JP2006018268A - 現像剤寿命判別装置及び現像剤寿命判別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー及びキャリアを含む現像剤の寿命をより確実に判別することにより、現像剤の寿命の検知ミスによる流動性の低下を防止して常に高画質を得る。
【解決手段】 トナー濃度センサ６４によって検出されるトナー濃度レベルに基づいて、トナーカートリッジ５０交換後に新たなトナーを補給したときから、所定のトナー濃度に達するまでにかかる時間、あるいは所定の時間に検出されるトナー濃度レベルから、現像剤６２が寿命に達したことをより確実に判別し、現像剤６２を的確な交換して、常に高画質のトナー画像を得る。
【選択図】図４

Description

本発明は画像形成装置等にて現像を行う現像装置の現像剤寿命判別装置及び現像剤寿命判別方法に関する。

プリンタや複写機等の画像形成装置として、トナー及びキャリアを含む現像剤を用いて原稿画像を再現するものがある。キャリアはトナーを担持する荷電粒子であり、原稿画像を再現するためのトナーを現像ローラに搬送している。このような現像剤のトナーの補給を、トナーカートリッジを用いて行うものがある。

更にこのような現像剤では、現像画像を再現するためにトナーを供給する間にキャリアによるトナーの搬送能力の尺度であるキャリアの流動性が低下した場合には、現像剤を交換する必要がある。キャリアの流動性の低下は、例えば現像ユニットにおけるローラとの摩擦によりキャリアに応力が加えられ、キャリアの電荷の低下、あるいはキャリア表面へのトナー成分の付着等のいくつかの要因による。

このため従来現像剤の交換時期を判断するものとして、設定量のトナー補給完了時点から、設定時間を経過した時のトナー濃度検出値を比較して、現像剤の寿命を判断する装置がある。（例えば特許文献１参照。）
特許第２９６１８２７号明細書(第４頁、図１〜３) または、現像ローラの駆動開始後所定時間が経過するまでに、トナー濃度センサ出力が所定レベルを越えているときに、プロセスユニットの寿命と判断する方法がある。（例えば特許文献２参照。） 特許第２６８９９８４号明細書(第３、４頁、図５)

しかしながら（特許文献１）及び（特許文献２）はいずれも、通常のトナー補給時に現像剤の寿命を検知するものである。このため、現像剤の寿命を検知するためのトナー濃度の変動が小さいために、検知ミスを生じ易いという問題を有している。

そこで本発明は上記課題を解決するものであり、トナー及びキャリアを含む現像剤の寿命をより確実に判別することにより、現像剤の寿命の検知ミスによる流動性の低下を防止して、現像画像を再現して得られるトナー画像を常に高画質に出来る、現像剤寿命判別装置及び現像剤寿命判別方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するための手段として、トナーカートリッジにより供給されるトナー及びキャリアを含む現像剤を用いる現像装置の現像剤寿命判別装置において、前記現像剤のトナー濃度を検知する濃度検知部と、前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記濃度検知部による検知結果から前記現像剤の劣化状態を識別し、前記劣化状態を閾値と比較して前記現像剤が寿命であることを判別する制御部とを設けるものである。

本発明によれば、トナー及びキャリアを含む現像剤の寿命をより確実に判別することができ、トナー画像を常に高画質に出来る。更に、これらのデータに基づいて、現像剤の寿命を予測出来、トナーカートリッジの交換時期の予知が可能となる。

本発明はトナーカートリッジを交換後に新たなトナーを補給した後に得られるトナー濃度から現像剤の劣化を識別して、現像剤の寿命を判別する。

以下、本発明の実施例について図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本発明の現像剤寿命判別装置１を適用する画像形成装置１０のブロック図である。画像形成装置１０は、ユーザインタフェース１２と、スキャナ１４と、画像処理ユニット１６と、画像再生ユニット１８と、給紙ユニット２０とを有する。画像形成装置１０は、例えば、複写機、Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ（ＭＦＰ）またはプリンタ等である。更に、画像形成装置１０は、モノクロ（Ｂ／Ｗ）画像形成装置またはカラー画像形成装置のいずれでもよい。

ユーザインタフェース１２は、ユーザが画像形成装置１０に情報を入力することを可能にするインタフェースである。ユーザインタフェース１２を通じて入力される情報は、例えば、コピー枚数、用紙のサイズ、拡大／縮小率などの画像形成条件の設定を含む。ユーザインタフェース１２は、タッチスクリーン、対応するボタンを備えたＬＣＤ表示部、またはユーザが画像形成条件の設定を行うことを可能にするその他いずれの構造であっても良い。ユーザインタフェース１２の表示は、画像形成装置１０の動作および状態に関する情報も提供する。

スキャナ１４は、画像形成装置１０の原稿載置台に載置される原稿から原稿画像をスキャンする。原稿は、通常ガラス板である原稿載置台に自動原稿送り装置（ＡＤＦ）あるいは手動で載置される。スキャナ１４は、原稿を走査するランプなどの光源を含む。原稿からの反射光は、光検出センサに入力され、光検出センサにて検出された光がデジタル画像データに変換される。光検出センサは、Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）等からなる。

スキャナ１４の光検出センサによって生成されるデジタル画像データは、画像処理ユニット１６で処理される。画像処理ユニット１６は、様々な画像処理機能を実施するよう構成される。画像処理ユニット１６は、例えば、画像データ変換、ガンマ補正、圧縮、濃度調節、レンジ補償、ハーフトーン処理、ディザリング、エラー拡散、スムージング、フィルタリング、拡大／縮小または他の画像処理機能を実施する。

画像処理ユニット１６からの処理された画像データは、スキャンされた原稿画像をコピー用紙に再現するために画像再生ユニット１８で使用される。画像再生ユニット１８は、現像剤またはインクなどのインク源、処理された画像データに基づき例えば感光体ドラム上に形成される潜像を用いて、現像する現像ユニット、現像された画像をコピー用紙に転写する転写ユニット、および画像をコピー用紙に定着する定着ユニットを含む。インク源は、現像装置３０に特定の色のトナーを供給するトナーカートリッジを含む。画像形成装置１０がカラー装置の場合、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローなどの各トナー色に対して別々の現像装置が設けられる。

コピー用紙は、給紙ユニット２０により画像再生ユニット１８に供給される。給紙ユニット２０は、一種以上のサイズのコピー用紙を保持する一つ以上のカセット、および、コピー用紙をカセットから画像再生ユニット１８に搬送する搬送機構を含む。給紙ユニット２０は、ユーザが様々なサイズの用紙を画像再生ユニット１８に送ることを可能にする手差し送り部も含む。

図２Ａおよび図２Ｂは、本実施例の現像装置３０の側面図および平面図である。現像装置３０は、画像再生ユニット１８に組み込まれている。図２Ａに示すように、現像装置３０は、トナー５２を有するトナーカートリッジ５０、一対のスクリュ５４および５６、現像ローラ５８、規制ブレード６０、現像剤６２および濃度検知部であるトナー濃度センサ６４を備える。トナーカートリッジ５０は、トナー５２を保持するために、プラスチックを含む全ての好適な材料よりなる容器またはボトルからなり、画像形成装置１０内に取り付けて徐々にトナー５２を供給する。尚、トナーカートリッジは、容器またはボトル内からトナーを現像装置のトナー受けに一度に全部供給するものであっても良い。トナーカートリッジ５０は、現像装置３０内の現像剤６２にトナー５２を補給する。

スクリュ５４、５６は現像装置３０内にて現像剤６２の流れを作り、現像剤６２を現像ローラ５８に供給する。現像ローラ５８は、例えば感光体ドラムのような画像再生ユニット１８の構成要素に、現像剤６２中のトナーを供給する。規制ブレード６０は、現像ローラ５８の表面上の現像剤の量を規制する。例えば、規制ブレード６０は、図２Ａに示すように、現像ローラの表面上の現像剤が略均一な量となるよう現像剤の量を規制する。

図２Ｂに示すように、トナーカートリッジ５０はスクリュ５４の一側で現像剤６２にトナー５２を供給する。スクリュ５４が回転することにより現像剤６２は矢印ｘ方向に搬送され、トナー濃度センサ６４が配置されるスクリュ５４の他端に導かれる。トナー濃度センサ６４は、トナー濃度測定の正確性を高めるためにトナーカートリッジ５０のトナー補給口５０ａから離間配置されていることが好ましい。トナー濃度センサ６４は、透磁率センサ等からなる。トナー濃度センサ６４の出力は、トナー濃度を示す値であり、例えば、電圧値として表される。トナー濃度は、トナーをキャリアとトナーとの合計で除算した測定値である。

スクリュ５６は現像装置３０内で、スクリュ５４による搬送方向とは反対の矢印ｙ方向に現像剤６２の流れをつくる。全体として、現像剤６２の流れはスクリュ５４及びスクリュ５６により現像装置３０内で循環される。スクリュ５６に搬送される間、現像剤６２は現像ローラ５８に供給される。

図３は、本発明による現像剤寿命判別装置１のブロック図である。現像剤寿命判別装置は、トナー濃度センサ６４と、メモリ６６と、制御部である制御ユニット６８と、現像条件の１つの例である環境条件を検知する環境センサ７０と、制御信号７２とを有する。制御ユニット６８は、例えば、ＣＰＵまたはマイクロプロセッサのようなプロセッサ、またはデータを処理しその処理を示す結果を出力することができる全ての他の形態の処理ユニットを含む。制御ユニット６８は、プロセッサによって実行される指示を有する専用のメモリまたはキャッシュを有していても良い。

メモリ６６は、トナー濃度センサ６４、制御ユニット６８、および環境センサ７０から出力されるデータを記憶するよう構成されることが好ましい。メモリ６６は、制御ユニット６８のプロセッサによって実行される指示を記憶してもよい。メモリ６６は、例えば、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ、またはＥＰＲＯＭ等からなる。環境センサ７０は、画像形成装置１０あるいは現像装置３０近傍の温度、気圧、あるいは湿度などの各種環境条件を１つ以上検知することができるセンサを含む。

現像装置３０の現像剤６２のトナー濃度検知時、トナー濃度センサ６４および環境センサ７０の出力は制御ユニット６８に入力される。トナー濃度センサ６４および環境センサ７０の出力はメモリ６６にも記憶される。制御ユニット６８は、これらセンサ６４、７０の出力に基づいて、現像剤６２の寿命を判別するよう構成される。現像剤６２の寿命を判別するために、制御ユニット６８は例えば、（１）トナーカートリッジ５０が交換される時、（２）画像形成装置１０内の現像装置３０が新しいトナーカートリッジ５０を搭載した後に動作し始める時、（３）トナーカートリッジ５０の交換から所定の時間経過した時、または現像装置３０の動作開始から所定の時間経過した時、（４）現像剤６２のトナー濃度が所定の濃度レベルに達するとき、及び（５）現像剤６２のトナー濃度が基準濃度レベルに達する時等の様々な異なる時点におけるセンサ６４、７０の出力を使用するよう構成される。

制御ユニット６８は、トナー濃度センサ６４から検出された検知結果であるトナー濃度レベルを一つ以上用い、更に、それらの検出に要した時間を用いて現像剤６２の寿命を判別する。制御ユニット６８は、検出されたトナー濃度レベルおよびそれらの検出に要した時間をメモリ６６に記憶する。更に、制御ユニット６８は、検出に要した時間およびトナー濃度データに基づいて制御信号７２を生成する。制御信号７２は、制御ユニット６８による分析結果を利用して例えば、（１）現像剤６２が交換されるべきか否か、（２）現像剤６２の寿命がどれだけ残っているかの予測、（３）トナー濃度センサから出力されるトナー濃度レベル、（４）トナー濃度レベルが所定のレベルに達するまでにかかった時間、及び（５）トナー濃度センサ６４および環境センサ７０から得られるその他全ての関連情報を含む。制御信号７２によって提供される情報は、画像形成装置１０のユーザインタフェース１２のＬＣＤ表示部などによって表示される。制御信号７２は、電子メールメッセージなどによって、サービスマンや、ネットワーク管理者に供給されることも可能である。

次に、制御ユニット６８により現像剤６２の寿命を判別する時に用いる現像剤６２の劣化の識別の第１の例について述べる。図４は、トナーエンプティ時、トナーカートリッジ５０を１回交換した後あるいは１２回交換した後に新たなトナー補給を行った後現像剤６２が基準濃度レベルに達するまでのトナー濃度の変化を示す。トナーエンプティ時の、本実施例のトナー濃度センサ６４の出力は約３．０Ｖであり、基準濃度レベルの時は、トナー濃度センサ６４の出力は約２．５Ｖとされている。

実線αは、新しい現像剤６２に交換した後に、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が、基準濃度レベルに復帰する時点Ｂまでに時間Ｔ_１を要する旨を示す。実線βは、新しい現像剤６２に交換した後に、トナーカートリッジ５０の１２回の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が、基準濃度レベルに復帰する時点Ｃまでに時間Ｔ_１２を要する旨を示す。基準濃度レベルは、現像装置３０が良好な現像を行うことが出来る現像剤６２のトナー濃度の平均値である。

ここでトナーカートリッジ５０を交換した後に新たなトナーの補給を開始する時点Ａは、トナーカートリッジ５０の交換後に新たなトナーがトナーカートリッジ５０から現像剤６２に供給され始めた時点であり、実際にはトナーカートリッジ５０を交換した後に、現像装置３０を動作し始めると、新たなトナーが現像剤６２に供給される。トナーカートリッジ５０を交換した後に、現像装置３０を動作し始めても、補給された新たなトナーは、直ぐにはトナー濃度センサ６４に達することが無く、トナーの補給を開始する時点Ａでは、トナー濃度センサ６４はトナーエンプティの時のトナー濃度レベルを出力する。

図４に示すように、トナーカートリッジ５０交換後に、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が、基準濃度レベルに復帰するのに要する時間は、１回目の交換後にかかる時間Ｔ_１よりも、１２回目の交換後にかかる時間Ｔ_１２の方が長い。この１回目と１２回目の交換の間における時間の増加は、現像剤６２中のキャリアの劣化により現像剤６２の流動性が低下したことを反映している。

制御ユニット６８は、このトナーカートリッジ５０の交換から基準濃度レベルに達するまでの時間に応じて、現像剤６２が交換される必要があるか否かを判別することとなる。トナーの補給を開始する時点Ａから、基準濃度レベルに復帰するのに要する時間が予め設定される閾値よりも大きい場合には、制御ユニット６８は現像剤６２が寿命に達した旨を判別する。

トナーの補給を開始する時点Ａから、基準濃度レベルに復帰するのに要する時間が予め設定される閾値よりも大きい場合、現像剤６２は交換されるべき所定の交換点に達している。予め設定される閾値は一義的でなく、一般に使用される現像剤６２の種類に依存し、ユーザインタフェース１２を通じて異なる設定に調節され得る。閾値は、例えば現像剤６２の種類に応じて約１００から１５０秒の範囲に設定され、より好ましくは約１００秒に設定される。この場合、トナーカートリッジ５０を交換後に新たなトナーの補給を開始する時点Ａから、トナー濃度センサ６４により出力される濃度レベルが基準濃度レベルに達するまでに、少なくとも１００秒かかる場合には、現像剤６２は寿命に達したと判別される。

図４を参照すると、実線αで示す様に、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が基準濃度レベルに復帰する時点Ｂまでに要する時間Ｔ_１は３０秒であり、実線βで示す様にトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が基準濃度レベルに復帰する時点Ｃまでに要する時間Ｔ_１２は１０５秒である。従って予め設定される閾値が１００秒であることから、制御ユニット６８はトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後に現像剤６２が寿命に達したと判別する。

この後現像剤６２の交換の必要性を示すために、制御ユニット６８は画像形成装置１０のＬＣＤ表示部等に現像剤６２が交換時期である旨の表示を提供する制御信号７２を生成するか、あるいは交換の必要性を示す電子メール（または中央ウェブサイト上の表示のような他の形態の通知）を作成する。制御信号７２や電子メールは、現像剤６２が寿命に達したと判別された時でも良いし、あるいは、判別後、現在使用中のトナーカートリッジ５０が空になった後に生成されてもよい。

この第１の例によれば、各トナーカートリッジ５０の交換後であって、トナー濃度センサ６４がトナーエンプティの時のトナー濃度レベルを出力する新たなトナーの補給を開始する時点Ａから、現像剤６２が基準濃度レベルに復帰する時点までに要する時間を、予め設定される閾値と比較している。トナーの補給を開始する時点Ａから、現像剤６２が基準濃度レベルに復帰する時点までに要する時間が閾値に達していれば、制御ユニット６８は現像剤６２が寿命に達している旨を判別し、表示する。従って、トナー濃度レベルが明確なトナーエンプティの状態からの復帰に要する時間を比較でき、現像剤６２の寿命をより正確に判別可能となる。

次に、制御ユニット６８により現像剤６２の寿命を判別する時に用いる現像剤６２の劣化の識別の第２の例について述べる。図５Ａは、トナーエンプティ時、トナーカートリッジ５０を１回交換した後あるいは１２回交換した後に新たなトナー補給を行った後現像剤６２が基準濃度レベルに達する前の早期設定レベルにおけるトナー濃度の変化を示す。早期設定レベルに対応する、トナー濃度センサ６４の出力は例えば、約２．７Ｖまたは２．８Ｖとされている。

実線γは、新しい現像剤６２に交換した後に、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が、早期設定レベルに達する時点Ｄまでに時間ｔ_１を要する旨を示す。実線δは、新しい現像剤６２に交換した後に、トナーカートリッジ５０の１２回の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が、早期設定レベルに達する時点Ｅまでに時間ｔ_１２を要する旨を示す。

図４の基準濃度レベルに達する時間と同様に、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が早期設定レベルに達するのに要する時間は、１回目の交換後にかかる時間ｔ_１よりも、１２回目の交換後にかかる時間ｔ_１２の方が長く、１回目に比べて１２回目では、現像剤６２中のキャリアが劣化して現像剤６２の流動性が低下したことを示している。

制御ユニット６８は、このトナーカートリッジ５０の交換から早期設定レベルに達するまでの時間に応じて、現像剤６２が交換される必要があるか否かを判別することとなる。トナーの補給を開始する時点Ａから、早期設定レベルに復帰するのに要する時間が予め設定される閾値よりも大きい場合には、制御ユニット６８は現像剤６２が寿命に達した旨を判別し、現像剤６２は交換される。現像剤６２のトナー濃度は、図４の基準濃度レベルに達する前に早期設定レベルに達することから、早期設定レベルに達するための予め設定される閾値は、基準濃度レベルに復帰するのに比べて、より短い時間となる。例えば閾値は、現像剤６２の種類に応じて約３０から６０秒の範囲に設定され、より好ましくは約３０秒に設定され得る。

図５Ａを参照すると、実線γで示す様に、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が早期設定レベルに達する時点Ｄまでに要する時間ｔ_１は１０秒であり、実線δで示す様にトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから現像剤６２が早期設定レベルに達する時点Ｅまでに要する時間ｔ_１２は３５秒である。従って早期設定レベルに達するために予め設定される閾値が３０秒の場合、制御ユニット６８はトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後に現像剤６２が寿命に達したと判別する。

この後現像剤６２の交換の必要性を示すために、制御ユニット６８は画像形成装置１０のＬＣＤ表示部等に現像剤６２が交換時期である旨の表示を提供する制御信号７２を生成するか、あるいは交換の必要性を示す電子メール（または中央ウェブサイト上の表示のような他の形態の通知）を作成する。制御信号７２や電子メールは、現像剤６２が寿命に達したと判別された時でも良いし、あるいは、判別後、現在使用中のトナーカートリッジ５０が空になった後に生成されてもよい。

この第２の例によれば、前述の第１の例と同様に現像剤６２の寿命をより正確に判別可能となる。更に、前述の第１の例に比べて、予め設定される閾値を短くでき、現像剤６２の寿命の判別を速く行うことが可能となる。

次に、制御ユニット６８により現像剤６２の寿命を判別する時に用いる現像剤６２の劣化の識別の第３の例について述べる。図５Ｂは、トナーエンプティ時、トナーカートリッジ５０を１回交換した後あるいは１２回交換した後に新たなトナー補給を行ってから、所定の時間を経過した時に現像剤６２が達するトナー濃度レベルの違いを示す。所定の時間は、例えばトナーカートリッジ５０の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから特定時点Ｆに達するまでとする。

トナーカートリッジ５０の交換後に、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから特定時点Ｆまでの所定の時間は、例えば約１０から３０秒でもよく、より好ましくは、約１０秒とされる。所定の時間経過後にトナー濃度センサ６４からの出力が予め設定される閾値よりも大きい場合、現像剤６２は交換されるべき所定の交換点に達している。

図５Ｂの実線ηは、新しい現像剤６２に交換した後であって、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから特定時点Ｆまでの所定の時間Ｔ_ＡＦの間に現像剤６２のトナー濃度レベルが電圧Ｖ_１幅だけ低減する旨を示す。実線θは、新しい現像剤６２に交換した後であって、トナーカートリッジ５０の１２回の交換後に、トナーカートリッジ５０から新たなトナーの補給を開始する時点Ａから特定時点Ｆまでの所定の時間Ｔ_ＡＦの間に現像剤６２のトナー濃度レベルが電圧Ｖ_１２幅だけ低減する旨を示す。

即ち、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後新たなトナーの補給を開始する時点Ａから所定の時間Ｔ_ＡＦを経過した時の現像剤６２のトナー濃度レベルはｖ_１となり、トナーカートリッジ５０の１２回目の交換後新たなトナーの補給を開始する時点Ａから所定の時間Ｔ_ＡＦを経過した時の現像剤６２のトナー濃度レベルはｖ_１２となる。

制御ユニット６８は、トナーカートリッジ５０の交換後新たなトナーの補給を開始する時点Ａから、所定の時間Ｔ_ＡＦを経過するまでの間に現像剤６２が達するトナー濃度レベルｖ_１およびｖ_１２を閾値と比較して現像剤６２が寿命に達したか否かを判別する。例えば閾値は、約２．８５Ｖから２．９５Ｖの範囲に設定され、より好ましくは約２．９Ｖに設定される。トナー濃度レベルが、閾値よりも大きい場合、現像剤６２は交換を必要とする。

図５Ｂを参照すると、実線θで示す様にトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから所定の時間Ｔ_ＡＦを経過するまでの間に現像剤６２のトナー濃度レベルｖ_１２が２．９２Ｖであるので、制御ユニット６８はトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後に現像剤６２が寿命に達したと判別する。

あるいは制御ユニット６８は、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから所定の時間Ｔ_ＡＦを経過するまでの間の現像剤６２のトナー濃度レベルの低減幅から現像剤６２の寿命を判別しても良い。例えば、トナー濃度レベルの低減幅の閾値を０．０５Ｖから０．１５Ｖの範囲に設定し、より好ましくは約０．１Ｖに設定する。この場合、トナー濃度レベルの低減幅が閾値よりも小さければ、現像剤６２は交換を必要とする。図５Ｂの実線θでは、トナーカートリッジ５０の１２回目の交換後では、新たなトナーの補給を開始する時点Ａから所定の時間Ｔ_ＡＦを経過するまでの間の現像剤６２のトナー濃度レベルのＶ_１２が０．０８Ｖであるので、制御ユニット６８はトナーカートリッジ５０の１２回目の交換後に現像剤６２が寿命に達したと判別する。

図６は本発明の実施例において、トナーカートリッジ５０を交換後、所定の時間を経過したときの、トナーカートリッジの交換回数に応じた、現像剤６２のトナー濃度レベルの変化を示すグラフである。図６のグラフは図５Ｂのグラフの微分である。特に図６のグラフは、各トナーカートリッジ交換後から所定の時間を経過したときにトナー濃度センサ６４に検知されるトナー濃度レベルを示す。

図６のグラフは、現像剤６２のトナー濃度レベルが、トナーカートリッジの交換回数が増えると一般的に上昇することを示す。図６に示すように、現像剤６２が寿命に達するトナー濃度レベルは図５Ｂの閾値に対応し、例えば、約２．９Ｖである。更に、本実施例では、新たなトナーの補給開始からの所定の時間として、図５Ｂの例の、トナーの補給を開始する時点Ａから特定時点Ｆまでの所定の時間と同様に、１０秒といった時間が使用される。

図５Ｂでも述べたように制御ユニット６８は、トナーカートリッジ５０の交換後新たなトナーの補給を開始する時点から、所定の時間を経過するまでの間に現像剤６２が寿命に達するトナー濃度レベルが閾値を超えた場合に、現像剤６２が寿命に達し交換される必要があると判別する。図６に示すように、トナーカートリッジ５０の１２回目の交換において、トナーカートリッジの交換後に所定の時間を経過するまでの間に、制御ユニット６８により検出される現像剤６２のトナー濃度レベルが寿命に達し、あるいは寿命を超える。従って、現像剤６２はこの時点で交換される必要がある。

この第３の例によれば、前述の第１の例と同様に現像剤６２の寿命をより正確に判別可能となる。

図４から図６を参照して上述した例のそれぞれにおいて、現像剤６２が寿命に達し、交換される必要があるか否かを判別するために、トナーカートリッジ５０を新しいトナーカートリッジ５０と交換した後に、時間またはトナー濃度レベルは、何等かの閾値と比較される。現像剤６２の寿命を判別するための何等かの閾値は、画像形成装置の特性によっても変わり一義的に決められるものではない。何等かの閾値を設定する場合に、例えば、新しいトナーカートリッジ５０との交換後に、トナー濃度センサ６４からの検知結果に基づいて収集されるデータを用いて、トナーカートリッジ５０の何回目の交換で現像剤６２が寿命に達して交換が必要となるかについての予測を立てて、これを閾値とすることも可能である。

次に制御ユニット６８により現像剤６２の寿命を予測する第４の例について述べる。図７は、環境条件を考慮して、トナーカートリッジ５０を交換後に所定の時間を経過したときの、トナーカートリッジの交換回数に応じた、現像剤６２のトナー濃度レベルの変化を示すグラフである。図７のグラフのフォーマットは図６と同様であり、トナーカートリッジ５０を交換後に所定の時間または固定の時間経過したときのトナー濃度センサ６４の出力を示す。

この場合、トナーカートリッジ５０の各交換後の新たなトナーの補給開始から所定の時間経過したときにトナー濃度センサ６４により検出されるトナー濃度レベルは、何回目のトナーかトリッジ５０交換後に現像剤６２が寿命を超えるかを予測するための基準として使用される。それにより制御ユニット６８はトナーカートリッジ５０の何回目の交換後に現像剤６２が寿命に達して、交換される必要があるかを予測することができる。

即ちトナーカートリッジ５０の各交換後、制御ユニット６８は、新たなトナーの補給開始から所定の時間経過したときにトナー濃度センサ６４により検出されるトナー濃度レベルを、メモリ６６に記憶する。制御ユニット６８は、これらメモリ６６に記憶されたトナー濃度レベルを参照してトナーカートリッジ５０の何回目の交換後に現像剤６２が寿命に達して交換される必要があるかを予測する。この予測を行うために、制御ユニット６８は、メモリ６６に記憶されたデータに基づいて回帰分析を行い、検出されたトナー濃度レベルが寿命をいつ超えるかを確認する。

あるいは直近の、トナー濃度センサ６４により検出されたトナー濃度レベルから導出される図７の実線κの傾きを計算して、算出された傾きを用いて、検出されたトナー濃度レベルがいつ寿命を超えるかを確認することも可能である。例えば、任意の第１のトナーカートリッジの交換後をトナーカートリッジ５０の４回目の交換後とし、任意の第２のトナーカートリッジの交換後をトナーカートリッジ５０の３回目の交換後とする。

この場合、トナーカートリッジ５０の４回目の交換後に対して検出された第１の検知結果であるトナー濃度レベルが２．７７Ｖであり、直近のトナーカートリッジ５０の３回目の交換後に対して検出された第２の検知結果であるトナー濃度が２．７５Ｖであることから、図７の実線κの傾きは、トナーカートリッジ５０の１回の交換当り０．０２Ｖとなる。実線κの傾きから、現像剤６２が寿命に達する閾値を２．９Ｖと予測すると、決定された実線κの傾きから、トナーカートリッジ５０の１１回目の交換により検出されるトナー濃度レベルは２．９１Ｖとなる。従って、制御ユニット６８はこの１１回目のトナーカートリッジ５０の交換後に現像剤６２が寿命に達すると判別される閾値２．９Ｖを越えることから、交換する必要があると予測する。

現像剤６２を交換する必要がいつかの予測は、所定の時間に検出されるトナー濃度に基づくだけでなく図４および図５Ａを参照して説明したように基準レベルに達する時間に基づいて判別されてもよい。

例えば、最初のトナーカートリッジ５０の交換後に、トナー濃度センサ６４からの最初の検知結果に基づいて収集されるデータを基準に閾値を決める場合に、最初検知結果から得られたデータが、現像剤６２が所定濃度に達するまでの所要時間であるとすると、最初の所用時間に、経験値から得られる時間係数Ｆ_ｔを乗算して、閾値を予測することが可能である。あるいは、最初の交換後の最初の検知結果から得られたデータが、所定時間後のトナー濃度レベルであるとすると、実際のトナー濃度レベルに、経験値から得られる電圧係数Ｆ_Ｖを乗算して、閾値を予測することが可能である。特定の画像形成装置について経験から得られる時間係数Ｆ_ｔあるいは電圧係数Ｆ_Ｖは、メモリ６６に記憶される。

図４に示す第１の例においては、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後の検知結果から、現像剤６２が基準濃度レベルに復帰する時点Ｂまでの所要時間Ｔ_１は３０秒となる。従ってこの３０秒に経験値から得られる時間係数Ｆ_ｔを仮に３．３として乗算して、所要時間の閾値を９９秒に予測しても良い。このようにトナーカートリッジ５０の１回目の交換後の検知結果から閾値を予測して設定した後、トナーカートリッジの交換後に、トナーエンプティ値から現像剤６２が基準濃度レベルに達するまでの時間が予測した閾値９９秒よりも長い場合には、現像剤６２は寿命に達したと判別される。閾値を予測する際の典型的な時間係数Ｆ_ｔの例は約２〜３の範囲である。

同様にして図５Ｂに示す第３の例においては、トナーカートリッジ５０の１回目の交換後の検知結果から、トナーカートリッジ５０の交換後新たなトナーの補給を開始する時点から、約１０秒を経過するまでの間の現像剤６２のトナー濃度レベルの低減幅Ｖ_１が０．４Ｖとなる。従ってこのＶ_１に経験値から得られる電圧係数Ｆ_Ｖを仮に１／４として乗算して、閾値を０．１Ｖに予測しても良い。このようにトナーカートリッジ５０の１回目の交換後の検知結果から閾値を予測して設定した後、トナーカートリッジの交換後に、新たなトナーの補給を開始する時点から約１０秒を経過するまでの現像剤６２のトナー濃度レベルの低減幅が、予測した閾値０．１Ｖ未満である場合には、現像剤６２は寿命に達したと判別される。閾値を予測する際の典型的な電圧係数Ｆ_Ｖの例は約１／４〜１／３の範囲である。現像剤６２の寿命を判定するための予測の閾値は、トナーカートリッジ５０の１回の交換で求められる。

この第４の例によれば、新しいトナーカートリッジ５０を交換後にトナー濃度センサ６４により検出されるトナー濃度レベルから、何回目のトナーかトリッジ５０交換後に現像剤６２が寿命に達するかを予測することが出来る。従って、現状においては現像剤６２が寿命に達していなくても、現像剤６２の寿命を予知することが可能となり、メンテナンス性の向上を得られる。

制御ユニット６８は、現像剤６２の交換時期を予測するのに加えて、トナー濃度センサ６４からの検知結果に基づいて収集されたデータを、収集されたデータに影響を与え得る環境条件を考慮して調節することも可能である。次に環境条件を考慮して、現像剤６２の寿命を判別するためのデータを適正化する第５の例について述べる。

現像剤寿命判別装置１の環境センサ７０は、温度、気圧、或いは湿度といった様々な環境条件を検知する。環境センサ７０により検知された環境条件は、トナー濃度センサ６４の動作と現像剤６２中のキャリアがトナー５２を担持する能力との両方に影響を与える。例えば、環境温度が高いとトナー濃度センサ６４は通常の室温における動作条件の時よりも高いトナー濃度レベルを出力する。あるいは環境湿度が上昇すると、現像剤６２中のキャリアがトナー５２を担持する能力が低下し、トナー濃度検出器６４によって出力されるトナー濃度レベルが通常の湿度における動作条件の時よりも高くなる。

トナー濃度センサ６４と現像剤６２への環境条件の影響を考慮することにより、制御ユニット６８はトナー濃度センサ６４により検出されたトナー濃度レベルを適正化することができる。トナー濃度センサ６４により検出されたトナー濃度レベルを適正化するために、制御ユニット６８は、環境センサ７０によって検出された環境条件を考慮してトナー濃度レベルを調整するためのテーブルを参照する。トナー濃度レベルを調整するためのテーブルは、例えば、様々な環境設定で試験し、環境変化がトナー濃度センサ６４により検出されたトナー濃度レベルに与える影響を記録してゆくことで作成される。

トナー濃度レベルを調整するためのテーブルは、制御ユニット６８内の専用メモリに記憶されるか、メモリ６６のような別個の記憶領域に記憶される。トナー濃度レベルを調整するためのテーブルを参照して検出されたトナー濃度レベルを適正化した後、制御ユニット６８はメモリ６６に適正化されたトナー濃度レベルを記憶する。トナー濃度センサ６４により検出されたトナー濃度レベルを適正化することにより、制御ユニット６８は現像剤６２の寿命による交換時期をより正確に判別可能となる。

図７は画像形成条件の異なる場合を考慮した２つのデータ例を示す。実線λで示す動作条件１は、画像印字率が平均２０％の場合のデータ例である。実線κで示す動作条件２は、画像印字率が平均５％の場合のデータ例である。例えば印字率が高い動作条件１の場合には、トナーカートリッジ５０を７回交換した後に現像剤６２が寿命に達することが予測される。一方、印字率の低い動作条件２の場合には、トナーカートリッジ５０を１０回交換した後に現像剤６２が寿命に達することが予測される。

尚環境条件とは、温度、気圧或いは湿度であり、コピー濃度、写真であるか文字であるか等の画質、画像印字率或いは画像出力頻度等の画像形成条件等各種条件を含むものである。

この第５の例によれば、トナー濃度センサ６４からの検知結果に環境センサ７０によって検出された環境条件を考慮して現像剤６２が寿命に達したことをより正確に判別できる。

このように構成される本実施例にあっては、トナー濃度センサ６４によって検出されるトナー濃度レベルに基づいて、トナーカートリッジ５０交換後に新たなトナーを補給したときから、所定のトナー濃度に達するまでにかかる時間、あるいは所定の時間に検出されるトナー濃度レベルから、現像剤６２が寿命に達したことをより確実に判別することが出来る。従ってトナー及びキャリアを含む現像剤の寿命の検知ミスによる流動性の低下を防止して常に高画質のトナー画像を得られる。更に、このデータから現像剤６２の寿命を予測することにより、現像剤６２が寿命に達していなくても、寿命を予知することが可能となり、現像剤６２交換のメンテナンスの時期を的確に把握し、常に高画質のトナー画像を得られる。又、環境条件を考慮して、トナー濃度センサ６４によって検出されるトナー濃度レベルを適正化することにより、現像剤６２の寿命をより正確に判別することができる。

尚本発明は上記実施例に限定されず、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であって、例えば、トナーカートリッジのトナー補給形態は限定されず、トナーカートリッジを画像形成装置内に装着するものであり、あるいはトナーカートリッジ内のトナーを現像装置のトナー受けに一度に供給するものである等任意である。また濃度検知部の検知方法も限定されず、光学的な手段でトナー濃度を検出する方法等であっても良い。又、現像剤寿命判別装置を用いる画像形成装置は、カラーあるいはモノクロのいずれであっても良い。

本発明の実施例の画像形成装置を示す概略ブロック図である。 本発明の実施例の現像装置を示す側面から見た構成図である。 本発明の実施例の現像装置を示す上面から見た構成図である。 本発明の実施例の現像剤寿命判別装置を示す概略ブロック図である。 本発明の実施例のトナーカートリッジ交換後に現像剤が基準濃度レベルに達するまでのトナー濃度の変化を示すグラフである。 本発明の実施例のトナーカートリッジ交換後に現像剤が早期設定レベルに達するまでのトナー濃度の変化を示すグラフである。 本発明の実施例のトナーカートリッジ交換後所定の時間を経過した時に現像剤が達するトナー濃度レベルの違いを示すグラフである。 本発明の実施例のトナーカートリッジ交換後所定の時間を経過した時のトナーカートリッジの交換回数に応じた、現像剤のトナー濃度レベルの変化を示すグラフである。 本発明の実施例の環境条件をこうりょしてトナーカートリッジ交換後所定の時間を経過した時のトナーカートリッジの交換回数に応じた、現像剤のトナー濃度レベルの変化を示すグラフである。

符号の説明

１…現像剤寿命判別装置
１０…画像形成装置
１２…ユーザインタフェース
１４…スキャナ
１６…画像処理ユニット
１８…画像再生ユニット
２０…給紙ユニット
３０…現像装置
５０…トナーカートリッジ
５２…トナー
５４，５６…スクリュ
５８…現像ローラ
６０…規制ブレード
６２…現像剤
６４…トナー濃度センサ
６６…メモリ
６８…制御ユニット
７０…環境センサ

Claims (14)

1. トナーカートリッジにより供給されるトナー及びキャリアを含む現像剤を用いる現像装置の現像剤寿命判別装置において、
   前記現像剤のトナー濃度を検知する濃度検知部と、
   前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記濃度検知部による検知結果から前記現像剤の劣化状態を識別し、前記劣化状態を閾値と比較して前記現像剤が寿命であることを判別する制御部とを具備することを特徴とする現像剤寿命判別装置。
2. 前記制御部が、前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給してから、前記濃度検知部による検知結果が所定のトナー濃度レベルに達するまでの濃度復帰時間に基づいて、前記現像剤の劣化状態を識別することを特徴とする請求項１に記載の現像剤寿命判別装置。
3. 前記所定の濃度レベルが、前記現像装置の基準濃度レベルに達する前の早期設定値であることを特徴とする請求項２記載の現像剤寿命判別装置。
4. 前記制御部が、前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給してから所定の時間が経過した時の、前記濃度検知部による検知結果から、前記現像剤の劣化状態を識別することを特徴とする請求項１記載の現像剤寿命判別装置。
5. トナーカートリッジにより供給されるトナー及びキャリアを含む現像剤を用いる現像装置の現像剤寿命判別装置において、
   前記現像剤のトナー濃度を検知する濃度検知部と、
   順次交換される前記トナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記濃度検知部による検知結果から前記現像剤の寿命を予測する制御部とを具備することを特徴とする現像剤寿命判別装置。
6. 前記制御部は、任意の第１のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記濃度検知部による第１の検知結果と任意の第２のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記濃度検知部による第２の検知結果の劣化状態の差から前記現像剤が寿命に達する閾値を予測することを特徴とする請求項５記載の現像剤寿命判別装置。
7. 前記制御部は、最初のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給した後の前記濃度検知部による最初の検知結果に、特定の係数を乗算して前記現像剤が寿命であると判別するための閾値を予測することを特徴とする請求項５記載の現像剤寿命判別装置。
8. トナーカートリッジにより供給されるトナー及びキャリアを含む現像剤を用いる現像装置の現像剤寿命判別方法において、
   前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記現像剤のトナー濃度レベルを検知する工程と、
   前記検知された前記現像剤のトナー濃度レベルから前記現像剤の劣化状態を識別する工程と、
   前記現像剤の劣化状態を閾値と比較して前記現像剤が寿命であることを判別する工程とを具備することを特徴とする現像剤寿命判別方法。
9. 前記現像剤の劣化状態を識別する工程が、前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給してから、前記現像剤が所定の濃度レベルに達するまでの濃度復帰時間に基づいて成されることを特徴とする請求項８に記載の現像剤寿命判別方法。
10. 前記所定の濃度レベルが、前記現像装置の基準濃度レベルに達する前の早期設定値であることを特徴とする請求項９記載の現像剤寿命判別方法。
11. 前記現像剤の劣化状態を識別する工程が、前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給してから所定の時間が経過した時の前記現像剤の濃度レベルに基づいて成されることを特徴とする請求項８記載の現像剤寿命判別方法。
12. トナーカートリッジにより供給されるトナー及びキャリアを含む現像剤を用いる現像装置の現像剤寿命判別方法において、
    前記トナーカートリッジ交換後に新たな前記トナーを補給したときの前記現像剤のトナー濃度レベルを検知する工程と、
    順次交換される前記トナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときに前記検知された前記現像剤のトナー濃度レベルから前記現像剤の劣化状態を識別する工程と、
    前記識別される現像剤の劣化状態から前記現像剤が閾値に達する、前記現像剤の寿命を予測する工程とを具備することを特徴とする現像剤寿命判別方法。
13. 前記現像剤の寿命を予測する工程が、任意の第１のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときの第１のトナー濃度レベルと、任意の第２のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給したときの第２のトナー濃度レベルの差から前記現像剤が寿命に達する閾値を予測することを特徴とする請求項１２記載の現像剤寿命判別方法。
14. 前記現像剤の寿命を予測する工程が、最初のトナーカートリッジの交換後に新たな前記トナーを補給した後の最初のトナー濃度レベルに、特定の係数を乗算して前記現像剤が寿命に達する閾値を予測することを特徴とする請求項１２記載の現像剤寿命判別方法。

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