された画像属性に応じて前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを変更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. 前記表示入力手段は、前記画像入力部から入力される画像情報が文字画像であるときイメージ画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くする文字優先モードと、前記画像入力部から入力される画像情報がイメージ画像であるとき文字画像に比べてトナー消費量の抑制度合いを低くするイメージ優先モードとを選択的に入力可能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。
4. 前記表示入力手段は、前記トナーセーブモードを実行した場合の入力可能な前記トナー収容容器の交換日時の範囲を表示することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも近い日時が入力されたときは前記トナーセーブモードの実行を中止することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記表示入力手段に表示された交換日時の範囲よりも先の日時が入力されたときは交換日時の再入力を促す表示を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記トナーセーブモードを実行した後の印字動作による前記トナー収容容器内のトナー残量の変化と、入力された前記トナー収容容器の交換日時までの期間の変化とに基づいて、前記トナーセーブモードにおけるトナー消費量の抑制度合いを再計算することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。

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