JP2006308953A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソフト的なトナー残量判断処理を行う際に生じる、経時での残量検知誤差を少なくして異常画像の発生を未然に防止することができる現像装置の提供。
【解決手段】静電潜像を現像するためのトナーの消費量を算出し、トナーエンド判別処理を行う制御部を備え、前記制御部は、書込まれる画素数を計数する画素カウンタを入力側に接続され、出力側にはトナーエンド警報部が接続され、画素カウンタからの画素数に基づき画像部を対象としたトナーの消費量と共に、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費をトナーの経時劣化に基づいて変化する補正係数を用いて潜像担持体での画像部および地肌部で消費されるトナーの量を算出してトナー残量判別を行い、その結果に応じて前記トナーエンド警報部を動作させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、現像剤残量検知制御に関する。

複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体に形成されている静電潜像を可視像化するための現像行程が設定されている。
現像行程では、キャリアおよびこれに付着しているトナーで構成される二成分系現像剤あるいはキャリアを持たずにトナーのみで構成される一成分系現像剤が用いられる。

現像工程において供給される現像剤は、トナーを潜像担持体表面に接触させて静電潜像との間の静電気力によりトナーを吸着させる接触方式やトナーを現像バイアスにより形成される電界作用によって飛翔させて静電潜像に吸着させる非接触方式などにより静電潜像を可視像化する。

現像によりトナーが消費されると二成分系現像剤であれば現像剤中に含まれるトナーの含有量が低下して所定の現像剤濃度を維持できなくなることが原因する、画像濃度変化による異常画像を発生することがある。
そこで、トナーの消費量を検知して残量不足に陥る前に報知する必要がある。

従来では、現像剤濃度に影響するトナーの残量を検知してトナーの補充交換を促すための報知を行う場合がある（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１には、現像剤収容部に対して所定デューティ被のバースト波により発光部の点滅動作を行わせることで得られた受光素子からの信号をトナー有無無判別に用いるようにして、外部光によるノイズを除去して正確なトナー残量を検知する構成が開示されており、特許文献２には、画像の書き込む際に用いられる画素数に基づき実際のトナーの使用状況に応じたトナーの消費量を得るようにしてトナー残量の適正化を、光学素子などの機械的な部材を用いることなくソフト的に実現する構成が開示されている。

特許第３４８４２１３号（段落「００３０」欄） 特開２００３−２７０８７８号公報（段落「００１０」欄）

トナー残量検知は、実際の消費量に応じて適正化されることが重要であり、例えば、早めにトナーエンド警告を出すような場合にはトナーが未だ消費に耐え得る状態で残っているにも拘わらずトナーカートリッジの交換を行うことでトナーの管理コストが高くなってしまい、またこれとは逆にトナーエンドが遅れてしまうと所望の画像濃度が得られなくなり異常画像が発生してしまうことになる。

上記特許文献２には、このような不具合を解消するために実際の画像に必要なトナーの消費量を換算できることからトナーエンド警告に関する誤差が小さくなるものの、この特許文献２を含めて各特許文献に開示されている構成では、トナー消費量を換算できたとしても、実際の現像に用いられるトナーは感光体に対する付着状態を経時あるいは環境変化によって変化させる傾向にある点に着目はしていない。つまり、経時や環境変動の要因により感光体の地肌部に対するトナーの付着状態、いわゆる、カブリと称される現象の発生度合いが変化し、この現象により消費されるトナー量をソフト的な換算で得ることはできず、これによって、トナーを使い切るまでの長時間の間にはトナー残量に誤差が生じることになる。

本発明の目的は、上記従来のトナー残量検知における問題、特に、ソフト的な処理により残量を検知する方法を用いた場合の問題に鑑み、経時での残量検知誤差を少なくして異常画像の発生を未然に防止することができる構成を備えた現像装置および画像形成装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、潜像担持体に対して入力画像のデータに基づく書込処理により静電潜像を形成し、該静電潜像を現像する構成を備えた現像装置において、前記静電潜像を現像するために用いられるトナーの消費量を算出し、トナーエンド判別処理を行う制御部を備え、前記制御部は、書込まれる画素数を計数する画素カウンタを入力側に接続され、出力側にはトナーエンド警報部が接続され、画素カウンタからの画素数に基づき画像部を対象としたトナーの消費量を算出すると共に、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費をトナーの経時劣化に基づいて変化する補正係数を用いて算出することで潜像担持体での画像部および地肌部で消費されるトナーの量を算出してトナー残量判別を行い、その結果に応じて前記トナーエンド警報部を動作させることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、前記制御部は、トナーの経時劣化を画素数の進み具合で判断することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、前記制御部は、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費を算出する際に用いられる補正係数は、少なくとも現像部周辺部での温度の変化に基づいて設定されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１または３記載の現像装置において、前記制御部は、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費を算出する際に用いられる補正係数は、少なくとも現像部周辺部での湿度の変化に基づいて設定されていることを特徴とする現像装置。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。

請求項１および５記載の発明によれば、潜像担持体上の画像部でのトナー消費量に加えて地肌部に付着するトナーの消費量を纏めて得ることによりトナーの残量を検出する際に、経時あるいは環境変化による地肌部での付着量変化を補正することができるので、経時あるいは環境変化に関係なく正確なトナーエンド判別が可能となり、異常画像の発生やトナーの管理コスト上昇を防止することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、トナー緒経時劣化を、実際に書込画像に応じた消費量と対応させて判断することができるので、トナーの経時劣化を実際に即した正確なものとすることが可能となる。

請求項３および４記載の発明によれば、トナーの経時劣化の債のトナー消費量に影響する地肌部でのトナー付着量の変化を温度や湿度によって補正することができるので、環境変化に関係なく地肌部でのトナー消費を正確に割り出すことが可能となる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明実施例による転写装置が用いられる画像形成装置の模式図であり、同図に示す画像形成装置は、複数色の画像形成が可能なカラープリンタ（以下、画像形成装置としてカラープリンタと称する）である。
図１においてカラープリンタ１は、内部に潜像担持体としてのベルト状の感光体２を備えており、感光体２は、複数のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに掛け回されて図示矢印方向に移動することができる。

感光体２の周辺には、感光体２の移動過程において画像形成処理を実行するための帯電装置３、書込装置４、現像装置５、中間転写ユニットを構成する１次転写装置６、クリーニング装置７がそれぞれ配置されている。

書込装置４は、画像情報に応じてレーザ光を出射可能な光源である半導体レーザ４Ａ、回転多面鏡４Ｂ、光路形成用の反射鏡４Ｃを備えている。書込装置４では、画像情報に応じた走査光を感光体２に対して主走査方向および副走査方向にそれぞれ出射して感光体２上に画像に対応した静電潜像が形成される。

現像装置５は、色分解色と補色関係にある色のトナーを感光体２に供給して静電潜像を可視像処理する。このため、現像装置５には、色分解色と補色関係にある色のトナーである、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および階調性を整えるためと白黒画像の際に用いられるブラック（Ｂ）のトナーを収容した現像ユニット（便宜上、図１において各ユニットの符号を５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂで示す部材に相当）が装備されている。

各現像ユニットは、それぞれ同様な構成を備えており、いま、図１において、イエロートナーを収容しているユニットを対象として説明すると、感光体２に対してトナーを供給する現像スリーブ５Ｙ１と、現像スリーブ５Ｙ１に向けて帯電攪拌したトナーを供給する供給パドル５Ｙ２およびトナー補給を行うトナーカートリッジ５Ｙ３とを主要部として備えている。

各色のトナーを収容している現像ユニットは、感光体２に対して接離する方向（図１中、矢印Ｒで示す方向）に往復動可能であり、色分解された色と補色関係にある色に対応した静電潜像を可視像処理する際に感光体２に接近することにより、現像スリーブ５Ｙ１を介して感光体２上の静電潜像に対してトナーを供給することができる。

中間転写ユニットを構成する１次転写装置６は、複数のローラに掛け回されて感光体２と対向する位置で同方向に移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト６Ａおよび２次転写装置に相当する２次転写ローラ６Ｂを備えている。
１次転写装置６では、感光体２に形成された画像のうちで単一色の場合、感光体２から転写された画像をそのまま２次転写ローラ６Ｂを介して給紙装置８から給送されたシートに２次転写し、多色画像の場合には各色毎に形成された感光体２上の画像を中間転写ベルト６Ａに重畳転写したうえで２次転写装置６Ｂによりシートに対して一括転写するようになっている。

１次転写装置６には、感光体２に対峙する中間転写ベルト６Ａの内側に転写チャージャ６Ａ１０が配置され、感光体２の内側にはこれが掛け回されているローラの一つを用いて１次転写対向ローラ２Ｃが配置されている。なお、図１において、符号６Ｃは、１次転写装置６における中間転写ベルト６Ａに対向して接離可能なベルトクリーニング装置を示している。
１次転写装置６に装備されている中間転写ベルト６Ａの内面には位置合わせ用の検知マークＭＰが形成されており、検知マークＭＰは、中間転写ベルト６Ａの内方に配置されている検知手段ＭＳによって検知されるようになっている。検知マークＭＰの検知は、感光体への書き込みタイミングを設定するために設けられており、検知手段ＭＳによる検知タイミングに基づいて各感光体同士での書き込み開始タイミングがそれぞれ設定されることにより各感光体同士での１次転写位置での画像先端位置を整合させることができる。

中間転写ベルト６Ａと２次転写装置を構成する２次転写ローラ６Ｂとが対向する２次転写位置には、給紙装置８からシートが給送される。
給紙装置８は、記録紙などのシートを収容可能な給紙カセット８Ａと、シート分離機能を備えた繰り出しローラ８Ｂと、搬送ローラ８Ｃとレジストローラ８Ｄとを備えている。本実施例では、給紙カセット８Ａ内のシートとは別のシート、例えばサイズや材質の違うシートを２次転写位置に向けて給送することもできる。
２次転写位置において中間転写ベルト６Ａから画像転写を受けたシートは、定着ローラ９Ａ及び加圧ローラ９Ｂを組み合わせた熱定着ローラ方式の定着ユニット９により未定着画像を定着されて排紙トレイ１０に向け給送される。

図２は、図１に示したカラープリンタの制御部の構成を説明するためのブロック図であり、同図において制御部１００は、画像形成に係る動作全体を統括してそのシーケンスプログラムを実行する部分である。
図２において制御部１００は、図示しないＲＯＭ，ＲＡＭを有するマイクロコンピュータで主要部が構成されているメイン制御部（便宜上、図２においてメイン制御部を符号１００で示す）を備えており、メイン制御部１００には、図示しないＩ／Ｏインターフェースを介して１次転写装置を構成する中間転写ユニット（便宜上、図１に用いた符号６で示す），２次転写ローラ６Ｂ、定着ユニット９，給紙装置８で構成される給紙ユニット（便宜上、図１で用いた符号８で示す）、装置本体筐体に設けられている操作表示部１０１、書込装置４を構成する光書込ユニット（便宜上、図１で用いた符号４で示す）、現像装置５に装備されている現像ユニット（便宜上、図１で用いた符号５で示す）、感光体ユニットが接続されている。

メイン制御部１００の入力側には、パソコンやスキャナなどからの画像データが入力され、一時的に画像メモリ部１０２に格納された後、シーケンスプログラムに応じて書込ユニット４に出力される。さらに、メイン制御部１００の入力側には、入力された画像データに基づき算出された書込画素データが入力されるようになっている。この書込画素データは、後で詳しく説明するが、トナーの残量判別の際に用いる画像部でのトナー消費量データとして用いられ、メイン制御部１００では、この書込画素データに基づくトナー消費量に加えて感光体の地肌部に付着するトナーの消費量も算出してトナー残量データを出力するようになっている。

メイン制御部１００の出力側には、トナー残量データに基づきトナーエンド警告を行うための部材として操作表示部１０１が接続されている。

光書込ユニットでは、メイン制御部１００から出力された色分解画像データが書込制御回路に送られると該データに基づいてポリゴンミラー（図１において符号４Ｂで示す部材）を回転させながら光源として用いられる半導体レーザを駆動するようになっている。
半導体レーザから照射されたレーザ光ＬＤは、ポリゴンミラー４Ｂにより主走査方向に走査され、複数の反射ミラー（図１において符号４Ｃで示す部材）を経由して感光体ユニットに配置されている感光体２を光走査する。また、書込制御回路は、各色の色分解画像データに基づいてそれぞれ書込画素数を計算し、結果をメイン制御部に送信するようになっている。
感光体２に対する書込制御により形成された静電潜像は現像装置により可視像処理されることになる。

各色の現像ユニットでは、可視像処理のために消費されることでトナーの量が減少する。このため、メイン制御部１００では、トナーの残量判別を行うことでトナ残量が僅かになってきていることを判定するトナーニアエンド判定処理やトナー残量が不足していることを判定するトナーエンド処理を行い、この判定結果に応じてユーザに報知するようになっている。

メイン制御部１００では、画像部でのトナー消費量の算出に加えて地肌部でのトナー消費量を算出してその結果に応じて判定結果を出すようにしているが、判定に用いられる条件として、画像部での書込画素数が用いられる。

本実施例では、書込画素数の算出方法として、メモリー容量負荷を低減するために、画素数を１平方センチメートル（１ｃｍ^２）単位に換算して計数することでメモリ演算している。これは、本実施例が対象とするカラープリンタの書込解像度が６００ｄｏｔ／ｉｎｃであるため、１平方センチメートル（１ｃｍ^２）あたりの画素総数が５５８００画素となり、この画素数をトナーエンドまで累積計数した場合に桁数が１１桁以上となり膨大なメモリ容量が必要となるのを避けるためである。

従って、画素数を１平方センチメートル（１ｃｍ^２）単位に換算して計数した場合には、Ａ４サイズの全ベタ画像を対象とすると画素数が６３２ｃｍ^２となる。

このような画素の算出方法を前提として、プリント時の画素数加算方法は、画像データ、いわゆる画像データから換算画素カウント数Ａを求め、各現像ユニットでの累積換算画素カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝に対して上記換算画素カウント数Ａを加算する。

本実施例では、トナーの消費量に関して画像部だけでなく地肌部で大人ー消費量を算出するようになっているが、地肌部でのトナー付着状態が経時あるいは環境変化により異なることに着目している。

つまり、現像ユニットでの累積換算画素数カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝として、換算画素カウント数Ａと、各色の経時地肌汚れ量補正値Ｋ１（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）と、環境変化による温湿度地肌汚れ補正係数Ｋ２とを次式のように加算する。

Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）＝Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）＋Ａ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）＋Ｋ１（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）＋Ｋ２（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）
補正値Ｋ１，Ｋ２は、次式により換算することができ、各現像ユニットでのトナー消費量で印刷できる画素カウント数に相当する値をＮｇｍａｘ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）とした場合、
Ｋ１＝Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）／Ｎｇｍａｘ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）
により演算され、Ｋ２は、温湿度の変化による地肌部でのトナー付着量の変化に基づく補正係数を示しており、温湿度は、カラープリンタ１内の所定位置、本実施例では、少なくともトナー残量に関係する位置である現像装置の周辺部に配置されている温度計、湿度計（図示されず）からのデータをメイン制御部１００において読み取ることによりその読み取り値を基準として補正計数Ｋ２が表１から選択されて求められる。

Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）が、各現像ユニットのトナー量で印刷できる画素カウント数に相当する値｛Ｎｇｍａｘ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝に達した時点でメイン制御部１００からは操作表示部１０２に対してトナーエンド信号を出力し、報知する。

本実施例は以上のような構成であるから、メイン制御部１００の作用を図３に示すフローチャートにより説明すると次の通りである。
図３は、シーケンスプログラムのうちで、トナー残量判別のために実行される画素数加算処理に関するサブルーチンを示しており、同図において、プリント命令が入力されると（ＳＴ１）、画素数カウントＡ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）が作像開始と同時に検知される（ＳＴ２）。
ステップＳＴ２では、画像データに基づいて画像部の現像に必要とされるトナーの消費量が換算画素数カウント数Ａとして算出される。

算出された換算が素数カウント数Ａを基に累積換算画素数カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝が、各色の経時地肌汚れ量補正係数Ｋ１，温湿度地肌汚れ量補正係数Ｋ２を参考にして必要に応じて補正されながら算出される（ＳＴ３）。

算出された各色の現像ユニット毎での累積画素数カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝は、各現像ユニットのトナー量で印刷できる画素カウント数に相当する値｛Ｎｇｍａｘ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝と比較される（ＳＴ４）。

ステップＳＴ４において、現像ユニットのトナー量で印刷できる画素数と比較される累積画素数カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝は、単なる演算値ではなく、トナーの経時あるいは環境変動による感光体２の地肌部への付着量の変化を考慮した値であるので、実際の経時あるいは環境変動に拘わらず、使用されている環境下でのトナーの実消費量を算出していることになる。これにより、累積画素数カウント数｛Ｎｇａｓｏ（Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｂｋ）｝を換算画素カウント数Ａのみを用いた場合と違って、実際にトナーが使用される条件に応じた消費量を換算することができ、現像ユニットのトナー残量を正確に判別することが可能となる。

一方、ステップＳＴ４においてトナーエンドの状態であることを判断した場合には、メイン制御部１００から操作表示部１０２に対してトナー残量データが出力され、この出力値がトナーエンド信号である場合にはトナーが無くなり異常画像が発生しやすくなることを報知する（ＳＴ５）。この報知に関しては、操作表示部１０１に対してトナーエンドデータが出力されるのに応じて警報あるいは表示してユーザにトナー残量がどのような状況にあるかを知らせることができる。

また、トナーエンド状態でないと判断した場合には累積画素数カウント数の算出を継続される処理に移行する。

本発明の実施例に係る現像装置が適用されるカラープリンタの構成を説明するための模式図である。 図１に示したカラープリンタに用いられる制御部の構成を説明するためのブロック図である。 図２に示した制御部の作用を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ カラープリンタ
２ 感光体
３ 帯電装置
４ 書込装置
５ 現像装置
６ 中間転写用１次転写装置
６Ｂ ２次転写ローラ
１００ メイン制御部
１０１ 書込制御回路
１０２ 操作表示部

Claims (5)

1. 潜像担持体に対して入力画像のデータに基づく書込処理により静電潜像を形成し、該静電潜像を現像する構成を備えた現像装置において、
   前記静電潜像を現像するために用いられるトナーの消費量を算出し、トナーエンド判別処理を行う制御部を備え、
   前記制御部は、書込まれる画素数を計数する画素カウンタを入力側に接続され、出力側にはトナーエンド警報部が接続され、画素カウンタからの画素数に基づき画像部を対象としたトナーの消費量を算出すると共に、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費をトナーの経時劣化に基づいて変化する補正係数を用いて算出することで潜像担持体での画像部および地肌部で消費されるトナーの量を算出してトナー残量判別を行い、その結果に応じて前記トナーエンド警報部を動作させることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記制御部は、トナーの経時劣化を画素数の進み具合で判断することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、
   前記制御部は、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費を算出する際に用いられる補正係数は、少なくとも現像部周辺部での温度の変化に基づいて設定されていることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１または３記載の現像装置において、
   前記制御部は、前記潜像担持体の地肌部での地汚れトナーの消費を算出する際に用いられる補正係数は、少なくとも現像部周辺部での湿度の変化に基づいて設定されていることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４のうちの一つに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
   

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