JP2004139046A - 画像形成装置及び現像ユニット、記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】　現像剤の交換時期を正確に検知して、画質の低下を防止すること。
【解決手段】　トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体とを含む第１ユニットと、現像剤容器にトナーを供給する第２ユニットと、を備える画像形成装置であって、第２ユニットからのトナー供給量に係わる情報、または、現像剤担持体の動作量に係わる情報から第１ユニットの交換時期を判定する処理ユニットを有することを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、画像形成装置及びそれに着脱可能なユニットに関する。詳しくは、電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置に関するものであって、特に現像装置の寿命もしくは交換時期を判断する画像形成装置及び現像ユニット、現像ユニットに設けられる記憶媒体に関するものである。

　従来から、像担持体上に形成された静電潜像を顕在化するに際して、非磁性トナーと磁性キャリアを含む現像剤を用いた方式が周知である。

　この方式の一種として二成分現像方法を採用した画像形成装置では、二成分現像剤を、現像剤を収容する現像容器内に配設された現像剤攪拌・搬送部材（以下、攪拌部材という。）で攪拌し、摩擦帯電した後、内側に固定マグネットローラを有する現像スリーブに向けて搬送する。そして、この現像剤を、さらに現像スリーブ表面に担持・搬送し、像担持体上の静電潜像に供給することによって、像担持体上に可視画像を形成する。

　二成分現像方法は、別に設けられたトナー補給容器からトナーのみを補給できるため、画像形成装置の寿命が長くなり、さらにランニングコストの点でも優れている。

　図６に一般的な二成分現像ユニットの断面図を示す。６０は、二成分現像剤を収容する現像剤容器である。６１は現像剤担持体である現像スリーブである。現像スリーブ６１は中空の金属スリーブであって、内部に不図示の磁界発生手段であるマグネットローラを内包している。現像スリーブ６１の下方にはブレード６２が現像スリーブ６１に近接して設けられている。現像スリーブ６１の矢印方向の回転に伴い送られた現像剤はこのブレード６２により薄層化される。そして感光ドラム１との対向部にて感光ドラム１上の静電潜像に忠実に現像が行われる。

　現像剤容器６０内には、現像スリーブ６１と略平行にスクリュー６３が配置されており、現像剤を矢印の方向に搬送、撹拌する。スクリュー６３に対して、現像スリーブ６１とは反対側にスクリュー６４が配置されている。またスクリュー６４の後方（図中左側）の壁面にはトナー濃度センサ６５が設けられている。

　図７は、現像ユニットを上から見た断面図である。スクリュー６３とスクリュー６４は略平行に配置されている。そして、現像ユニット内は、スクリュー６３とスクリュー６４の間を現像剤が行き来しないように内壁６８によって仕切られている。長手両端部は内壁がなく、現像剤がスクリュー６３とスクリュー６４間を行き来できるようになっている。スクリュー６３とスクリュー６４はそれぞれ反対方向に現像剤を搬送するようになっているため、現像容器６０内には現像剤が途切れることなく回るような循環経路が形成される。

　トナー濃度センサ６５は、スクリュー６４上の搬送方向上流側に設けられている。上流側に設けているのは、画像形成にトナーが使用されてトナー濃度が下がった現像剤に対してすぐにトナー濃度を検出するためである。スクリュー６３側に存在して画像形成に用いられた現像剤は前述した循環によりスクリュー６４側に送られ、トナー濃度センサ６５によりトナー濃度が検出される。そしてその検出結果に基づいて、トナー濃度センサ６５の下流側にあるトナー補給口６７を通じトナー補給機構６９から適正量のトナー補給が行われる。これによって現像剤のトナー濃度は常に一定に保たれ、トナーには十分な帯電量が与えられる。

　このような現像ユニットに関しては、従来から、プリント枚数を検知して現像ユニットの寿命を判断する方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

　そして、現像ユニットの寿命判断は、例えば、プロセスカートリッジ方式の画像形成装置において特に重要である。プロセスカートリッジ方式とは、例えば感光ドラムや帯電手段等の電子写真感光体に作用するプロセス構成要素（現像ユニットを含む）をプロセスカートリッジとして一体化し、画像形成装置本体に着脱可能とするものである。

　このプロセスカートリッジは寿命に到達した時点で適宜交換を行うことにより、画像形成装置で得られる出力画像は常に一定の品位を保つことができる。従って各々のプロセス構成要素について正確にその交換時期を把握することが重要である。
特開平１０−０３９６９３号

　ところが、この従来の画像形成装置においては、予め設定された寿命に到達する前に、カブリと呼ばれる異常が発生する場合があった。

　この問題について調査したところ、トナーの帯電量が低下したためにカブリが発生したことが判明した。つまり、現像剤中のキャリアの、トナーへのトリボ付与能力が、もともと想定していたキャリアの寿命到達時のプリント枚数に達する前に低下しすぎてしまったことが原因であった。

　現像剤中のキャリアの寿命（使用量）は使用したトナー量からも影響を受けており、従来考慮されていた現像剤中のキャリアがシェアを受ける回数、すなわち現像スリーブの回転数や、現像剤を撹拌するスクリューの回転数を示すプリント枚数のみで判断した寿命と、実際の現像剤中のキャリアの寿命（使用量）との間にずれが生じてしまったのである。

　そこで、この問題点を鑑みて、本発明は、現像剤中のキャリアの使用量を正確に検知して、画質の低下を防止しうる画像形成装置及び現像ユニット、現像ユニットに設けられる記憶媒体を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
　トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体とを含む第１ユニットと、前記現像剤容器にトナーを供給する第２ユニットと、を備える画像形成装置であって、
　前記第２ユニットからのトナー供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報から前記第１ユニットの交換時期を判定する処理ユニットを有することを特徴とする。

　また、本発明に係る現像ユニットは、画像形成装置に着脱可能な現像ユニットであって、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と、該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤容器に対するトナー供給量に係わる情報を記憶する記憶領域と前記現像剤担持体の動作量に係わる情報を記憶する記憶領域とを含む記憶媒体と、を有することを特徴とする。

　また、本発明に係る記憶媒体は、画像形成装置に着脱可能な現像ユニットに搭載される記憶媒体であって、前記現像ユニットは、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と、該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、を有し、前記記憶媒体は、前記現像剤容器に対するトナーの供給量に係わる情報を記憶する記憶領域と、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報を記憶する記憶領域と、を有することを特徴とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係る他の装置は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体とを含む第１ユニットと、前記現像剤容器にトナーを供給する第２ユニットと、を備える画像形成装置であって、
　前記第２ユニットによるトナー供給量を積算し、積算したトナー供給量に基づいて、前記第１ユニットの寿命を判定する寿命判定手段を有することを特徴とする。

　ここで、前記寿命判定手段は、更に、前記第１ユニットにおける前記キャリアの使用量を検知し、該キャリアの使用量が第１の寿命閾値に達した場合または前記積算したトナー供給量が第２の寿命閾値に達した場合に、前記第１ユニットの寿命がつきたものと判定することを特徴とする。

　また、前記第１ユニット及び前記第２ユニットを、それぞれ着脱可能に備えることを特徴とする。

　前記第１ユニットは、更に、感光ドラム及び帯電ローラを含むプロセスカートリッジであることを特徴とする。

　前記第２ユニットは、トナーの排出を促すためのトナー排出手段を有し、前記寿命判定手段は、該トナー排出手段の使用量を前記積算したトナー供給量とみなして、前記第１ユニットの寿命を判定することを特徴とする。

　前記トナー排出手段は、トナー排出用のスクリューであり、その使用量は、回転数または回転時間から算出することを特徴とする。

　前記第２ユニットは前記画像形成装置に対して着脱可能なトナーカートリッジであって、前記トナー供給量は、該トナーカートリッジの使用数量から算出することを特徴とする。

　前記第１ユニットは、更に、前記現像剤容器内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、前記第２ユニットからのトナーの供給を、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度に応じて行い、前記トナー供給量を、前記トナー濃度センサの検出値から算出することを特徴とする。

　前記寿命判定手段は、前記キャリアの使用量を、前記現像剤担持体の回転数または回転時間から算出することを特徴とする。

　前記現像剤容器は、収容した現像剤を撹拌する撹拌部材を具備し、前記寿命判定手段は、前記キャリアの使用量を、前記撹拌部材の回転数または回転時間から算出することを特徴とする。

　前記寿命判定手段は、前記キャリアの使用量を、画像形成を行った記録材の量から算出することを特徴とする。

　前記第１ユニットは、前記積算したトナー供給量を記憶する領域を有する記憶媒体を備え、該記憶媒体に対して前記トナー供給量の書き込み及び読み出しを行う手段を更に有することを特徴とする。

　また、本発明に係る他の現像ユニットは、画像形成装置に着脱可能な現像ユニットであって、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と、該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤容器に対するトナーの供給量を積算した積算値を格納する記憶媒体と、を有し、
　前記画像形成装置に、前記積算値に基づいて前記現像ユニットの寿命を判定させることを特徴とする。

　本発明によれば、現像剤の交換時期を正確に検知して、画質の低下を防止することが可能となる。

　以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　（第１実施形態）
　本発明に係る画像形成装置の第１実施形態としてのカラーレーザプリンタについて説明する。図２は、本実施形態に係るカラーレーザプリンタの機構部分の概略構成図である。

　図２に示すカラーレーザプリンタは、転写方式電子写真プロセスを利用しており、接触帯電方式かつ反転現像方式である。また、最大通紙サイズはＡ３サイズであり、複数個のプロセスカートリッジ７（以下Ｐ−ＣＲＧ）を有している。一旦第２の画像担持体である中間転写ベルト９に連続的に多重転写し、フルカラープリント画像を得る４連ドラム方式（インライン）プリンタである。

　図２において無端状の中間転写ベルト９が、駆動ローラ９ｅ、テンションローラ９ｆ及び２次転写対向ローラ１０ａに懸架され、図中矢印の方向に回転している。

　Ｐ−ＣＲＧ７は、上記中間転写ベルト９に直列にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に４本配置されている。
　図１は、本実施形態に係るカラーレーザプリンタから取りだしたＰ−ＣＲＧの概略構成図である。以下、Ｐ−ＣＲＧ７について図１を参照して説明する。

　Ｐ−ＣＲＧ７において、１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（感光ドラム）である。この感光ドラム１は、有機光導電体（ＯＰＣ）ドラムで、外形５０ｍｍであり、中心支軸を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢印の時計方向に回転駆動されている。この感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）の表面に、光の干渉を抑え、上層の接着性を向上させる下引き層と、光電荷発生層と、電荷輸送層（厚さ２０μｍ）の３層を下から順に塗り重ねた構成をしている。

　帯電工程では、接触帯電器としての帯電ローラ２に所定の条件の電圧が印加されており、感光体ドラム１面上を一様に負極性に帯電する。この帯電ローラ２の長手長さは３２０ｍｍであり、芯金（支持部材）の外側に、発泡スポンジ層、中間層である抵抗層、保護層である表層の順の層構成となっている。本例の帯電ロ一ラ２は芯金２ａとして直径６ｍｍのステンレス丸棒を用い、表層としてフッ素樹脂にカーボンを分散させており、ローラとしての外径は１４ｍｍ、ローラ抵抗は１０４Ω〜１０７Ωとしている。

　この帯電ローラ２は、芯金２ａの両端部をそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持させるとともに押し圧ばねによって感光ドラム１方向に付勢して感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させており、感光ドラム１の回転に従動して回転する。そして電源２０から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が芯金２ａを介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。

　本実施の形態においては直流電圧；−５００Ｖ、交流電圧；周波数ｆ＝１１５０Ｈｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１６００Ｖ、正弦波とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム１の周面は−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。

　帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理されたのちは、不図示の画像露光部（カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャンによる走査露光系等）による画像露光３を受けることにより目的のカラー画像における第１の色成分像（イエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される。本実施の形態では露光部として半導体レーザを用いたレーザビームスキャナを用い、不図示の画像読み取り装置等のホスト装置からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して回転感光ドラム１の一様帯電処理面をレーザ走査露光（イメージ露光）する。このレーザ走査露光により感光ドラム１面のレーザ光で照射されたところの電位が低下することで回転感光ドラム１面には走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。本実施の形態においては露光部電位を−１５０Ｖとしている。

　次いで、その静電潜像が第１現像器４（イエロー現像器）により第１色であるイエロートナーにより現像される。

　ここで現像器４について図１を用いて説明する。

　現像器４は二成分接触現像装置（二成分磁気ブラシ現像装置）である。４０は現像容器、４１は非磁性の現像スリーブであり内部に固定配置された不図示のマグネットローラを有している。この現像スリーブ４１はその外周面の一部を外部に露呈させて現像容器４０内に回転可能に配設してある。４２は現像剤規制ブレード、４６は現像容器４０に収容したトナーと磁性キャリアの混合物である二成分現像剤、４３、４４は現像容器４０内の底部側に配設した現像剤攪拌部材、４７はトナー補給開口、４８は仕切り壁である。現像剤規制ブレード４２は、現像スリーブ４１と所定間隙を有しており、現像スリーブ４１の回転に伴い、現像スリーブ４１上に一定の厚さの現像剤薄層を形成する。

　現像スリーブ４１は感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐと称する）を３５０μｍに保たせて感光ドラム１に近接させて対向配設してある。この感光ドラム１と現像スリーブ４１との対向部が現像部１３である。現像スリーブ４１は現像部において感光ドラム１の進行方向とは逆方向に回転駆動される。現像スリーブ４１上の現像剤薄層は現像部１３において感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。現像スリーブ４１には不図示の電源から所定の現像バイアスが印加される。本例において、現像スリーブ４１に対する現像バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、Ｖｄｃ＝−３５０Ｖ、Ｖａｃ＝１８００Ｖ、周波数＝２３００Ｈｚとを重畳した振動電圧である。

　而して、回転する現像スリーブ４１の面に薄層としてコーティングされ、現像部に搬送された現像剤中のトナーが現像バイアスによる電界によって感光ドラム１面に静電潜像に対応して選択的に付着することで静電潜像がトナー画像として現像される。本例の場合は感光ドラム１面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。

　現像部を通過した現像スリーブ４１上の現像剤薄層は引き続く現像スリーブの回転に伴い現像容器４０内の現像剤溜り部に戻される。

　現像器４内には、現像剤攪拌用の撹拌スクリュー４３、４４があり、スリーブ回転と同期して回転し、補給されたトナーとキャリアを攪拌しトナーに所定のトリボを与える機能を有している。

　図３は現像器４を上方から見た図であり、現像剤の循環状態と、長手配置を示している。撹拌スクリュー４３、４４の回転に伴い矢印方向に現像剤は循環する。現像器４のスクリュー４４の上流側壁面には、現像剤の透磁率変化を検出して現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４５が設けられており、そのトナー濃度センサ４５のやや下流側にトナー補給開口４７が設けられている。現像動作を行った後に現像剤がトナー濃度センサ４５部近傍に運ばれここでトナー濃度を検知し、その検知結果に応じて現像剤中のトナー濃度を一定に維持するために、適宜現像剤供給ユニット（以下Ｔ−ＣＲＧ）５中のトナー補給スクリュー５１の回転により、ここから現像器４の開口４７を通してトナー補給が行われる。つまり、スクリュー５１は、Ｔ−ＣＲＧからのトナーの排出を促すためのトナー排出手段として動作する。補給されたトナーはスクリュー４４により搬送され、キャリアと混ざり合い適度なトリボを付与された後にスリーブ４１近傍に運ばれ、現像スリーブ４１上で薄層形成され現像に供される。

　本実施形態においては、トナーとして、平均粒径６μｍのネガ帯電トナーを用い、外添剤としてシリカを１重量部添加した。またキャリアとしては樹脂中に磁性粒子を分散させた飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ³の平均粒径３５μｍの磁性キャリアを用い、トナーとキャリアを重量比８：９２で混合したものを現像剤として用いた。そして現像剤量として２５０ｇ充填してある。

　図２において、感光ドラム１上に形成されたイエロー画像は、中間転写ベルト９との１次転写ニップ部へ進入する。転写ニップ部では中間転写ベルト９の裏側に転写ローラ９ｇを当接させている。転写ローラ９ｇには各ポートで独立にバイアス印加可能とするため、１次転写バイアス源９ａ〜９ｄを有している。中間転写ベルト９は１色目のポートでまずイエローを転写し、次いで先述した同様の工程を経た、各色に対応する感光ドラム１より順次マゼンタ、シアン、ブラックの各色を各ポートで多重転写する。
　本実施の形態においては露光部Ｖｌ部（電位−１５０Ｖ）に現像されたトナーに対する転写効率を考慮し、一次転写バイアスとして、１色目〜４色目まですべて＋３５０Ｖの電圧を印加した。中間転写ベルト９上で形成された４色フルカラー画像は、次いで２次転写ローラ１０により、給紙ローラ１２から送られてきた転写材Ｐに一括転写され、不図示の定着装置によって溶融定着されカラープリント画像を得る。

　中間転写ベルト９上に残留する２次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ１１でブレードクリーニングされ、次の作像工程に備える。

　上記転写ベルト９の材質の選定としては、各色ポートでのレジストレーションを良くするため、伸縮する材料は望ましくない。樹脂系のベルト、あるいは、金属芯入りのゴムベルト、もしくは、樹脂とゴムとからなるベルトが望ましい。

　本実施の形態ではＰＩ(ポリイミド)にカーボン分散し、体積抵抗を１０８Ωcmオーダーに制御した樹脂ベルトを用いた。その厚さは８０μm、長手方向３２０mm、全周は９００mmである。

　また転写ローラ９ｇは、導電性のあるスポンジからなり、その抵抗は１０６Ω以下、外径は１６ｍｍ、長手長さは３１５mmである。

　図１において、転写工程後の感光ドラム１回転方向下流側にはクリーニングブレード６１と廃トナー容器６２とからなるクリーナ６が設けられている。そして感光ドラム１にはクリーニングブレード６１が当接されており、転写後に感光ドラム１上に残留したトナーはこのクリーニングブレード６１によりクリーニングされる。クリーニングされたトナーは廃トナー容器６２中に収容される。

　そして感光ドラム１は次工程である帯電を受け、上述した作用を繰り返す。

　図１において感光ドラム１、現像器４、帯電ローラ２及びクリーナ６を含むＰ−ＣＲＧ７は、これらを覆う枠体であるカバー８によってユニット化されている。

　Ｔ−ＣＲＧ５及びＰ−ＣＲＧ７は不図示の装着手段によって、カラーレーザプリンタ内の所定部に、所定の要領で挿入装着され、また反対に装置本体から抜くことができるようになっている。

　Ｔ−ＣＲＧ５及びＰ−ＣＲＧ７にはそれぞれ記憶部２０、２１が設けられており、カートリッジの使用量情報によって、Ｔ−ＣＲＧ５及びＰ−ＣＲＧ７の寿命または交換時期に係わる情報をユーザに報知する。図１中でみてＴ−ＣＲＧ５及びＰ−ＣＲＧ７の奥側に装着されている。

　ここで使用される記憶部２０、２１としては、信号情報を書き換え可能に記憶、保持するものであれば特に制限は受けない。例えばＲＡＭや、書き換え可能なＲＯＭなどの電気的な記憶手段、磁気記録媒体や磁気バブルメモリ、光磁気メモリ等の磁気的記憶手段が使用される。

　本実施の形態において使用した記憶部の概略構成を、図４を用いて説明する。

　図４において、アンテナ２３と不図示のコンデンサからなる共振回路を組み合わせることにより、データ送受信装置であるリーダライタ２５から送信される電磁波から動作電源が生成される。このため、カートリッジ（CRG）側に電源を必要とせず、通信を行うことが可能となる。

　記憶部２０、２１として本実施の形態では不揮発性メモリを搭載した。より具体的には代表的なものとして強誘電体不揮発メモリ（以後、ＦｅＲＡＭ）２０、２１を用いた。本体側ＣＰＵ２６から送出されるデータを、データ送受信装置であるリーダライタ２５を用いてＦｅＲＡＭ２０、２１に記憶し、また、ＦｅＲＡＭ内の情報を本体ＣＰＵ２６に送出する。

　ＦｅＲＡＭ内には、プリント枚数情報やトナー補給量情報、Ｔ−ＣＲＧ５やＰ−ＣＲＧ７の交換時期を判定するための閾値情報などを記憶するための記憶領域ａ１、ａ２、ａ３が設けられており、ＣＰＵ２６から画像形成装置本体のリーダライタ２５及びアンテナ２３を介して制御信号がカートリッジ側のアンテナ２３に送信されて記憶部２０、２１の記憶領域の情報が書き込みまたは読み出される。なお、図１では１つのリーダライタ２５及びアンテナ２３で記憶部２０、２１のそれぞれにアクセスする構成としているが、記憶部２０、２１毎に別々にリーダライタ及びアンテナを設ける構成にしても良い。

　このＴ−ＣＲＧ５からのトナーの補給量は、現像器４中のトナー濃度センサ４５のからＣＰＵ２６に送信されたトナー濃度信号に基づき決定され、ＣＰＵ２６は例えばモータなどの駆動部７０に駆動信号を出力して、その必要なトナー補給量に相当する分だけトナー補給スクリュー５１が回転する。

　本実施の形態においては、トナー補給スクリュー５１が１回転すると２００ｍｇのトナーが現像器４に供給されるようになっている。前述したようにセンサ４５の検知結果でトナー濃度が薄いと判断した場合に、ＣＰＵ２６にトナーを補給するように信号が送られる。ＣＰＵ２６は、その信号を受けてトナー補給用スクリュー５１の例えばモータなどの駆動部７０を回転させ、Ｔ−ＣＲＧ５からＰ−ＣＲＧ７にトナーを補給する。この時、本実施の形態では駆動モータの回転数をエンコーダ（不図示）により検出し、その回転数を積算することでトナー補給スクリュー５１の使用量を求める。そして、このスクリュー５１の使用量に基づいてトナーの供給量を判定している。

　ＣＰＵ２６は、トナー補給スクリュー５１の回転数を、画像形成装置本体側のリーダライタ２５及びアンテナ２３（図１）を介して、Ｔ−ＣＲＧ５用のリーダライタ２５に送信して、Ｔ−ＣＲＧ５のＦｅＲＡＭ２０に書き込む仕組みになっている。このスクリュー回転時間とトナー使用量の関係はリニアであることから逐次でトナー残量を検知すなわち寿命を検知することが可能となるため、本実施の形態ではＴ−ＣＲＧ５のトナー残量検知をこのスクリュー回転数から行っている。具体的にはＴ−ＣＲＧ５は、トナー充填量５００ｇとしており、計算上はトナー補給スクリュー５１が２５００回転するとトナー残量がゼロとなるが実際にはＴ−ＣＲＧ５内のデッドスペースにトナーが２０ｇ程度残るために２４００回転で使用できるトナー量はゼロとなる。よって、このＦｅＲＡＭ２０内に格納された回転数データが２４００回転に達したら寿命とし使用者に報知するようにしている。

　なお、図１において、駆動部７０はトナー補給スクリューを回転駆動する以外に、現像スリーブ４１、スクリュー４３，４４も回転駆動する。また、駆動部７１（例えば、モータなど）は画像形成を行う際に、感光ドラム１及び帯電ローラ２を回転駆動するためのものである。この駆動部は上述したトナー補給スクリュー５１を駆動する駆動部７０と別々の構成で記載したが、単一の駆動部で駆動を行う構成でも良い。

　次に現像器４の寿命検知方法について述べる。

　図５は、現像器４内の現像剤中のキャリア寿命に対して印字率（トナー使用量）がどのように影響するかを確認するために、実際に２３℃/６０％ＲＨの環境下にて印字率を変えてプリント動作を行いカブリの発生する枚数すなわち現像器４の寿命枚数を調査した結果を示す図である。

　印字率が５％及び１０％の画像を続けてプリントした場合はカブリ発生時のプリント枚数はともに５００００枚となり、印字率によらず枚数でキャリアの寿命に到達した。また印字率が２０％、３０％、４０％、５０％の場合は印字率の増加に伴い、カブリ発生枚数が減少する傾向があることが判明した。この様な高印字率の場合においてはキャリアの寿命に影響する因子に積算トナー使用量があることが図５から明らかである。図５には各印字率でのキャリア寿命到達までに使用したトナー量を併記してあり、２０％、３０％、４０％、５０％の場合はほぼいずれも積算トナー使用量が４０００ｇ〜４２５０ｇになったときにキャリア寿命に到達していることがわかる。つまり２０％以上の印字率の場合は、積算トナー使用量が所定値を越えるとキャリア寿命に到達することが判明した。

　このように低印字率の場合は、プリント枚数で現像器４内のキャリアの寿命がきまり、高印字率の場合は積算トナー使用量で現像器４内のキャリアの寿命がきまる。その理由としては、以下のものが挙げられる。

　（１）キャリアの表面が機械的な摺擦により摩耗したり、表面が変質したりしてトリボ付与能が低下する。

　（２）キャリアの表面にトナー中の外添剤が融着して覆うことでトナーへのトリボ付与能が低下する。（本実施の形態で用いた外添剤はシリカであり基本的にはトナーと同じネガ極性なので当然トナーに対してネガ方向となることからキャリアの表面に融着してしまうとトナーを逆にポジに帯電させる方向となる。）
　つまり、現像器の寿命はキャリアの寿命に相等しく、キャリアのトリボ付与能が低下した場合には現像器の能力が低下することになる。

　上記理由を考慮すると、まず印字率が５％、１０％とある程度低い場合にプリント枚数が所定値に達するとキャリアの寿命になるのは、上記（１）の要因が支配的となるためである。つまり、キャリアがトナーから受ける影響よりも、キャリア自体の使用量（使用頻度、摩耗や変質の度合い）の方が、現像器の寿命に強くかかわってくる。

　またある程度印字率が高い場合は、（１）の要因よりも（２）の要因が支配的になると考えられる。つまり、印字率が高いと、１回の画像形成において、印字率が低い場合と比べてＴ−ＣＲＧ５から新たに供給されるトナーの量が多くなり、新たに供給されるトナーが現像器内のキャリアに接触する機会が多くなるため、キャリアがトナーから受ける影響が大きくなり、キャリア自体の使用量よりもトナー供給量の方が現像器の寿命に強くかかわることになる。従って、トナーから離脱してキャリアに塗られてしまう外添剤の量が所定値以上になるとキャリアの寿命に到達すると考えられる。これによれば、トナー供給量とキャリアの寿命（使用量）は比例する傾向にあるのは容易に予想できる。

　この結果を踏まえて本実施の形態において、現像器４の寿命判断用のパラメータとして、キャリアの使用量を判定するためにプリント枚数（画像形成された記録材の量）を用い、キャリアがトナーから受ける影響を判定するためにトナー供給量を用いる。なおこのプリント枚数はＡ４換算枚数に統一しており、例えばＡ３サイズならＡ４が二枚分とカウントする。現像剤の機械的な摺擦回数を考えるならば、スリーブ回転数とスクリュー回転数が好ましいが、本実施の形態では現像スリーブ４１及びスクリュー４３、４４の回転は同期しておりかつ、画像形成中のみ回転するように制御されているので、プリント枚数をカウントすれば十分である。

　具体的には、現像器４の寿命または交換時期の閾値として、ＦｅＲＡＭ２１の閾値情報にプリント枚数５００００及び積算トナー量４０００をあらかじめ格納しておく。

　この閾値は、現像器４内の現像剤中のキャリアのトリボ付与能力が低下してしまい、キャリアの劣化度合いが画像にかぶりが発生する可能性のあるレベルに達したことを示す値である。

　そしてＦｅＲＡＭ２１内にＡ４換算プリント枚数および積算トナー量の格納領域を確保しておき、プリント動作中に、アクセスしてこの現像器４が行ったプリントの枚数、供給したトナー量が積算されるようにし、上記のあらかじめ格納していたプリント枚数、及び積算トナー量との比較で、先に寿命閾値に到達したパラメータで寿命を判断するようにした。なおこの供給したトナー量の積算は、前述したスクリュー５１の回転数から行った。

　この判断制御はＣＰＵ２６によって実行されるものであり、この判断シーケンスの流れを図８のフローチャートに基づいて説明する。

　Ｓ１００において判断制御が開始され、Ｓ１０１においてＣＰＵ２６のよって、リーダライタ２５、アンテナ２３を介して、ＦｅＲＡＭ２１の記憶領域から現像剤担持体の動作量情報、トナー使用量情報が読み出される。本実施の形態においては、現像剤担持体の動作量情報としてプリント枚数を、トナー使用量情報として補給スクリュー５１の駆動量として回転時間を読み出す。

　次に、画像形成が実行されることによって、現像剤動作量情報であるプリント枚数がカウントされて読み出した値に積算カウントされる。同時に、トナー使用量情報として補給スクリュー５１の回転時間が読み出した値に積算カウントされる。そして、Ｓ１０４において、現像剤動作量情報積算カウント値（プリント枚数の積算カウント値）が所定の閾値（上記の５００００枚）より大きいか、または、トナー使用量情報積算カウント値（補給スクリューの積算カウント値）が所定の閾値（上記のトナー量４０００）より大きいか、が比較判断される。どちらかが所定の閾値より大きい場合には、Ｓ１０５において現像器の交換時期であると判断して、不図示の表示部などに現像器交換のメッセージなどを出力する。その後Ｓ１０７に進み処理を終了する。

　Ｓ１０４においてどちらも所定の閾値よりも小さい場合には、Ｓ１０６においてそれぞれの積算カウント値をＦｅＲＡＭ２１の記憶領域に書き込んで、Ｓ１０７に進み処理を判断処理を終了する。

　この結果、印字率によらず、現像剤中のキャリアの寿命すなわち現像器４の寿命または交換時期を正確に検知することが可能となった。

　またＰ−ＣＲＧ７に設けられたＦｅＲＡＭ２１に使用量情報を格納したことにより、Ｐ−ＣＲＧ７を別の本体で用いた場合でもそのＰ−ＣＲＧ７の寿命または交換時期が正確にわかる。

　なお本実施の形態では、トナーの使用量を、Ｔ−ＣＲＧ５のスクリュー５１の回転数から算出したが、Ｔ-ＣＲＧ５の使用本数をＰ−ＣＲＧ７のＦｅＲＡＭ２１に格納しておき、例えば本実施の形態では５００ｇ充填のためＴ−ＣＲＧ８本を使用したらＰ−ＣＲＧ７の寿命としても良い。ただしより正確を期すならば、上記したスクリュー回転数からトナー使用量を積算する方が好ましい。またトナーの使用量として、現像器４からのトナー濃度センサ４５が必要としたトナー量情報を積算する方法もあり、適宜変更が可能である。

　また現像剤中のキャリアへのシェア（使用量）を判断するために本実施の形態ではプリント枚数を用いたが、現像スリーブ４１の回転数やスクリュー４３、４４の回転数を検出して判断してもよい。

　さらに、本実施の形態では、プリント枚数とトナー使用量に対してそれぞれ閾値をきめ、積算値がその閾値に到達した場合に現像器４の寿命または交換時期としていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、寿命または交換時期到達の結果に応じて、プリント枚数とトナー使用量の両者を用いた関係式とし、この計算結果で寿命を判断することも適宜可能である。

　また、本実施の形態では、感光ドラム１、現像器４、帯電ローラ２及びクリーニングブレード５を含むＰ−ＣＲＧ７を着脱可能としたが、現像器４のみを単独で交換するタイプにしてもよく、その場合は現像器４にＦｅＲＡＭを搭載し、寿命または交換時期の判断を同様におこなえばよい。

　上記のように構成することで現像器の寿命すなわち、現像剤中のキャリアの使用量をより正確に検出でき、カブリの発生を防止しつつ最大限有効に現像器を使い切ることが出来るように使用者に的確に交換時期を報知できる。

　（第２実施形態）
　本実施の形態では、Ｐ−ＣＲＧとして感光ドラム、帯電ローラ、クリーナ、現像器を一体にした点は第１実施形態と同じであるが、寿命判断の点で異なっている。

　本実施の形態では、Ｐ−ＣＲＧの寿命判断として第１実施形態のように現像器の寿命のみを判断するのではなく、感光ドラムの寿命も判断し、現像器と感光ドラムでどちらでも先に寿命に到達したときにＰ−ＣＲＧの寿命としている。

　ドラムの寿命判断のために、感光ドラム回転時間と、帯電ローラへのＡＣバイアス印加時間の両者をパラメータとして使用している。このようにした理由は、ドラムの削れが感光ドラムの回転数と帯電ローラのＡＣ印加時間の両者により影響されるからである。

　具体的には、ドラム回転時間をＴｄとし帯電ローラのＡＣ印加時間をＴａｃとしたときに、寿命判断式として寿命判断値Ｘ＝Ｔａｃ＋αＴｄとした。

　そしてこの寿命到達値ＸｅｎｄをあらかじめこのＰ−ＣＲＧに装着されたＦｅＲＡＭに格納しておき、実際のプリント中にＴａｃとＴｄの値をＦｅＲＡＭに格納し、ＣＰＵが読み出して上記値Ｘを計算し、Ｘｅｎｄと比較することで寿命を判断するようにした。

　上記式中のαやＸｅｎｄは、使用するドラムや帯電ローラやクリーニングブレードの条件等で適宜定めればよい。

　このようにドラム寿命を判断し、更に第１実施形態と同様の現像器の寿命または交換時期を判断すれば、Ｐ−ＣＲＧとしての寿命がより正確に多観点から判断できることになる。

　（他の実施形態）
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

　なお、上記実施形態では二成分現像剤を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トナーとキャリア以外の成分を含んだ現像剤を用いる画像形成装置にも適用できる。

図１は、本発明の第１実施形態としての制御ブロック図である。 図２は、本発明の第１実施形態としてのレーザビームプリンタの概略断面図である。 図３は、図１のプロセスカートリッジを上方から見た断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態としてのプロセスカートリッジに設けられた記憶部に対する書き込み、読み出しの概念図である。 図５は、本発明の第１実施形態としてのレーザビームプリンタにおける印字率と現像器寿命の関係を示した図である。 図６は、従来の現像ユニットの概略断面図である。 図７は、図６の現像ユニットを上方から見た断面図である。 図８は、本発明の第１実施形態としてのレーザビームプリンタにおける処理を示すフローチャートである。

Claims (18)

1. 　トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体とを含む第１ユニットと、
   　前記現像剤容器にトナーを供給する第２ユニットと、
   　を備える画像形成装置であって、
   　前記第２ユニットからのトナー供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報から前記第１ユニットの交換時期を判定する処理ユニットを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 　前記処理ユニットは、前記トナー供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報に基づいて前記キャリアの使用量を判定し、判定結果に応じて、前記第１ユニットが交換時期であると判定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. 　前記第１ユニット及び前記第２ユニットを、それぞれ着脱可能に備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 　前記第１ユニットは、さらに、感光ドラム及び帯電ローラを含むプロセスカートリッジであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 　前記第２ユニットは、前記現像容器にトナーを供給するためのトナー供給部材を有し、前記トナー供給量に係わる情報は、前記トナー供給部材の動作量を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 　前記トナー供給部材は、トナー供給用のスクリューであり、前記処理ユニットは、その動作量を前記スクリューの回転数または回転時間から算出することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 　前記第１ユニットは、さらに、前記現像剤容器内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを有し、
   　前記処理ユニットは、前記第２ユニットからのトナーの供給を、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度に応じて行い、前記トナー供給量に係わる情報を、前記トナー濃度センサの検出値から算出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 　前記現像剤容器は、更に、収容した現像剤を撹拌する撹拌部材を具備し、
   　前記処理ユニットは、前記キャリアの使用量を、前記撹拌部材の回転数または回転時間から算出することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
9. 　前記第１ユニットは、前記トナー供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報を記憶する記憶媒体を備え、
   　該記憶媒体に対するデータ送受信装置を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
10. 　画像形成装置に着脱可能な現像ユニットであって、
    　トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と、
    　該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
    　前記現像剤容器に対するトナー供給量に係わる情報を記憶する記憶領域と、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報を記憶する記憶領域と、を含む記憶媒体と、
    　を有することを特徴とする現像ユニット。
11. 　前記トナーの供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報とは、前記キャリアの使用量を示す情報であることを特徴とする請求項１０に記載の現像ユニット。
12. 　前記記憶媒体は、更に、前記トナーの供給量の閾値情報、または、前記現像剤担持体の動作量の閾値情報を記憶する記憶領域を有することを特徴とする請求項１０に記載の現像ユニット。
13. 　前記トナーの供給量の閾値情報、または、前記現像剤担持体の動作量の閾値情報とは、前記キャリアが寿命であることを示す情報であることを特徴とする請求項１２に記載の現像ユニット。
14. 　前記現像ユニットは、更に、感光ドラム及び帯電ローラを含むプロセスカートリッジであることを特徴とする請求項１０に記載の現像ユニット。
15. 　画像形成装置に着脱可能な現像ユニットに搭載される記憶媒体であって、
    　前記現像ユニットは、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤容器と、
    　該現像剤容器に収容された現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、を有し、
    　前記記憶媒体は、
    　前記現像剤容器に対するトナーの供給量に係わる情報を記憶する記憶領域と、
    　前記現像剤担持体の動作量に係わる情報を記憶する記憶領域と、
    　を有することを特徴とする記憶媒体。
16. 　前記トナーの供給量に係わる情報、または、前記現像剤担持体の動作量に係わる情報とは、前記キャリア使用量を示す情報であることを特徴とする請求項１５に記載の記憶媒体。
17. 　前記記憶媒体は、更に、前記トナーの供給量の閾値情報、または、前記現像剤担持体の動作量の閾値情報を記憶する記憶領域を有することを特徴とする請求項１５に記載の記憶媒体。
18. 　前記トナーの供給量の閾値情報、または、前記現像剤担持体の動作量の閾値情報とは、前記キャリアが寿命であることを示す情報であることを特徴とする請求項１７に記載の記憶媒体。

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