JP2005316496A

JP2005316496A - キャリア及びトナーを含む現像剤を有する現像剤ハウジングのトナー寿命を測定し、制御するための方法

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Publication number: JP2005316496A
Application number: JP2005133837A
Authority: JP
Inventors: Douglas A Kreckel; エー．クレッケルダグラス
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-04-29
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2005-11-10
Also published as: EP1591841A3; EP1591841B1; US7177557B2; EP1591841A2; US20050244172A1

Abstract

【課題】トナー寿命を算出し、トナー寿命やキャリア寿命によって生じ得る画質の問題を予測したり、又は診断することによって画質を保証するためにキャリア寿命を算出するための改良方法を提供する。
【解決手段】メモリーに最大トナー寿命を提供し、現像剤ハウジングのトナー濃度を検出し、トナー濃度をメモリーに記憶させ、分配割合及び補充液におけるトナーから、分配した現像剤の量を算出し、このトナー濃度に基づく現像剤ハウジングにおけるトナー寿命、及び、前の現像剤寿命の算出以後に分配された現像剤の量を決定し、トナー寿命が最大トナー寿命を越えるときにプリントジョブを中断させ、これにより、キャリア及びトナーを含む現像剤を有する現像剤ハウジングのトナー寿命を測定し、制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は概して複写機又はディジタル画像処理システムに関する。より詳細には、本発明は、トナー寿命を算出し、トナー寿命やキャリア寿命によって生じ得る画質の問題を予測したり、又は診断することによって画質を保証するためにキャリア寿命を算出するための改良方法を提供する。こうした問題には、低現像性、高バックグラウンド、低濃度に現像された若しくは不完全に現像されたベタ領域、及び、支持材料のシート上に現れるハロー欠陥が含まれる。

印刷機、特に２つ以上の異なる着色トナーで印刷するカラー印刷機の使用が増加し、該カラー印刷機の柔軟性が増すにつれて、更なる印刷品質、安定性及び制御の必要条件が満たされ、維持されることができるように、トナー現像プロセスをモニタすることは、ますます重要になってきた。例えば、最終的な合成画像において正確なトナー濃度からの逸脱（ズレ）は目に見えてしまう可能性があるので、多色画像の各々の構成要素の色を正確なトナー濃度で安定して形成することが非常に重要である。さらに、特にこうした画像がハーフトーン画像であるときに、所望のトナー濃度から逸脱することにより、モノカラー画像に可視欠陥が生じることもある。したがって、現在の画質問題を検出したり、又は今後の画質問題を防止するようにトナー現像プロセスをモニタするために、多くの方法が開発されている。

例えば、赤外線濃度計（ＩＲＤ）などの濃度計を使用することによって、トナー現像プロセスに対して単位面積当たりの現像量（ＤＭＡ）をモニタして、イメージング部材上に形成されるトナープロセス制御パッチの大きさを測定することが知られている。ＩＲＤは、全体の現像量（即ち、イメージング部材上の全体の現像量）を測定し、この全体の現像量は、現像性及び静電気（静電電圧）の関数である。

静電電圧は、静電電圧計（ＥＳＶ）などのセンサを使用して測定される。現像性は、現像が起こる割合（トナー質量／面積）である。この割合は、通常、現像剤ハウジングのトナー濃度の関数である。トナー濃度（ＴＣ）は、（周知のように、トナー及びキャリア粒子を含む）現像剤ハウジング内のトナーの割合を直接測定することによって測定される。

上述のように、現像プロセスは、トナープロセス制御パッチの質量を測定することによって、さらに、現像剤ハウジングのトナー濃度（ＴＣ）を測定することによって、一般にモニタされ（、それによって制御され）る。しかしながら、ＴＣ及び現像性の関係は、周囲温度、湿度及びトナーの寿命などの他の変数の影響を受ける。例えば、ＴＣが３％の場合、上に記載された変数によって現像性が異なる結果となる。したがって、高品質の画像を提供するために必要である良好な現像性を保証するために、トナー寿命を考慮しなければならない。

以下の米国特許第６，０４７，１４２号の開示は関連性があり、参照によって本明細書に組み込まれる（特許文献１）。この特許には、高品質の画像を提供するために必要な良好な現像性を保証するために、トナー寿命を考慮しなければならないことが開示されている。この特許では、トナー寿命を推定するための方法が述べられ、電子写真画像を形成するために使用されるトナーの量を推定するためにピクセルカウントが用いられる。

さらに、出願人は、現像剤の他の構成要素、即ち、キャリアの寿命をモニタすることもまた重要であることを見出した。導電性若しくは半導体の磁気ブラシ現像システムで使用されるキャリアがトナー樹脂微粉に覆われてしまうと、あまりに絶縁性が強くなりすぎて適切に機能することができなくなり、ベタ領域の現像状態が悪くなる結果となる。あるいはまた、トナーの適切な摩擦帯電を行なうように、キャリア上にコーティングが施されているが、このコーティングは、徐々に減少する（擦り減る）ことがあり、キャリアが目的どおりに機能しなくなるという結果になる。いずれの劣化の状態の重大度も、キャリアが使用された期間、即ち、キャリア寿命に比例する。キャリア寿命をモニタすることにより、キャリア寿命に基づいて適切なサービス動作をとることが可能になる。こうした動作は、必ずしも限定されないが、古い材料を洗い流すために余分の未加工（未使用）キャリアを加えたり、特別のキャリア含有量の高い補充液を用いたり、又は、単に新しい現像剤を取り付けたりすることを含むことができる。

一部のプリントエンジン及び複写機において、キャリアの中には、プリント若しくはコピーを作成する際に使用されるものと交換するように加えられるトナーと混合されるものがある。（一般に、この材料は、ただのトナーだけであっても、キャリアなどの他の構成要素とトナーとの混合物であっても、補充液と称されることになる。）こうした場合に、キャリア寿命の測定は、トナー寿命を測定するために使用された方法と類似した方法で行なわれなければならない。
米国特許第６，０４７，１４２号米国特許第６，５０５，８３２号

トナー寿命を算出するための改良された方法及びプリントエンジン診断に使用するためのキャリア寿命を算出するための方法が求められている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、キャリア及びトナーを含む現像剤を有する現像剤ハウジングのトナー寿命を測定し、制御するための方法であって、メモリーに最大トナー寿命を提供することと、現像剤ハウジングのトナー濃度を検出し、トナー濃度をメモリーに記憶させることと、分配割合及び補充液におけるトナーから、分配した現像剤の量を算出することと、前記トナー濃度に基づく現像剤ハウジングにおけるトナー寿命、及び、前の現像剤寿命の算出以後に分配された現像剤の量を決定することと、トナー寿命が最大トナー寿命を越えるときにプリントジョブを中断することと、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、上記算出することは、以下の式を適用することによってトナー寿命を算出することを含み、
Age[i] = (Age[i-1] + Interval) * (TotalMass/(TotalMass + MassIn[i]))
ここで、TotalMassは、TCSensed * CarrierMassであり、
MassIn[i] = DutyCycle[i] * DispenseRate * Interval * (TonerToCarrierRatio/(1 + TonerToCarrierRatio))
さらに、DutyCycle [i]は、ＴＣ制御アルゴリズムにおいて算出され、時間[i]から時間[i-1]までの時間間隔に対して分配制御アルゴリズムにおいて実施されるような分配要求であり、DispenseRateは、１００％負荷サイクルにおける質量分配割合であり、TonerToCarrierRatioは、補充液中のキャリアに対するトナーの質量比であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、上記算出することは、以下の式を適用することによって、キャリア寿命を決定することを含み、
CarrierAge[i] = (CarrierAge[i-1] + Interval) * (CarrierMass/(CarrierMass + CarrierMassIn))
ここで、CarrierMassは、現像剤ハウジングにおける定義された最初のキャリアとして示され、
CarrierMassIn = DutyCycle * DispenseRate * (1/(1 + TonerToCarrierRatio))、の式で与えられることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、現像剤ハウジングのトナー寿命を減少するように現像剤ハウジングにおけるトナーをパージすることを更に含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の方法において、トナー寿命がトナー寿命の範囲内にあるとき、現像剤ハウジングのトナー寿命を減少させるためにトナーを描画するための最低領域被覆率のパッチ領域を算出することを更に含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の方法において、現像剤ハウジングのトナー寿命を減少させるために最低領域被覆率のパッチ領域を備えた印刷間領域を予定することを更に含むことを特徴とする。

図１は、ディジタル画像処理システム用のプリントエンジンの実施例の部分概略図を示している。コンピュータネットワーク６００、スキャナ６１０又は他のディジタル画像信号生成装置からのディジタル画像信号１０は、ディジタル画像のピクセル数をカウントするピクセルカウンタ２０によって受信される。ディジタル画像信号１０は、少なくとも１枚のシート上に、又は、１つの非印刷領域に与えられる所望の出力画像を表わす。ピクセルカウンタ２０は、この情報を制御ユニット３０に出力し、この制御ユニット３０は、この情報をメモリ４０に記憶させる。制御ユニット３０は、マイクロプロセッサ又はその他の制御装置でもよい。ピクセルカウンタ２０は、制御ユニット３０に組み込まれていることもある。

受光体ベルト５０は、矢印６０によって示される方向に種々の電子写真プロセスステーションを順に進む。受光体ドラムなどの他のタイプの光受容体を受光体ベルト５０の代わりに使用して電子写真プロセスステーションを順に進めてもよい。受光体ベルト５０の一部は、帯電ステーションＡを通過し、そこで、帯電ユニット７０が、受光体ベルト５０の光導電性表面を実質的に均一の電位に帯電させる。帯電ユニット７０はデコロトロン（dicorotron）などのコロナ発生装置であることが望ましい。

その後、受光体ベルト５０の帯電した部分は、画像処理（イメージング）／露光ステーションＢ内を移動する。制御ユニット３０は、走査装置（図示せず）などの少なくとも１つのディジタル画像信号生成器からディジタル画像信号１０を受信する。制御ユニット３０は、これらのディジタル画像信号１０を処理し、露光装置に送信し、この露光装置は、好ましくは、画像処理／露光ステーションＢに設置されるラスタ出力スキャナ８０である。しかしながら、複数の発光ダイオード（ＬＥＤバー）などの他の電子写真露光装置が、ラスタ出力スキャナ８０の代わりに使用されることもある。ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）８０は、ディジタル画像生成装置から出力されるディジタル画像信号１０に従って、光導電性ベルト５０の電荷保持面を光導電性ベルト５０上の一定の位置において放電させる。このようにして、潜像が光導電性ベルト５０上に形成される。

次に、光導電性ベルト５０が、その潜像を現像ステーションＣに移動させ、ここで、よく知られた技術を使用してトナーが静電気的に潜像に引き付けられる。この潜像は、現像剤ユニット９０内のキャリア粉粒体からのトナー粒子を引き付けて、潜像上にトナー粉末画像を形成する。あるいはまた、現像剤ユニット９０は、ハイブリッド現像システムを利用することもでき、ここで、ドナーロールとしてよく知られた現像ロールが、２つの現像電界（エアギャップにわたっての電位）によって作動される。第１の電界は、トナークラウド生成のために使用される交流電界である。第２の電界は、受光体ベルト５０上の現像されたトナーの質量を制御するために使用される直流現像電界である。現像剤に適切にバイアスをかけることは、電源を介して達成される。この種のシステムは、トナー粒子だけが潜像に引き付けられ、光受容体ベルト５０とトナー供給装置との間に機械的接触がない、非接触方式である。しかしながら、本発明は、接触システムにおいても同様に用いることができる。本発明によれば、現像剤ユニット９０は、トナー濃度（ＴＣ）を検出するためのパッカ・トナー濃度センサや、光学的トナー濃度センサなどのトナー濃度センサ１００を含んでいる。機能強化されたトナー領域被覆範囲（ＥＴＡＣ）センサなどの質量センサ１１０は、単位面積当たりの現像された質量を測定する。

画像現像の後に、支持材料シート１１５は、転写ステーションＤでトナー画像と接触するように移動される。支持材料シート１１５は、公知のシート供給装置（図示せず）によって転写ステーションＤへ進められる。支持材料シート１１５は、時間系列で光導電性ベルト５０の光導電性表面と接触して、光導電性ベルト上に現像されたトナー粉末画像が転写ステーションＤにおいて移動中の支持材料シート１１５と接触する。転写ステーションＤは、好ましくは転写ユニット１２０を含む。転写ユニット１２０はコロナ発生装置を含み、これは好ましくはデコロトロンである。コロナ発生装置は、支持材料シート１１５の裏面にイオンを吹き付ける。これにより、逆極性に帯電したトナー粒子画像が受光体ベルト５０から支持材料シート１１５上に引き付けられる。非タック装置１２５（好ましくは非タック・デコロトロン）は、受光体ベルト５０から支持材料シート１１５を剥離することを容易にするために設けられる。

転写後、支持材料シート１１５は、矢印１３０の方向にコンベヤベルト（図示せず）上の定着ステーションＥに向かって移動し続ける。定着ステーションＥは、画像を支持材料シート１１５に永続的に付着するための定着器及び圧力ローラーを有する定着ユニット１３５を含む。定着後、シュート（図示せず）は、移動中の支持材料シート１１５をキャッチトレー、スタッカー、仕上げ機械又は他の出力装置（図示せず）に案内し、次にオペレータによってプリントエンジンから除去される。

支持材料シート１１５が受光体ベルト５０の光導電性表面から分離された後で、光導電性表面上の非画像領域によって担持される残留トナー粒子は除去される。これらの粒子は、例えば、クリーナ・ハウジング１４０に収容されるクリーニングブラシ又は複数ブラシ構造を用いてクリーニング・ステーションＧにおいて除去される。しかしながら、クリーニング・ステーションＧでは、公知のクリーニング・システムを任意の数で用いることができる。

制御ユニット３０は、種々のプリントエンジン機能を調整する。制御ユニット３０は好ましくは、（マイクロプロセッサなどの）プログラマブル・コントローラであり、上述されたプリントエンジン機能を制御する。制御ユニット３０は、コピー用紙の比較カウント、再循環されている文書の数、オペレータによって選択されるコピー用紙の枚数、時間遅延、ジャム修正などを提供することもできる。これまでに述べられた例示的システムのすべての制御は、オペレータによって選択される印刷機コンソールからの従来の制御スイッチ入力によって実現できる。さらに、制御ユニット３０は、トナー濃度センサ１００及び質量センサ１１０などのセンサから情報を読み込んだり、又は受信し、画質の劣化を予測したり、又は診断するためにトナー寿命を算出する。この算出に基づいて、画質劣化が発生する前に、画質を回復させたり、又は画質の劣化を防止するために適切な処置をとることができる。

制御ユニット３０は、さらに画像を作成するのに使用されるトナーを補うために分配される補充液の量を算出する。その値は、分配装置９１、補充液分配装置、及び記憶装置に転送される。補充液分配装置は、既知の割合で補充液を分配する（こうした１つの方法は、分配負荷サイクル（分配デューティサイクル）をコントローラで０乃至１００％の間の適切な値に設定し、その負荷サイクルを掛けた既知の最大分配割合を使用してその分配割合を算出することである）。記憶装置には、１００％負荷サイクルの分配割合、使用中の負荷サイクル、負荷サイクルが設定された時間や、使用中である間隔、トナー寿命及びトナー寿命の限界、キャリア寿命及びキャリア寿命の限界、補充液中のキャリアの割合、ならびに、以下の計算において必要であるような他の情報が記憶される。さらに、新しいトナー寿命、新しいキャリア寿命、分配割合、及び、必要であれば、保存されたその時点のタイムスタンプからの間隔を算出するための手段に上記の値が転送される。

図２は本発明の方法を示しているフローチャートであり、トナー寿命及びキャリア寿命を算出し、このトナー寿命若しくはキャリア寿命の算出結果に基づいて適切な処置をとる。好ましくは、制御ユニット３０はｎ秒ごとトナー濃度（ＴＣ）を読み取る（ステップ２０５）。ここで、ｎは正数であり、この数はメモリ４０に記憶される。制御ユニット３０は、質量センサ１１０によって検出される単位面積当たりの現像質量（ＤＭＡ）を読み取り、このＤＭＡをメモリ４０に記憶する（ステップ２１０）。最後の更新以後に使用された分配割合（ステップ２３５）がメモリから取り出され、以下の値が算出される。即ち、その時点のキャリア質量（ステップ２２２）、最後の更新以後に加えられるトナーの量（ステップ２２４）、補充液を介して加えられるキャリアの量（ステップ２２６）、新しいキャリア寿命（ステップ２２８）、及び新しいトナー寿命（ステップ２３０）がそれぞれ算出される。ＴＣ及びＤＭＡは、ピクセルカウントを含むこともできる他の利用できる情報とともに、トナー濃度制御アルゴリズム（ステップ２３２、ここでは説明されない）によって使用され、先の更新以後に使用された量と交換するために現像剤ハウジングに加えるべきトナーの量を算出し、メモリ４０にその値を記憶し（ステップ２３５）、トナー及びキャリアの各寿命の次の更新に用いる。補充液中のトナーの比率、及び分配装置９１が維持することができる分配割合もまた、メモリ４０において維持される。

本発明の実施の形態においては、米国特許第６，０４７，１４２号にて開示したような、トナー寿命の算出結果を一部変更し拡張することが必要である。上記特許文献に示されるアルゴリズムでは、数学的には以下の式が与えられる。
Age[i] = (Age[i-1] + Interval) * (TotalMass - MassOut)/TotalMass（式ａ）
ここで、Age[i-1]は、寿命が算出された前の時点におけるトナー寿命を示し、Age[i]は、現時点におけるトナー寿命を示し、Intervalは、時間[i-1]及び時間[i]間の経過時間である。さらに、TotalMassは以下のように示される。
TotalMass = TCSensed * CarrierMass （式ｂ）
ここで、CarrierMassは一般に、上記特許文献で定義付けされたように、現像システム設計によって決定される一定質量である。

本実施の形態において、トナー寿命に関して、以下の式が使用される。
Age[i] = (Age[i-1] + Interval) * (TotalMass/(TotalMass + MassIn[i])) （式ｃ）
ここで、TotalMassは、上記に定義された通りであり、MassIn[i]は以下である。
MassIn[i] = DutyCycle[i] * DispenseRate * Interval * (TonerToCarrierRatio/(1 + TonerToCarrierRatio)) （式ｄ）
ここで、DutyCycle[i]は、ＴＣ制御アルゴリズムにおいて算出され、時間[i-1]から時間[i]までの時間間隔に対して分配制御アルゴリズムにおいて実行されるような分配要求である。DispenseRateは、１００％負荷サイクルにおける質量分配割合であり、TonerToCarrierRatioは、補充液中のキャリアに対するトナーの質量比である。（キャリアが含まれていない場合、TonerToCarrierRatio/(1 + TonerToCarrierRatio) の項は、１に等しい。）分配されたトナーが０とは異なる有効寿命を有する場合、この式は以下のように変形できる。
Age[i] = (Age[i-1] + Interval) * (TotalMass/(TotalMass + MassIn[i])) + Age[0] * (MassIn[i]/(TotalMass + MassIn[i])) （式ｅ）
ここで、Age [0]は、追加されたトナーの有効寿命である。

時間間隔が長い場合や、Intervalが一定でない場合に対して好適な、上記計算に対する等価形式は、以下の式で示される。
Age[t] = Age[t₀] + τ * (1-exp(-(t-t₀)/τ)) （式ｆ）
τ = TotalMass/(MassIn[t] * (t-t₀)) （式ｇ）
さらに、t₀からtまでの間隔にわたってMassIn[t]を分配した後に、新しいトナー寿命、Age[t]、を算出する。

上記の式を、以下の式のように変形してキャリア寿命推定値を得る。
CarrierAge[i] = (CarrierAge[i-1] + Interval) * (CarrierMass/(CarrierMass
+ CarrierMassIn)) （式ｈ）
ここで、CarrierMassは、上記に定義された通りであり、CarrierMassInは以下である。
CarrierMassIn = DutyCycle * DispenseRate * (1/(1 + TonerToCarrierRatio))
（式ｉ）
これに対して、キャリア寿命は、また、上記式ｆ及びｇに相当する式（ｊ及びｋ）を用いて不規則な間隔で算出されることもできる。
CarrierAge[t] = CarrierAge[t₀] + τ_c * (1-exp(-(t-t₀)/τ_c)) （式ｊ）
τ_c = TotalMass/(CarrierMassIn[t] * (t-t₀)) （式ｋ）

それぞれの場合において、全体の使用量は、以下に示すＴＣ又は分配制御アルゴリズムからの分配負荷サイクル値を単に累算し、拡大／縮小（スケーリング）することによって求めることができる。
ReplenisherUsed[i] = ReplenisherUsed[i-1] + DutyCycle[i] * DispenseRate *
Interval （式ｌ）
TonerUsed[i] = ReplenisherUsed[i] * (TonerToCarrierRatio/(1 +
TonerToCarrierRatio)) （式ｍ）
CarrierUsed[i] = ReplenisherUsed[i] * (1/(1 + TonerToCarrierRatio)) （式ｎ）

新しいトナー寿命及び新しいキャリア寿命が算出された後に、以下の２つの比較の一方又は両方を行なうこともできる。本例での比較は、トナー寿命の比較が最初に行なわれることを示しているが、どんな順序で行なってもよい。新しいトナー寿命は、所定の最大トナー寿命と比較され、この所定の最大トナー寿命は、画像欠陥の外観に基づいている（ステップ２４５）。画像の品質が所定のカスタマ、ユーザ又は製造業者の印刷品質基準を満たしていないとき、画像は欠陥があると見なされる。その時点のトナー寿命が所定の寿命より短い場合、対策は取られず、プロセスは次のステップに進む。その時点のトナー寿命が最大トナー寿命より長い場合、種々の動作が制御プログラムによって指図されることができる。このプログラムは、例えば、カスタマ画像に使用されない受光体の領域において最小トナー領域被覆範囲（ミニマム・トナー・エリア・カバレージ、ＭＡＣ）パッチを印刷することを開始することもできる。ＭＡＣパッチがすでに印刷されている場合、制御プログラムは、トナーパージを開始することもできる。こうした動作は、異なるトナー寿命しきい値に基づいて順次行なわれることもある。これは、ＭＡＣパッチが更なる経年変化を前もって防止することができない場合に必要であることもある。上記のより複雑な緩和的方法が使用され得るが、以下では、トナーパージの場合を説明する（ステップ２６５）。トナー寿命は、トナーパージ・ルーチンの間に範囲外のトナー寿命が障害を引き起こさなかったり、又は、プリントエンジンを停止させない以外は、実行時の場合のように、トナーパージ・ルーチンの間に続けて再計算される。トナーパージ・ルーチンは、例えば被覆領域が大きい画像を実行することによって、トナー寿命を減少させる。トナー寿命が、最大トナー寿命と同一であるか、又は異なる値である、ある低しきい値トナー寿命以下に下がるとき（ステップ２６６）、トナーパージは停止され、プリントエンジンが中断されたジョブを再開する。

上述された比較において使用される所定のトナー寿命の限界は、カスタマーに与える負担（コスト）、生産性、及び画質を含む種々の要因に基づいている。これらは、その他の規則や、制御システムに利用できる他の情報に基づいて、制御プログラムそのものによって変更可能である。

上記で算出されたようなキャリア寿命の取り扱いは図２に示されている。これは、トナー寿命の取り扱いにいくらか類似している。しかしながら、高いキャリア寿命が関連する故障モードは、高いトナー寿命が関連する故障モードとは異なるという点において異なっている。取られるべき動作は、これに応じて異なることになる。ステップ２７０において、キャリア寿命は最大キャリア寿命と比較され、この最大キャリア寿命はメモリ４０に記憶されている。キャリア寿命がそのしきい値よりも上にある場合、適切な動作が取られる。こうした１つの動作は、交換用現像剤材料を取り付ける必要があり、これがその時点のサービスコールの間に実現可能であることをサービス担当者に通知することになる（ステップ２７５）。複写機又は印刷機のユーザが画質のかなりの劣化を通知する前にこうした動作が取られることもあり、これによって、余計なサービスコールが回避される。別のこうした動作は、上述した１つ以上の最大トナー寿命値を変更することである可能性もある。あるいはまた、サービス担当者は、代わりの補充液タイプ、例えば、実質的により多くのキャリア材料を含んでいるものを使用中の補充液と置き換えることもできることを判断してもよい。他の方法は、劣化した材料の一部を交換するために多量の未使用のキャリアを現像剤ハウジングに単に加えることであってもよい。

図３は、時間の経過による、光導電性表面（例えば、受光体ベルト５０の表面）上のカスタマー画像、プロセス制御パッチ、及びＭＡＣパッチの配置の１つの実例を示している。カスタマー画像３００用に設けられる表面上の印刷領域の次に、制御パッチが静電センサ又は現像センサによって読み取られるように配置される印刷間領域３１０がある。

トナー寿命を維持するために、１つ以上のＭＡＣパッチが配置される印刷間領域３３０の前に、別のカスタマー画像３２０が配置される。図３において、ＭＡＣパッチ印刷間領域３３０は２つの異なる色のパッチを含む。ＭＡＣパッチ印刷間領域の次に、別のカスタマー画像３４０がある。図３が、利用できる多くの異なるタイプのレイアウトの一例にすぎないことが理解される。ＭＡＣパッチは、乾式インクの単一層から構成されたり、又は、２つ以上の層をそれぞれの上部に付着させたものから構成されることもある。

図４は、本発明のトナー寿命算出プロセス及び装置を利用する、米国特許第６，５０５，８３２号のディジタル画像処理システムなどのディジタル画像処理システムの部分的概略図である。この画像処理システムは、受光体ベルトのシングルパスにおいてカラー出力を生成するために使用される。しかしながら、本発明を開示された実施の形態に限定することを意図しないことが理解される。これに対して、マルチパス・カラー処理システム、シングルパス若しくはマルチパスの強調表示カラーシステム、及び、白黒印刷システムを含む、添付の請求の範囲によって定義されるような本発明の精神と範囲内に含まれ得るように、すべての代替案、変更及び等価物を対象とすることが意図される。

この実施の形態において、オリジナル文書は、概して参照番号４２８によって示されるラスタ入力スキャナ（ＲＩＳ）上の文書ハンドラ４２７に配置することができる。ＲＩＳ４２８は、オリジナル文書全体を取り込み、それを一連のラスタ走査線又は画像信号に変換する。この情報は、電子サブシステム（ＥＳＳ）、又は、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）４２４を制御するコントローラ４９０に伝送される。本実施の形態において、コントローラ４９０は、ピクセルカウンタを含む。あるいはまた、画像信号は、コンピュータ・ネットワーク６００によって供給されることもできる。

この印刷機は、種々の電子写真処理ステーションを通って順次進むために、矢印４１２によって示される方向に移動するように支持されるアクティブ・マトリックス（ＡＭＡＴ）受光体ベルト４１０における電荷保持面を使用することが好ましい。このベルトは、駆動ローラ４１４、テンションローラ４１６及び固定ローラ４１８の周囲に搬送され、駆動ローラ４１４は、電子写真ステーション内でベルトを移動させるための駆動モータ４２０に動作可能に接続される。ベルト４１０の一部は、概して参照番号４２２によって示されるコロナ発生装置が受光体ベルト４１０の光導電性表面を、比較的高い略均一の、好ましくは負の電位に帯電させる帯電ステーションＡを通過する。

次に、光導電性表面の帯電部分は、画像処理／露光ステーションＢ内を移動する。画像処理／露光ステーションＢにおいて、概して参照番号４９０によって示されるコントローラは、ラスタ入力スキャナ４２８から所望の出力画像を表示する画像信号を受信し、これら画像信号を処理し、レーザベースの出力走査装置に送信される画像の種々の色分解に変換し、これにより、電荷保持面が走査装置からの出力に従って放電される。好ましくは、走査装置は、レーザ・ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）４２４である。あるいはまた、ＲＯＳ４２４は、ＬＥＤアレイなどの他の電子写真露光装置に置き換えることもできる。

初めに電圧Ｖoに帯電された受光体ベルト４１０は、約−５００ボルトに等しいレベルに暗減衰を受ける。露光ステーションＢで露光されるときに、約−５０ボルトに等しいレベルに放電される。このようにして露光した後に、受光体ベルト４１０は、高電圧及び低電圧の単極電圧プロファイルを含み、前者は帯電された領域に対応し、後者は放電された領域若しくはバックグラウンド領域に対応する。

第１の現像ステーションＣにおいて、概して参照番号４３２によって示される現像剤構造は、ハイブリッド現像システムを利用し、ドナーロールとしてよく知られている現像ロールは、２つの現像電界（エアーギャップにわたっての電位）によって動作される。第１の電界は、トナークラウドの生成に使用される交流電界である。第２の電界は、受光体ベルト４１０上の現像されたトナー質量を制御するために使用される直流現像電界である。トナークラウドにより、帯電したトナー粒子４２６が静電潜像に引き付けられる。適切に現像剤にバイアスをかけることは、電力供給によって達成される。この種のシステムは非接触方式であり、この方式では、トナー粒子（例えば、黒色）だけが潜像に引き付けられ、先に現像されたが、定着はされてない画像を乱すような受光体ベルト４１０とトナー供給装置との間の機械的接触はない。トナー濃度センサ１００は、現像剤構造４３２におけるトナー濃度を検出する。

現像されたが、定着されてない画像は、その後、第２の帯電装置４３６を通過搬送され、ここで、受光体ベルト４１０及び先に現像されたトナー画像領域が所定レベルに再帯電される。

第２の露光／画像処理は装置４３８によって実行され、この装置４３８は、第２のカラートナーで現像する予定の画像に従って、色調のある領域及び／又はむき出しの（色調のない）領域上の受光体ベルト４１０を選択的に放電するために利用されるレーザベースの出力構造を含む。この時点で、受光体ベルト４１０は、比較的高い電圧レベルの色調のある領域と色調のない領域、及び、比較的低い電圧レベルの色調のある領域と色調のない領域を含んでいる。こうした低電圧領域は、放電領域現像（ＤＡＤ）を使用して現像される画像領域を示している。このために、カラートナーを含む負に荷電した現像剤材料４４０が使用される。トナー、例えば、イエロートナーは、第２の現像ステーションＤに配置される現像剤ハウジング構造４４２に含まれ、第２の現像システムを介して受光体ベルト４１０上の潜像に付与される。パワーサプライ（図示せず）は、負に帯電したイエロートナー粒子４４０を備えた放電画像領域を現像するのに効果的なレベルに現像剤構造を電気的にバイアスする働きをする。

更に、トナー濃度センサ１００は、現像剤構造４４２のトナー濃度を検出する。上記の手順は、マゼンタなどの第３の好適なカラートナーのための第３の画像（ステーションＥ）、及び、シアンなどの好適なカラートナーのための第４の画像（ステーションＦ）に対して繰り返される。後述される露光制御機構は、こうしたそれ以降の画像処理ステップに用いることもできる。このようにして、フルカラー合成トナー画像が受光体ベルト４１０上に現像される。さらに、質量センサ１１０は、単位面積当たりの現像量を測定する。図４において１つだけの質量センサ１１０が示されているが、複数の質量センサ１１０が存在してもよい。

一部のトナー電荷が完全に中和されたり、又は極性が反転される範囲内では、これによって、受光体ベルト４１０上に現像された合成画像は正及び負のそれぞれのトナーから構成されて、負の前転写デコロトロン部材４５０が設けられ、トナーを調整し、正のコロナ放電を使用して基板へ有効に転写する。

画像を現像した後に、支持材料シート４５２は転写ステーションＧでトナー画像と接触した状態で移動する。支持材料シート４５２は、以下で詳述されるシート供給装置５００によって転写ステーションＧに移動する。光導電性表面上に現像されるトナー粉末画像が転写ステーションＧで移動中の支持材料シート４５２と接触するように、支持材料シート４５２は時間系列で受光体ベルト４１０の光導電性表面と接触する。

転写ステーションＧは、シート４５２の裏面に陽イオンを吹き付ける転写デコロトロン４５４を含む。これは、負に荷電したトナー粉末画像を受光体ベルト４１０からシート４５２に引き付ける。非タック・デコロトロン４５６は、受光体ベルト４１０からシートの剥離を容易にするために設けられる。転写後、支持材料シート４５２は、フュージング・ステーションＨにそのシートを搬送するコンベヤ（図示せず）上を、矢印４５８の方向に移動し続ける。フュージングステーションＨは、概して参照番号４６０で示されるフューザアセンブリを含み、これは、転写した粉末画像をシート４５２に永続的に固定させる。好ましくは、フューザアセンブリ４６０は、加熱フューザローラ４６２及びバックアップ若しくは圧力ローラ４６４から構成される。シート４５２は、トナー粉末画像がフューザローラ４６２と接触した状態で、フューザローラ４６２及びバックアップローラ４６４間を通過する。このようにして、トナー粉末画像がシート４５２に永続的に固定される。

フュージングの後で、シュート（図示せず）は、移動中のシート４５２をキャッチトレー、スタッカ、仕上げ機械又は他の出力装置（図示せず）に案内し、その後シートは、オペレータによって印刷機から除去される。支持材料シート４５２が受光体ベルト４１０の光導電性表面から引き離された後で、光導電性表面上の非画像領域によって担持される残留トナー粒子はその表面から除去される。

これらの粒子は、ハウジング４６６に含まれるクリーニングブラシ又は複数ブラシ構造を用いてクリーニング・ステーションＩにおいて除去される。合成トナー画像がシートに転写された後で、クリーニングブラシ４６８又は複数のブラシ４６８が係合される。受光体ベルト４１０がクリーニングされるとすぐに、次の画像処理及び現像サイクルが開始できるように、ブラシ４６８がクラッチ（図示せず）を組み込んだ装置を利用して退避される。

コントローラ４９０は、種々のプリンタ機能を調整する。コントローラ４９０はプログラマブル・コントローラであることが好ましく、該コントローラは、既述されたプリンタ機能を制御する。コントローラ４９０は、コピー用紙の比較カウント、再循環されている文書の数、オペレータによって選択されるコピー用紙の枚数、時間遅延、ジャム修正などを提供することができる。これまでに述べられた例示としてのシステムすべての制御は、オペレータによって選択される印刷機コンソールからの従来の制御スイッチ入力によって実現することもできる。従来のシート経路センサ又はスイッチは、文書の位置及びコピー用紙を追跡するために使用されることもできる。

図２のフローチャートにおける各ステップは、トナー寿命を測定するために図４の各現像剤に対して繰り返される。新しいトナー寿命が算出された後で、新しいトナー寿命は、カスタマーに対する負担、生産性及び画質を含む種々の要因に基づく所定の最大トナー寿命と比較される（ステップ２４５）。

その時点のトナー寿命が最大トナー寿命を越える場合、制御装置３０はトナー寿命不良を認識し、その時点のジョブを中断する（ステップ２５０）。

プリントエンジンはトナーパージ・ルーチンを入力し、適切なメッセージがユーザ・インタフェース１５０に表示される（ステップ２６０）。トナーパージ・ルーチンが実行中であるとき、トナー寿命は、通常実行時のように、トナーパージ・ルーチン中に再計算され続けるが、但し、パージ・ルーチン中にトナー寿命が範囲から逸脱することにより、障害が引き起こされたり、又は、プリントエンジンが停止されたりしないことを除く。トナーパージ・ルーチンは、例えば領域被覆率の高い画像を実行することによって、トナー寿命を減少させる。トナーパージ・ルーチンの終わりに、制御プログラムは中断されたジョブを再開する。

新しいトナー寿命が所定の最大トナー寿命より短い場合、新しいトナー寿命は所定のトナー寿命範囲と比較される（ステップ２７０）。新しいトナー寿命がトナー寿命範囲内の２５の所定の最低トナー寿命より短い場合、画像の品質はトナー寿命の影響を受けない（ステップ２７５）。トナー寿命算出プロセスは、ステップ２０５に戻って次に予定されるトナー濃度を読み取るところから繰り返される。所定の最低トナー寿命は、カスタマーに対する負担、生産性及び画質を含む種々の要因に基づいている。

新しいトナー寿命がトナー寿命範囲内に含まれる場合、ＭＡＣパッチ領域はその時点のトナー寿命に基づいて算出される（ステップ２８０）。好ましいＭＡＣパッチ算出はトナー使用を最小限に抑え、プリントエンジン生産性を最大にし、さらに、トナー寿命が安全な範囲内に維持されることを保証し、トナーパージ及びジョブ中断の必要性を回避する。ＭＡＣパッチ領域は、ルック・アップ・テーブルを利用するような多数の異なる方法でトナー寿命に基づいて自動的に算出され得る。適切なＭＡＣパッチを備えた印刷間領域が予定（スケジュール、表作成）されている（ステップ２８５）。

本発明が特定且つ好ましい実施の形態について詳細に述べられる一方で、種々の修正及び変更が当業者にとって明らかであることは理解されるだろう。当業者によって想定され得るこうしたすべての修正変更及び実施の形態は、添付した請求の範囲内に含まれることが意図される。

本発明のトナー寿命及び／又はキャリア寿命の算出を用いることができるディジタル画像処理システム用のプリントエンジンの一例の部分的概略図である。本発明によるトナー寿命及びキャリア寿命算出を示しているフローチャートである。光導電性表面上のカスタマー画像、プロセス制御パッチ、及びＭＡＣパッチの配置の一例を示す図である。本発明のトナー寿命の算出及び本発明のキャリア寿命の算出のいずれか、又はそれらの両方を用いることができる、ディジタル画像処理システムを概略図示する別の部分正面図である。

Claims

メモリーに最大トナー寿命を提供することと、
現像剤ハウジングのトナー濃度を検出し、トナー濃度をメモリーに記憶させることと、
分配割合及び補充液におけるトナーから、分配した現像剤の量を算出することと、
前記トナー濃度に基づく現像剤ハウジングにおけるトナー寿命、及び、前の現像剤寿命の算出以後に分配された現像剤の量を決定することと、
トナー寿命が最大トナー寿命を越えるときにプリントジョブを中断することと、
を含む、キャリア及びトナーを含む現像剤を有する現像剤ハウジングのトナー寿命を測定し、制御するための方法。
前記算出することは、以下の式を適用することによってトナー寿命を算出することを含み、
Age[i] = (Age[i-1] + Interval) * (TotalMass/(TotalMass + MassIn[i]))
ここで、TotalMassは、TCSensed * CarrierMassであり、
MassIn[i] = DutyCycle[i] * DispenseRate * Interval * (TonerToCarrierRatio/(1 + TonerToCarrierRatio))
さらに、DutyCycle [i]は、ＴＣ制御アルゴリズムにおいて算出され、時間[i]から時間[i-1]までの時間間隔に対して分配制御アルゴリズムにおいて実施されるような分配要求であり、DispenseRateは、１００％負荷サイクルにおける質量分配割合であり、TonerToCarrierRatioは、補充液中のキャリアに対するトナーの質量比である、請求項１に記載の方法。
前記算出することは、以下の式を適用することによって、キャリア寿命を決定することを含み、
CarrierAge[i] = (CarrierAge[i-1] + Interval) * (CarrierMass/(CarrierMass + CarrierMassIn))
ここで、CarrierMassは、現像剤ハウジングにおける定義された最初のキャリアとして示され、
CarrierMassIn = DutyCycle * DispenseRate * (1/(1 + TonerToCarrierRatio))、の式で与えられる、請求項１に記載の方法。
現像剤ハウジングのトナー寿命を減少するように現像剤ハウジングにおけるトナーをパージすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
トナー寿命がトナー寿命の範囲内にあるとき、現像剤ハウジングのトナー寿命を減少させるためにトナーを描画するための最低領域被覆率のパッチ領域を算出することを更に含む、請求項４に記載の方法。
現像剤ハウジングのトナー寿命を減少させるために最低領域被覆率のパッチ領域を備えた印刷間領域を予定することを更に含む、請求項５に記載の方法。