JP2008026844A - トナー消費予測量算出方法、トナー消費予測量算出装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潜像担持体に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量の算出を精度よく行うことによって、トナー消費量をより正確に把握することが出来るトナー消費予測量算出装置、並びに、これを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像領域で、感光体ドラム上に付着することによって消費されるトナーの予測量を算出するトナー消費予測量算出装置３０は、潜像部トナー消費予測量算出部３２で潜像部に付着することで消費されるトナーの予測量を算出し、非潜像部トナー消費予測量算出部３３で非潜像部に付着することで消費されるトナーの予測量を算出して、総トナー消費予測量算出部３１で潜像部トナー消費予測量算出部３２と非潜像部トナー消費予測量算出部３３との算出結果を合算して総トナー消費予測量を算出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置の潜像担持体に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出装置、トナー消費予測量算出方法、およびこのトナー消費予測量算出装置を有する画像形成装置に関するものである。

トナーを使用して画像を形成する画像形成装置では、トナー補給等のメンテナンスの都合上、ユーザーに対してトナーの消費量、或いは残量を報知できることが望まれている。トナーの消費量を報知するものとしては、トナー量検知センサを用いてトナー収容器内のトナー残量を検知し、その検知結果を報知するものと、画像情報を基にトナーの消費量を算出して報知するものとがある。画像情報を基にトナーの消費量を算出するものは、現像手段である現像装置のトナーが潜像担持体である感光体上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出する。感光体に付着することで消費されるトナーとしては、潜像をトナー像化するために消費されるトナーとは別に、感光体上の潜像部以外の非潜像部にトナーが付着する「かぶり」と呼ばれる現象で消費されるトナーがある。したがって、消費するトナーの予測量をより実際のトナーの消費量に近づけるためには、トナー像として消費されるトナー量のみならず、カブリによって消費されるトナー量も考慮する必要がある。
特許文献１では、潜像に付着してトナー像となるトナーの他に単位時間あたりに感光体に付着して消費されるトナーの予測量の情報を予め記憶し、これに現像装置の駆動時間を対応させてオフセット値として算出する。そして、このトナー消費量算出装置では、オフセット値とトナー像として消費されるトナー量とを加算して、感光体に付着することによって消費されるトナーの全体の予測量を算出している。

特開２００４−２９４７６１号公報

カブリは非潜像部にトナーが付着する現象であるので、高印字率の画像パターンを印刷したときと低印字率の画像パターンを印刷したときとのように非潜像部の面積が異なれば、カブリによるトナーの消費量も異なる。
しかし、特許文献１のトナー消費予測量算出装置では、現像装置が駆動していれば潜像に付着する以外で消費されるトナーの単位時間当りの消費量が一定と仮定して、感光体に付着することによって消費されるトナーの全体の予測量を算出している。そのため、印字率の変動によるかぶりの変動は考慮されていない。よって、印字率によっては、潜像に付着する以外で消費されるトナーの予測量とカブリによって実際に消費されるトナーの量との誤差が大きくなる。その結果、感光体に付着することによって消費されるトナーの全体の予測量の算出を精度よく行うことが出来ないという問題があった。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、潜像担持体に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量の算出を精度よく行うことによって、トナー消費量をより正確に把握することが出来るトナー消費予測量算出方法、トナー消費予測量算出装置、これを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と現像手段とが対向する現像領域で、該潜像担持体上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出装置において、該潜像担持体上の潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量である潜像部トナー消費予測量を算出する潜像部トナー消費予測量算出手段と、該潜像担持体上の潜像部以外の非潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を算出する非潜像部トナー消費予測量算出手段とを有し、該潜像部トナー消費予測量算出手段と該非潜像部トナー消費予測量算出手段との算出結果を合算ししたものを該トナー消費予測量として算出することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のトナー消費予測量算出装置において、上記非潜像部トナー消費予測量算出手段は、上記非潜像部の面積に応じて上記非潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２のトナー消費予測量算出装置において、上記潜像担持体上の上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を記憶する記憶手段と、該非潜像部の面積を算出する非潜像面積算出手段とを有し、上記非潜像部トナー消費予測量算出手段は、該記憶手段が記憶する情報と該非潜像面積算出手段の算出結果とに基づいて上記非潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３のトナー消費予測量算出装置において、上記現像領域を通過した上記潜像担持体表面の面積を算出する現像面積算出手段と、上記潜像部の面積を算出する潜像面積算出手段とを有し、上記非潜像面積算出手段は該現像面積算出手段と該潜像面積算出手段の算出結果に基づいて上記非潜像部の面積を算出することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４のトナー消費予測量算出装置において、上記潜像担持体の表面移動距離を測定する像担持体移動距離算出手段を有し、上記現像面積算出手段は、該像担持体移動距離算出手段の算出結果に基づいて上記現像領域を通過した上記潜像担持体表面の面積を算出することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３、４または５のトナー消費予測量算出装置において、上記潜像担持体の帯電電位、上記現像領域での電位、または現像開始電圧の少なくとも一つの情報に基づいて、上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を補正することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６のトナー消費予測量算出装置において、上記非潜像部トナー消費予測量算出手段の算出結果を使用環境に対応して補正することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７のトナー消費予測量算出装置において、現像剤、現像器、潜像担持体、または帯電手段のうち、少なくとも一つの劣化度合いを判定する劣化判定手段を有し、上記非潜像部トナー消費予測量算出手段の算出結果を該劣化判定手段の判定結果に基づいて補正することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項３、４、５または６のトナー消費予測量算出装置において、上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を使用環境に対応して補正することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項３、４、５、６または９のトナー消費予測量算出装置において、現像剤、現像器、潜像担持体、または帯電手段のうち、少なくとも一つの劣化度合いを判定する劣化判定手段を有し、上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を該劣化判定手段の判定結果に基づいて補正することを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項８または９のトナー消費予測量算出装置において、上記劣化判定手段は、上記現像手段である現像装置の駆動時間に基づいて判定することを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項８または９のトナー消費予測量算出装置において、上記劣化判定手段は、上記潜像担持体の表面移動距離に基づいて判定することを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のトナー消費予測量算出装置において、上記潜像部トナー消費予測量算出手段は、上記潜像担持体に潜像を形成するときに用いられる画像情報に基づいて、上記潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、静電潜像が形成される潜像担持体と、該潜像担持体上の該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、該潜像担持体上に形成されたトナー像を記録体に転写する転写手段と、トナー像が転写された記録体上にトナー像を定着させる定着手段と、該静電潜像上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出手段とを有する画像形成装置において、該トナー消費予測量算出手段として請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３のトナー消費予測量算出装置を有することを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、請求項１４の画像形成装置において、少なくとも上記潜像担持体を備え、他の部材と一体的に構成したプロセスカートリッジを装置本体から着脱可能としたことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、潜像担持体と現像手段とが対向する現像領域で、該潜像担持体上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出方法において、該潜像担持体上の潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナーの潜像部トナー消費予測量と、該潜像担持体上の潜像部以外の非潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナーの非潜像部トナー消費予測量とをそれぞれ算出し、該潜像部トナー消費予測量と該非潜像部トナー消費予測量とを合算したものを該トナー消費予測量として算出することを特徴とするものである。

上記請求項１乃至１５のトナー消費予測量算出装置においては、非画像部に付着することによって消費されるトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を算出している。この非潜像部トナー消費予測量を的確に算出することによって、非潜像部トナー消費予測量算出手段は非潜像部にトナーが付着する現象であるカブリによる実際のトナーの消費量に近い値の算出結果を得ることができる。
また、請求項１６のトナー消費予測量算出方法においては、非潜像部トナー消費予測量として、非潜像部に付着することによって消費されるトナーの量を算出する。この非潜像部トナー消費予測量を的確に算出することによって、非潜像部にトナーが付着する現象であるカブリによるトナーの消費量に近い値の非潜像部トナー消費予測量を得ることができる。

請求項１乃至１６発明によれば、カブリによる実際のトナーの消費量に近い値の算出結果を得ることができるので、カブリの影響を受ける潜像担持体に付着することによって消費されるトナーの総消費量に近い値のトナー消費予測量を算出することができる。これにより、潜像担持体に付着することによって消費されるトナーの予測量の算出を精度よく行うことができ、トナー消費量をより正確に把握することができるという優れた効果がある。

以下、本発明を、画像形成装置であるプリンタ１００に適用した実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタ１００全体の構成及び動作について説明する。
このプリンタ１００は、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を斜めに並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段であるトナー像形成部２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋが、図中左上から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々トナー像形成部２０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋのまわりに、帯電手段である帯電ローラ１７Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを備えた帯電装置、現像手段である現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、感光体クリーニング装置１８Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ等を備えている。

また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９を設ける。この光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム２１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。

また、斜めに配置されたタンデム画像形成部に沿うように、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１を設けている。この中間転写ベルト１は、支持ローラである１ａ、１ｂ、１ｃに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な従動ローラ１ｂ、１ｃが回転する。中間転写ベルト１の内側には、感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための一次転写ローラ１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを備える一次転写装置を設ける。

また、一次転写ローラ１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に二次転写ローラ５を備える二次転写装置を設ける。この二次転写ローラ５と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、支持ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等を備えている。さらに、二次転写ローラ５に対して、二次転写ローラ５によってトナー像を転写される記録媒体である転写紙Ｐの進行方向の下流部には、転写紙Ｐ上の画像を定着する定着装置４、排紙ローラ３を備えている。

つぎに、プリンタ１００の動作を説明する。個々の画像形成手段でその感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを回転し、感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの回転とともに、まず帯電ローラ１７Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂ上に静電潜像を形成する。
その後、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋによってトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体ド２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にそれぞれ、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して従動ローラである他の支持ローラ１ｂおよび１ｃを従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体ドラム２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面はクリーニング手段である感光体クリーニング装置１８Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。

また、画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８からは転写紙Ｐ先端が給紙コロ７によって繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ５と中間転写ベルト１の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と二次転写ローラ５とは転写紙Ｐを挟んでいわゆる二次転写ニップを形成し、二次転写ニップにて中間転写ベルト１上のトナー像を転写紙Ｐ上に二次転写する。

画像転写後の転写紙Ｐは定着装置４へと送り込まれ、定着装置４で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。

なお、上述の各色のトナー像形成部２０Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが、一体的に形成され、本体に脱着可能な着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。そして、これらの一体的なプロセスカートリッジは、プリンタ１００本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ本体の手前側に引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ１００本体の奥側に押し込むことによって、トナー像形成部を所定の位置に装填することができる。

ここで、各トナー像形成部２０Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成部のプロセスカートリッジの説明を詳細におこなう。
図２に、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジの概略構成を拡大して示す。
図２に示した現像装置１０において、現像剤収容部であるトナー収容室１０１内に設けられた現像剤搬送部材としてのトナー搬送部材１０２は反時計回りの方向で回転する。これにより、収容された現像剤であるトナー３００をトナー供給室１０３の方向に送り出す。トナー収容室１０１とトナー供給室１０３との仕切り壁１０４には開口部１０５が設けられており、トナー搬送部材１０２の動作によって開口部１０５からトナー供給室１０３へとトナー３００を移動させる。

トナー供給室１０３内に設けられた供給ローラ１０６は、現像剤担持体としての現像ローラ１０７に当接して配置される。
供給ローラ１０６には、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の供給バイアスが印加される。この供給バイアスは、現像ローラ１０７との当接部で予備帯電されたトナーを現像ローラ１０７に押し付ける方向に作用する。供給ローラ１０６は反時計回りの方向に回転し、表面に付着させたトナーを現像ローラ１０７の表面に塗布供給する。
また、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１１０は、現像ローラ１０７上のトナー層を一定量の薄層とするものである。

トナー層規制部材１１０は供給ローラ１０６と現像ローラ１０７の当接位置よりも現像ローラ１０７の表面移動方向下流側の位置に設けられる。トナー層規制部材１１０は、その規制位置を通過したトナーを薄層化するとともに摩擦帯電によって電荷を付与する。
さらにトナー層規制部材１１０には摩擦帯電を補助するために、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同方向にオフセットさせた値の規制バイアスが印加してもよい。

感光体ドラム２１は時計回りの方向に回転しており、現像ローラ１０７表面は感光体ドラム２１との対向位置となる現像領域である現像ニップＮにおいて感光体ドラム２１の進行方向と同方向に表面移動する。
現像ローラ１０７の表面上でトナー層規制部材１１０によって薄層化されたトナーは、現像ローラ１０７の回転によって感光体ドラム２１と対向する現像ニップＮへ搬送される。現像ローラ１０７に印加された現像バイアスと感光体ドラム２１上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム２１表面に移動し現像され、トナー像を形成する。
現像ニップＮでトナーの供給を受けた感光体ドラム２１表面は、一次転写ローラ１１との対向部で中間転写ベルト１にトナー像を転写する。転写後の感光体ドラム２１表面に残った転写残トナーはクリーニングブレード１８１によって感光体ドラム２１表面から除去される。クリーニングブレード１８１によって除去された転写残トナーは、廃トナー回収部１８２によって回収される。

図３は、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジの外観斜視図である。
トナー像形成部２０のプロセスカートリッジは、図２に示した感光体ドラム２１とトナー収容室１０１を備える現像装置１０とを一体にしたものである。さらに、帯電ローラ１７、クリーニングブレード１８１及び廃トナー回収部１８２を備える感光体クリーニング装置１８も一体的に支持している。
また、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジはメモリタグ２２が実装されている。メモリタグ２２には不揮発性メモリが搭載されており、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジの制御に必要な情報、カートリッジＩＤ，製造年月日、使用開始年月日、リサイクル回数、コピー枚数、現在の年月日等が記憶されている。
メモリタグ２２の変わりに、IＣチップを搭載したプリント基板又は非接触型ＩＣチップを搭載したプリント基板を実装しても良い。

次に、本実施形態の特徴部について説明する。
図４は、本実施形態の各トナー像形成部２０の現像ニップＮで感光体ドラム２１に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出する、トナー消費予測量算出装置３０の概略を示すブロック図である。
図４に示すように、トナー消費予測量算出装置３０は、総トナー消費予測量算出部３１と、潜像部トナー消費予測量算出手段としての潜像部トナー消費予測量算出部３２を備えている。また、非潜像部トナー消費予測量算出手段としての非潜像部トナー消費予測量算出部３３を備えている。トナー消費予測量算出装置３０は、潜像にトナーが付着することによって消費されるトナーの予測量を潜像部トナー消費予測量算出部３２で算出する。また、非潜像部にトナーが付着するカブリによって消費されるトナーの予測量を非潜像部トナー消費予測量算出部３３で算出する。そして、潜像部トナー消費予測量算出部３２の算出結果と非潜像部トナー消費予測量算出部３３の算出結果とを総トナー消費予測量算出部３１にて合算する。これにより、感光体ドラム２１に付着することによって消費されるトナーの総トナー消費予測量を算出する。
なお、プリンタ１００は、フルカラープリンタであるので、総トナー消費予測量は各トナーに対応したプロセスカートリッジ毎に算出されるものである。

総トナー消費予測量算出部３１にて算出された総トナー消費予測量の情報は、トナー消費予測量算出装置３０から各トナー像形成部２０のプロセスカートリッジが備えるメモリタグ２２に送信され、メモリタグ２２に記憶される。また、メモリタグ２２にはプロセスカートリッジを使用する前の初期状態のトナー量の情報が予め記憶されている。メモリタグ２２内の総トナー消費予測量と初期状態のトナー量の情報は必要に応じてプリンタ１００本体が備える制御部４０に送信される。そして、制御部４０にて初期状態のトナー量と総トナー消費予測量との差からトナー残量が算出され、トナー残量が所定の値を下回るときには、ニアエンプティーまたはエンプティーを表示部５０にて報知する。

次に、感光体ドラム２１上の潜像部付着することによって消費されるトナーの予測量である潜像部トナー消費予測量を、潜像部トナー消費予測量算出部３２によって算出する方法の一例を説明する。
潜像部トナー消費予測量算出部３２は、光書込ユニット９のレーザ光の操作に用いられる画像情報としての画像データに基づいて、感光体ドラム２１上の潜像部に付着するトナーの予測量を算出する。

感光体ドラム２１上の潜像と現像ニップＮの１０７表面との間の電気力線は、潜像の境界(エッジ)部分に集まりやすい。これは、文字などの細線から形成される画像と大面積（ベタ）画像とでは、印刷ドットの数が同じでも消費量が異なってくることを意味している。画像によってトナー消費量は変化するのため、単に印刷ドット数を数えたり、印刷ドットの値（パルス発光時間に比例）を積算したりするだけでは、画像パターンの疎密を判別することができない。そのため、消費するトナーの予測量を正確に算出できない。
そこで潜像部トナー消費予測量算出部３２では、印刷ドットの値の配列を参照して印刷ドット１個ずつで消費されるトナーの予測量を算出する。そして、全てのドットで消費されるトナーの予測量を積算して、１ページで消費されるトナーの予測量を求める。
詳しくは、注目ドットと近接する８個のドットの値(印字するドット＝１、非印字ドット＝０とする)に重み係数を掛け合わせたものを合算する。合算値から所定の閾値を引いた値が、０以上かつ所定の上限値以下ならば注目のドットに付着するトナーを予測量としてカウント、０未満ならば切り捨てる。上限値を超える場合には「注目ドットに付着するトナー予測値＝上限値」としてカウントする。
また、トナー消費予測量算出装置３０は、上述のトナーの予測量の計算とは別に、画像中の印字ドット数をカウントし、「Ａ=（１ドットあたりの面積）×（印字ドット数）」より、潜像部の面積Ａを算出する。

次に、感光体ドラム２１上の非潜像にトナーが付着するカブリによって消費されるトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を非潜像部トナー消費予測量算出部３３によって算出する方法の一例を説明する。
非潜像部トナー消費予測量算出部３３は、非潜像部の面積に応じて、非潜像部トナー消費予測量を算出する。トナー消費予測量算出装置３０は、非潜像部の単位面積当りに付着することにより消費されるトナーの量（以下、単位かぶり量と呼ぶ。）のデータを実験によって求めておき、そのデータを記憶手段としての記憶部に記憶している。この記憶部としてはプリンタ１００本体に設けられた制御部４０やプロセスカートリッジが備えるメモリタグ２２等が挙げられる。また、トナー消費予測量算出装置３０は、非潜像部の面積を算出する非潜像面積算出部を備えている。非潜像部トナー消費予測量算出部３３は、非潜像面積算出部によって算出される非潜像部の面積と、記憶部に予め記憶される単位かぶり量との積より、非潜像部トナー消費予測量を算出する。

トナー消費予測量算出装置３０は、現像ニップＮの現像領域を通過する感光体ドラム２１の積算面積を算出する現像面積算出部と、潜像部の面積を算出する潜像面積算出部とを備えている。そして、上述の非潜像面積算出手段は、現像面積算出手段の算出結果の値から潜像面積算出手段の算出結果の値を引くことによって非潜像面積を算出する。
潜像面積算出部は、感光体ドラム２１上に潜像を形成するときに用いられる画像情報に基づいて潜像部の面積を算出する。一方、現像面積算出部は、像担持体移動距離算出部の算出結果と現像領域幅との積によって、現像領域を通過した感光体ドラム２１の面積である現像面積を算出する。ここで、像担持体移動距離算出部は、感光体ドラム２１の表面移動距離を算出するものであり、現像領域幅は、設計時等に決定される現像領域の感光体ドラム２１の軸方向の長さである。
上述のように、非潜像部トナー消費予測量算出部３３は、感光体ドラム２１の表面移動距離と現像領域幅との積より現像面積を算出する。そして、現像面積と潜像部の面積との差より非潜像部の面積を算出し、非潜像部の面積と単位かぶり量との積より、非潜像部トナー消費予測量を算出する。

次に、感光体ドラム２１の表面移動距離の算出について説明する。
像担持体移動距離算出部は、感光体ドラム２１が停止したことを検知すると、前回感光体ドラム２１が停止した時からの感光体ドラム２１の駆動時間を算出する。感光体ドラム２１の駆動時間は、不図示の感光体モータの駆動時間より算出する。
感光体モータが駆動し始めて停止するまで、所定のタイミング毎に感光体モータの駆動時間を計測する。そして、あらかじめ記憶している感光体モータ駆動時の感光体ドラム２１の表面の線速と、感光体モータの駆動時間と掛け合わせて感光体ドラム２１の表面移動距離をカウントする。所定のタイミングとは、例えば、所定の箇所を、一枚の転写紙Ｐの先端が通過した後、その転写紙Ｐの後端が所定の箇所を通過したタイミングである。また、濃度調節などのプロセスコントロールが行われた後のタイミングや、色ズレ防止のために４色の画像の転写位置の調節が行われた後のタイミングなどであってもよい。この所定のタイミングでは、カウントした感光体ドラム２１の表面移動距離をメモリタグ２２に積算する。なお、プリンタに複数の線速モードがある場合にも、その時々で適切な線速を選択することによって、感光体ドラム２１の表面移動距離を正確にカウントできる。

図５に、感光体ドラム２１の駆動時間の情報を用いてトナー消費予測量を算出するフローチャートの一例を示す。
図５のフローチャートでは、（ａ）で感光体ドラムの回転状態を確定する処理を行う。（ｂ）で感光体モータがＯＮになってからＯＦＦになるまでの間の回転時間をカウントする処理を行う。（ｃ）で感光体モータが回転から停止になったときの感光体ドラム２１の表面移動距離をカウントする処理を行っている。

次に、非潜像部の単位面積当りのトナーの付着量である単位かぶり量の算出について説明する。
単位かぶり量は、プリンタ１００の使用環境の影響を受ける。非潜像部トナー消費予測量算出部３３では、トナー消費予測量算出装置３０の記憶部に記憶される単位かぶり量の情報を使用環境に対応して補正する。
プリンタ１００の使用環境の判定には、プリンタ１００が備える不図示の温湿度センサの出力を用いる。温湿度センサの出力によって、使用環境をＨＨ（高温多湿）、ＮＮ（常温常湿）、ＬＬ（低温低湿）に分類する。各環境に対応した単位かぶり量を算出する関数が、トナー消費予測量算出装置３０の記憶部に記憶されており、分類した使用環境に対応した単位かぶり量を算出する関数を選択する。非潜像部と現像ローラ１０７表面との電位差である地肌部電位差と使用環境とによって単位かぶり量を算出する関数は、プリンタ１００の特性に合うように、予め実験によって求めておく。
図６は、各環境における地肌部電位差ΔＶと単位かぶり量との関係の概略を示すグラフであり、表１は、図６に示す関係を表にまとめたものである。

表１中のａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３に対応する値は、プリンタ１００に合わせて予め実験によって求めておき、分類した環境（ＨＨ、ＮＮ、ＬＬ）に対応する関数ｆ（ΔＶ）を表１に示すテーブルから選択して、単位かぶり量を算出する。なお、環境は３つの区分に分けているが、プリンタ１００の特性に合わせて、環境の区分を増減しても良い。

また、単位かぶり量は、現像剤であるトナー３００、現像器である現像装置１０、潜像担持体である感光体ドラム２１、帯電手段である帯電ローラ１７等の劣化度合いの影響を受ける。本実施形態のプリンタ１００は劣化判定手段としてのプロセスカートリッジ劣化判定部を備える。そして、メモリタグ２２に記憶された感光体ドラム２１の表面移動距離の積算値より、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジの劣化度合いを判定する。
劣化度合いに対する補正係数は、プリンタ１００の特性に合うように、予め実験によって求めておく。

単位かぶり量の算出処理は次のような手順で行われる。
（１）プリンタ１００の使用環境を判定する。
（２）使用環境に対応した、地肌部電位差ΔＶと単位かぶり量との関数ｆ（ΔＶ）を選択する。
（３）現在の地肌部電位差ΔＶ１を検出し、単位かぶり量ｆ（ΔＶ１）を算出する。
（４）メモリタグ２２に保存された感光体ドラム２１の表面移動郷里の積算値より、プロセスカートリッジの劣化度合いを判定し、補正係数α１を決定する。
（５）α１×ｆ（ΔＶ１）として、単位かぶり量を補正する。

次に、感光体ドラム２１の現像領域を通過した表面全体でのかぶり量の算出について説明する。
感光体ドラム２１の現像領域を通過した表面全体の積算面積である現像面積を（現像領域幅）×（感光体ドラム２１の表面移動距離）にて算出する。そして、この現像面積から、トナー消費予測量算出装置３０が算出した潜像部の面積Ａを減算し、非潜像部の面積Ａ´を算出する。現像領域幅は、プリンタ１００本体が備える記憶部に予め記憶されている。
非潜像部に付着するかぶり量は、（単位かぶり量：α１×ｆ（ΔＶ１）×（非潜像部の面積：Ａ´）によって算出される。

上述のようにして、潜像部トナー消費予測量算出部３２では潜像に付着することによって消費されるトナーの予測量が算出される。また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３では、非潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量が算出される。潜像部トナー消費予測量算出部３２と非潜像部トナー消費予測量算出部３３との算出結果を、総トナー消費予測量算出部３１で合算して、総トナー消費予測量として、各プロセスカートリッジのメモリタグ２２に色別に積算する。
積算した総トナー消費予測量が所定の値にたっしたときに、ニアエンド或いはエンドのメッセージを表示部５０にてユーザーに報知する。

トナー像形成部２０のプロセスカートリッジは、廃トナー回収部１８２を備える感光体クリーニング装置１８も一体的にプリンタ１００に対して着脱可能となっている。そのため、現像装置１０の交換とともに、廃トナー回収部１８２で回収された廃トナーの回収も行うことができる。
このようなプロセスカートリッジでは、トナーエンドの表示をするほどトナー収容室１０１内のトナーが減少する前に、回収された廃トナーの量が廃トナー回収部１８２の容量を越えることがある。
このような場合、トータルのトナー消費量に対する感光体クリーニング装置１８の回収率を予め記憶しておき、総トナー消費予測量算出部３１の算出結果に回収率を乗じて、廃トナーの回収予測量を算出し、メモリタグ２２に積算する。そして、廃トナーの回収予測量の積算値が所定の値に達したら廃トナー回収部１８２が満杯になったことを表示部５０にてユーザーに報知し、プロセスカートリッジを交換するようにする。回収率は、定数にしても良いし、環境や劣化の度合いに応じて補正することも可能である。

上述の実施形態では、トナー消費予測量算出装置３０を一成分現像剤を用いるプリンタ１００に適用した構成について説明したが、本実施形態のトナー消費予測量算出装置３０は、二成分現像剤を用いる画像形成装置にも適用可能である。
また、実施形態では、使用環境やプロセスカートリッジの劣化度合いに対応して単位かぶり量を補正する構成について説明したが、非潜像部トナー消費予測量の値を使用環境やプロセスカートリッジの劣化度合いに対応して補正しても良い。
また、実施形態では、トナー像形成部２０のプロセスカートリッジの劣化度合いを、感光体ドラム２１の表面移動距離の積算値によって判定する構成について説明した。これに限らず、現像装置１０の駆動時間を計測し、この駆動時間によってプロセスカートリッジの劣化度合いを判定しても良い。

以上、本実施形態によれば、トナー消費予測量算出装置３０は、総トナー消費予測量算出部と、潜像部トナー消費予測量算出手段としての潜像部トナー消費予測量算出部３２と、非潜像部トナー消費予測量算出手段としての非潜像部トナー消費予測量算出部３３とを備えている。トナー消費予測量算出装置３０は、潜像に付着することによって消費されるトナーの予測量である潜像部トナー消費予測量を潜像部トナー消費予測量算出部３２で算出する。一方、非潜像部にトナーが付着するカブリによって消費されるトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を非潜像部トナー消費予測量算出部３３で算出する。そして、潜像部トナー消費予測量算出部３２の算出結果と非潜像部トナー消費予測量算出部３３の算出結果とを総トナー消費予測量算出部３１にて合算し、現像ニップＮでの総トナー消費予測量を算出する。非潜像部トナー消費予測量を算出しているので、非潜像部トナー消費予測量算出部３３は非潜像部にトナーが付着する現象であるカブリによる実際のトナーの消費量に近い値の算出結果を得ることができる。カブリによる実際のトナーの消費量に近い値の算出結果を得ることができるので、カブリの影響を受ける感光体ドラム２１に付着することにより消費されるトナーの総消費量に近い値の総トナー消費予測量を算出することができる。これにより、感光体ドラム２１に付着することよって消費されるトナーの予測量の算出を精度よく行うことができ、トナー消費量をより正確に把握することができる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３は、非潜像部の面積に応じて非潜像部トナー消費予測量を算出しているため、印字率の変化によって非潜像部の面積が変化し、かぶりにより消費されるトナーの量が変化しても、カブリによる実際のトナーの消費量に近い値の算出結果を得ることができる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３は、トナー消費予測量算出装置３０の記憶部が記憶する単位かぶり量の情報と非潜像部の面積とを掛け合わせることによって該非潜像部に付着することにより消費されるトナーの予測量を算出している。これにより、非潜像部の面積応じた非潜像部トナー消費予測量の算出を行うことができる。また、現像面積から潜像部の面積を除いた非潜像部の面積のみに単位かぶり量を掛け合わせているので、非潜像部へのトナー付着のみを、かぶりによるトナー消費予測量として算出することができ、かぶりによるトナー消費予測量の過多を防止できる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３の非潜像面積算出部は、現像面積算出部の算出結果である現像面積から潜像面積算出部の算出結果である潜像部の面積Ａを減算し、非潜像部の面積Ａ´を算出する。これにより、かぶりによって消費されるトナー量に影響する非潜像部の面積Ａ´を容易に算出することができる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３の現像面積算出部は、感光体ドラム２１の表面移動距離を測定する像担持体移動距離算出部の算出結果と、現像領域の感光体ドラム２１の軸方向の長さである現像領域幅との積によって、現像領域を通過した感光体ドラム２１の面積である現像面積を算出する。これにより、現像面積を精度よく算出することができる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３は現像領域の非潜像部での電位差である地肌部電位差ΔＶと単位かぶり量との関係に基づいて、単位かぶり量の情報を補正する。これにより、かぶりによって消費されるトナー量に影響のある地肌部電位差ΔＶの影響を反映してトナー消費予測量を算出することができる。なお、地肌部電位差ΔＶの値に限らず、帯電電位、現像電位、現像開始電圧等に基づいて単位かぶり量を補正することによってプロセス条件によるかぶり量の違いを考慮してトナー消費予測量を補正することができる。
また、非潜像部トナー消費予測量算出部３３の算出結果を使用環境に対応して補正することによって、温湿度によるかぶりの変化を反映してトナー消費予測量を算出することができる。さらに、かぶりによって消費されるトナーの予測量と、潜像部トナー消費予測量との環境補正を独立に実施できるため、かぶりと潜像部とで環境変化の挙動が異なる場合にも対応可能である。
また、現像剤であるトナー３００、現像器である現像装置１０、潜像担持体である感光体ドラム２１、および帯電手段である帯電ローラ１７等を備えるプロセスカートリッジの劣化度合いを判定し、この判定結果に基づいて非潜像部トナー消費予測量算出部３３の算出結果を補正することによって、トナー、現像器、感光体、帯電ローラ等の劣化によるかぶりの変化を反映して消費するトナーの予測量を算出することができる。これにより、トナー残量をより正確に把握することが出来る。
また、単位かぶり量を使用環境に対応して補正することによって、温湿度によるかぶりの変化を反映してトナー消費予測量を算出することができる。さらに、補正する単位が単位面積あたりのトナーの消費量であるので、現像面積全体のかぶりによって消費されるトナーの予測量を補正する場合に比較して、演算の負荷を少なくすることが出来る。全体のかぶりによって消費されるトナーの予測量算出後に補正を行う場合には、かぶりによって消費されるトナーの予測量を計算する度に、毎回補正演算が必要となる。一方、単位かぶり量を補正するものであれば、環境が変わったときのみ、単位かぶり量の補正をすればよいので、かぶりによるトナー消費予測量の演算時には補正が必要なくなる。
また、プロセスカートリッジの劣化度合いを判定し、この判定結果に基づいて単位かぶり量を補正することによって、トナー、現像器、感光体、帯電ローラ等の劣化によるかぶりの変化を反映してトナー消費予測量を算出することができる。これにより、トナー残量をより正確に把握することが出来る。
また、プロセスカートリッジ劣化判定部は、現像手段である現像装置１０の駆動時間に基づいてプロセスカートリッジの劣化度合いを判定することによって、現像装置１０の劣化度合いよるかぶり量の変化を反映し、トナー消費予測量を補正することができる。これにより、トナー残量をより正確に把握することが出来る。
また、プロセスカートリッジ劣化判定部は、感光体ドラム２１の表面移動距離に基づいてプロセスカートリッジの劣化度合いを判定することによって、感光体ドラム２１の劣化度合い（膜厚変化など）よるかぶり量の変化を反映し、トナー消費予測量を補正することができる。これにより、トナー残量をより正確に把握することが出来る。
また、潜像部トナー消費予測量算出部３２は、光書込ユニット９のレーザ光の操作に用いられる画像情報としての画像データに基づいて、感光体ドラム２１上の潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量を算出する。画像データとドットで消費されるトナー量との関係に基づいて潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量を算出することによって、トナー残量をより正確に把握することが出来る。
また、画像形成装置としてのプリンタ１００が、トナー消費予測量算出手段としてトナー消費予測量装置３０を備えることによって、感光体ドラム２１に付着することにより消費されるトナーの予測量の算出を精度よく行うことができる。これにより、トナーの消費量をより正確に把握することができ、トナー残量をより正確にユーザーに報知することができる。
また、トナー像形成部２０が感光体ドラム２１を他の部材と一体的に構成したプロセスカートリッジを形成してプリンタ１００本体から着脱可能であり、プリンタ１００がトナー消費予測量装置３０を備えることより、プロセスカートリッジを交換するタイミングをより適切にユーザーに報知することができる。
また、潜像担持体である感光体ドラム２１上にトナーが付着することによって消費されるトナーの予測量を算出するときに、潜像部トナー消費予測量算出部３２が感光体ドラム２１上の潜像部に付着するトナーの予測量であるトナーの潜像部トナー消費予測量を算出する。一方、非潜像部トナー消費予測量算出部３３が感光体ドラム２１上の潜像部以外の非潜像部に付着するトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を算出する。総トナー消費予測量算出部３１が潜像部トナー消費予測量算出部３２と非潜像部トナー消費予測量算出部３３との算出結果を合算して感光体ドラム２１に付着することによって消費される総トナー消費予測量を算出する。このように、非潜像部トナー消費予測量として、潜像部以外の非潜像部に付着するトナーの量を算出するため、非潜像部にトナーが付着する現象であるカブリによるトナーの消費量に近い値の非潜像部トナー消費予測量を得ることができる。そのため、カブリの影響を受ける感光体ドラム２１に付着することによって消費されるトナーの総消費量に近い値の総トナー消費予測量を算出することができる。これにより、感光体ドラム２１に付着することによって消費されるトナーの予測量の算出を精度よく行うことができ、トナー消費量をより正確に把握することができる。

実施形態に係るプリンタの概略構成図。 実施形態に係るプロセスカートリッジの概略構成図。 実施形態に係るプロセスカートリッジの外観斜視図。 トナー消費予測量算出装置の概略を示すブロック図。 感光体ドラムの駆動時間からトナー消費予測量を算出するフローチャート。 各環境における地肌部電位差と単位かぶり量との関係の概略を示すグラフ。

符号の説明

１０ 現像装置
２０ トナー像形成部
２１ 感光体ドラム
２２ メモリタグ
３０ トナー消費予測量算出装置
３１ 総トナー消費予測量算出部
３２ 潜像部トナー消費予測量算出部
３３ 非潜像部トナー消費予測量算出部
４０ 制御部
５０ 表示部
１００ プリンタ
１０７ 現像ローラ
１８１ クリーニングブレード
１８２ 廃トナー回収部

Claims (16)

1. 潜像担持体と現像手段とが対向する現像領域で、該潜像担持体上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出装置において、
   該潜像担持体上の潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量である潜像部トナー消費予測量を算出する潜像部トナー消費予測量算出手段と、
   該潜像担持体上の潜像部以外の非潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量である非潜像部トナー消費予測量を算出する非潜像部トナー消費予測量算出手段とを有し、
   該潜像部トナー消費予測量算出手段と該非潜像部トナー消費予測量算出手段との算出結果を合算ししたものを該トナー消費予測量として算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
2. 請求項１のトナー消費予測量算出装置において、
   上記非潜像部トナー消費予測量算出手段は、上記非潜像部の面積に応じて上記非潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
3. 請求項２のトナー消費予測量算出装置において、
   上記潜像担持体上の上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を記憶する記憶手段と、
   該非潜像部の面積を算出する非潜像面積算出手段とを有し、
   上記非潜像部トナー消費予測量算出手段は、該記憶手段が記憶する情報と該非潜像面積算出手段の算出結果とに基づいて上記非潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
4. 請求項３のトナー消費予測量算出装置において、
   上記現像領域を通過した上記潜像担持体表面の面積を算出する現像面積算出手段と、
   上記潜像部の面積を算出する潜像面積算出手段とを有し、
   上記非潜像面積算出手段は該現像面積算出手段と該潜像面積算出手段の算出結果に基づいて上記非潜像部の面積を算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
5. 請求項４のトナー消費予測量算出装置において、
   上記潜像担持体の表面移動距離を測定する像担持体移動距離算出手段を有し、
   上記現像面積算出手段は、該像担持体移動距離算出手段の算出結果に基づいて上記現像領域を通過した上記潜像担持体表面の面積を算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
6. 請求項３、４または５のトナー消費予測量算出装置において、
   上記潜像担持体の帯電電位、上記現像領域での電位、または現像開始電圧の少なくとも一つの情報に基づいて、
   上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を補正することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６のトナー消費予測量算出装置において、
   上記非潜像部トナー消費予測量算出手段の算出結果を使用環境に対応して補正することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７のトナー消費予測量算出装置において、
   現像剤、現像器、潜像担持体、または帯電手段のうち、少なくとも一つの劣化度合いを判定する劣化判定手段を有し、
   上記非潜像部トナー消費予測量算出手段の算出結果を該劣化判定手段の判定結果に基づいて補正することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
9. 請求項３、４、５または６のトナー消費予測量算出装置において、
   上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を使用環境に対応して補正することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
10. 請求項３、４、５、６または９のトナー消費予測量算出装置において、
    現像剤、現像器、潜像担持体、または帯電手段のうち、少なくとも一つの劣化度合いを判定する劣化判定手段を有し、
    上記非潜像部の単位面積あたりに付着するトナーの予測量の情報を該劣化判定手段の判定結果に基づいて補正することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
11. 請求項８または９のトナー消費予測量算出装置において、
    上記劣化判定手段は、上記現像手段である現像装置の駆動時間に基づいて判定することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
12. 請求項８または９のトナー消費予測量算出装置において、
    上記劣化判定手段は、上記潜像担持体の表面移動距離に基づいて判定することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
13. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２のトナー消費予測量算出装置において、
    上記潜像部トナー消費予測量算出手段は、上記潜像担持体に潜像を形成するときに用いられる画像情報に基づいて、上記潜像部トナー消費予測量を算出することを特徴とするトナー消費予測量算出装置。
14. 静電潜像が形成される潜像担持体と、
    該潜像担持体上の該静電潜像を現像してトナー像とする現像手段と、
    該潜像担持体上に形成されたトナー像を記録体に転写する転写手段と、
    トナー像が転写された記録体上にトナー像を定着させる定着手段と、
    該静電潜像上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出手段とを有する画像形成装置において、
    該トナー消費予測量算出手段として請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３のトナー消費予測量算出装置を有することを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項１４の画像形成装置において、
    少なくとも上記潜像担持体を備え、他の部材と一体的に構成したプロセスカートリッジを装置本体から着脱可能としたことを特徴とする画像形成装置。
16. 潜像担持体と現像手段とが対向する現像領域で、該潜像担持体上に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナー消費予測量を算出するトナー消費予測量算出方法において、
    該潜像担持体上の潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナーの潜像部トナー消費予測量と、
    該潜像担持体上の潜像部以外の非潜像部に付着することによって消費されるトナーの予測量であるトナーの非潜像部トナー消費予測量とをそれぞれ算出し、
    該潜像部トナー消費予測量と該非潜像部トナー消費予測量とを合算したものを該トナー消費予測量として算出することを特徴とするトナー消費予測量算出方法。

Images