JP2010156789A

JP2010156789A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010156789A
Application number: JP2008334378A
Authority: JP
Inventors: Haruka Nishimura; 遥西村
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP4743272B2; US20100166440A1; US8457508B2

Abstract

【課題】パッチを利用しない簡易な手法により、現像バイアスを最適値に設定することができる、画像形成装置を提供する。
【解決手段】残量算出部２４により、現像筐体内の現像剤の残量が算出される。劣化度テーブル２２には、現像筐体内の現像剤の残量と現像動作による現像剤の劣化度との関係が記憶されている。そして、残量算出部２４により算出される残量および劣化度テーブル２２に記憶されている関係に基づいて、現像バイアス設定部２６より、現像バイアスの値が設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリンタなどの画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、感光ドラムに対向して、現像ローラが設けられている。感光ドラムの表面には、用紙に形成すべき画像に応じた静電潜像が形成される。現像ローラは、トナーを収容した現像筐体に回転可能に保持されている。また、現像ローラには、現像バイアスが印加されている。感光ドラムの回転により、感光ドラムの表面の静電潜像が現像ローラに対向すると、感光ドラムと現像ローラとの間の電位差により、現像ローラから静電潜像にトナーが供給される。これにより、静電潜像がトナー像に現像され、感光ドラムにトナー像が形成される。トナー像は、感光ドラムの表面から直接または中間転写ベルトを介して用紙に転写される。

トナー像の形成回数が増えるにつれて、現像ローラに担持されるトナーが劣化（帯電量の低下）する。その結果、現像ローラから感光ドラムの表面に転移するトナー量が変動し、用紙に形成されるトナー像の濃度が適正な濃度からずれることがある。そのため、画像形成装置では、適当なタイミングで、適正な濃度のトナー像が形成されるように現像バイアスの値を補正する必要がある。

現像バイアスの補正のための処理の一例として、パッチと呼ばれるテスト用トナー像を利用した補正処理がある。この補正処理では、たとえば、中間転写ベルトの表面にパッチが試験的に形成される。そして、パッチの濃度が測定され、その濃度と予め定められた目標濃度との偏差が零に近づくように、現像バイアスの値が補正される（たとえば、特許文献１参照）。

ところが、１回の処理で現像バイアスが適正値に補正されない場合（パッチの濃度と目標濃度との偏差が零にならない場合）、その処理を複数回繰り返し行わなければならず、現像バイアスの補正に時間がかかるうえ、パッチを繰り返し形成することによるトナーの浪費を生じる。

このような問題を回避すべく、一部の画像形成装置では、現像ローラの回転数の増加に伴って、現像バイアスの値を単調に減少させるといった簡易な手法が採用されている。

しかしながら、トナーの劣化は、現像ローラの回転数の増加に完全に比例して進行しない。そのため、現像ローラの回転数の増加に伴って、現像バイアスの値を単調に減少させたのでは、現像バイアスを最適値に設定することはできず、用紙に適正な濃度のトナー像が形成されない場合がある。
特開２００４−１７７９２８号公報

本発明の目的は、パッチを利用しない簡易な手法により、現像バイアスを最適値に設定することができる、画像形成装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、現像剤像からなる画像を記録媒体に形成するための画像形成装置であって、静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を現像剤像に現像するための現像剤を収容する現像筐体と、前記現像筐体に保持され、前記現像筐体内の現像剤を担持して前記像担持体に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを供給する現像バイアス供給手段と、前記現像筐体内の現像剤の残量を算出する残量算出手段と、前記現像筐体内の現像剤の残量と現像動作による現像剤の劣化度との関係を記憶する劣化度記憶手段と、前記残量算出手段により算出される残量および前記劣化度記憶手段に記憶されている前記関係に基づいて、前記現像バイアスの値を設定する現像バイアス設定手段とを備えることを特徴としている。

この構成によれば、残量算出手段により、現像筐体内の現像剤の残量が算出される。劣化度記憶手段には、現像筐体内の現像剤の残量と現像動作による現像剤の劣化度との関係が記憶されている。そして、残量算出手段により算出される残量および劣化度記憶手段に記憶されている関係に基づいて、現像バイアス設定手段により、現像バイアスの値が設定される。

１回の現像動作による現像剤の劣化度は、現像筐体内の現像剤の残量に依存する。すなわち、現像剤の劣化は、現像筐体内の現像剤の残量が相対的に多い状態で現像動作が行われたときよりも、残量が相対的に少ない状態で現像動作が行われたときの方が大きく進む。そのため、現像剤の新品状態からの劣化量は、現像剤の残量と正比例せず、現像剤の残量の減少に対して反比例的に増加する。したがって、現像剤の残量の減少に伴って、現像バイアスの値を単調に減少させても、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することはできない。

図１０は、印字枚数（画像形成枚数）と現像剤の帯電量との関係を示すグラフである。

印字デューティ（印字可能領域の面積に対する印字部分（有色部分）の面積の比）が１％、４％、７％および１０％で印字（画像形成）を行い、各印字時の現像剤（トナー）の帯電量を調べた。図１０に示すグラフは、そのときの結果を表している。

１％、４％、７％および１０％のいずれの印字デューティで印字を行った場合にも、その初期時（０〜５００枚程度まで）は、印字枚数の増加に伴って、現像剤の帯電量が約３０μＣ／ｍｍ^２から約４５μＣ／ｍｍ^２までほぼ単調に増加する。その後は、印字デューティ１％で印字を行った場合には、印字枚数が増加しても、現像剤の帯電量は約４５μＣ／ｍｍ^２前後でほぼ変わらない。これに対し、印字デューティ４％で印字を行った場合には、印字枚数の増加に伴って、現像剤の帯電量が徐々に低下し、８０００枚目の印字時には、現像剤の帯電量が約２７μＣ／ｍｍ^２まで低下する。また、印字デューティ７％で印字を行った場合には、印字枚数の増加に伴って、現像剤の帯電量が印字デューティ４％の場合よりも大きく低下し、６５００枚目の印字時には、現像剤の帯電量が約１６μＣ／ｍｍ^２にまで低下する。さらに、印字デューティ１０％で印字を行った場合には、印字枚数の増加に伴って、現像剤の帯電量が印字デューティ７％の場合よりもさらに大きく低下し、５０００枚目の印字時に、現像剤の帯電量が約２０μＣ／ｍｍ^２以下に低下する。

印字枚数はトナー消費量にほぼ対応し、現像剤の帯電量は劣化量であるので、図１０に示すグラフから、印字態様（印字デューティ）によって、現像剤の劣化量の変化が異なることが理解される。したがって、現像剤の残量の減少に伴って、現像バイアスの値を単調に減少させても、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することはできない。

請求項１に記載の発明では、現像筐体内の現像剤の残量と現像動作による現像剤の劣化度との関係が劣化度記憶手段に記憶されているので、その関係に基づいて、各現像動作による現像剤の劣化度を精度よく求めることができる。そして、その求めた劣化度に基づいて、現像筐体内の現像剤の新品状態からの劣化量を求めることにより、パッチを利用せずに、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することができる。その結果、現像剤の劣化量にかかわらず、適正な濃度の画像（現像剤像）を記録媒体に形成することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記残量算出手段は、所定のタイミングごとに残量を算出し、前記現像バイアス設定手段は、前記残量算出手段により残量が算出されるごとに前記現像バイアスの値を設定することを特徴としている。

この構成によれば、所定のタイミングごとに、残量算出手段により、現像筐体内の現像剤の残量が算出される。そして、その残量が算出されるごとに、現像バイアス設定手段により、現像バイアスの値が設定される。すなわち、所定のタイミングごとに、現像バイアスが現像剤の劣化量に応じた最適値に設定される。よって、記録媒体に形成される画像の濃度を適正な濃度に維持し続けることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記残量算出手段は、１つの記録媒体に対する画像の形成のための現像動作ごとに残量を算出することを特徴としている。

この構成によれば、現像動作ごとに、現像バイアスが現像剤の劣化量に応じた最適値に設定される。よって、記録媒体に形成される画像の濃度を適正な濃度に一層精度よく維持し続けることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、記録媒体に形成される画像のドット数を計数するドット計数手段をさらに備え、前記残量算出手段は、前記ドット計数手段の計数値に基づいて、前記現像筐体内の現像剤の残量を算出することを特徴としている。

この構成によれば、画像形成装置には、記録媒体に形成される画像のドット数（像担持体に形成される静電潜像のドット数）を計数するドット計数手段が備えられている。記録媒体への画像の形成に使用される現像剤の量は、その画像のドット数にほぼ比例する。したがって、画像のドット数を計数することにより、その画像の形成に使用される現像剤の量を算出することができる。そして、その算出した現像剤の量を画像形成前における現像筐体内の現像剤の残量から減ずることにより、画像形成後における現像筐体内の現像剤の残量を算出することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記残量算出手段により残量が算出されるごとに、前記劣化度記憶手段に記憶されている関係に基づいて劣化度を求め、その求めた劣化度を積算することにより、現像剤の劣化量を算出する劣化量算出手段をさらに備え、前記現像バイアス設定手段は、前記現像バイアスを前記劣化量算出手段により算出される劣化量に応じた値に設定することを特徴としている。

この構成によれば、現像筐体内の現像剤の残量が算出されるごとに、劣化量算出手段により、現像剤の劣化度（前回に現像剤の劣化度を求めた時からの現像剤の劣化量）が求められる。そして、現像剤の劣化度が積算されることにより、現像剤の新品状態からの劣化量が求められる。よって、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記劣化量算出手段により算出される劣化量が所定の閾値を超えた後の現像動作を禁止する現像動作禁止手段をさらに備えることを特徴としている。

この構成によれば、現像筐体内の現像剤の劣化量が所定の閾値を超えると、その後の現像動作が禁止される。

現像剤の劣化量が所定の閾値を超えるまでは、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することにより、記録媒体に形成される画像の濃度を適正にすることができる。しかしながら、現像剤の劣化量が所定の閾値を超え、現像剤が著しく劣化した状態になると、もはや現像バイアスの調整では、記録媒体に適正な濃度の画像を形成することができない。それだけでなく、記録媒体の白地部分（画像が形成される部分ではない部分）に現像剤が付着する、いわゆる印字かぶりを生じるおそれがある。また、現像剤が著しく劣化した状態で現像動作が行われると、現像筐体からの現像剤の漏れを生じるおそれがある。

現像剤の劣化量が所定の閾値を超えると、その後の現像動作が禁止されるので、現像剤が著しく劣化した状態で、記録媒体に画像が形成されることを防止できる。その結果、印字かぶりの発生を防止することができる。また、現像筐体からの現像剤の漏れの発生を防止することができる。

請求項１に記載の発明によれば、パッチを利用せずに、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することができる。その結果、現像剤の劣化量にかかわらず、適正な濃度の画像（現像剤像）を記録媒体に形成することができる。

請求項２および３に記載の発明によれば、所定のタイミングごとに、現像バイアスが現像剤の劣化量に応じた最適値に設定される。

請求項４に記載の発明によれば、画像のドット数を計数することにより、その画像の形成に使用される現像剤の量を算出することができ、その算出した現像剤の量を画像形成前における現像筐体内の現像剤の残量から減ずることにより、画像形成後における現像筐体内の現像剤の残量を算出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、現像バイアスを現像剤の劣化量に応じた最適値に設定することができる。

請求項６に記載の発明によれば、印字かぶりの発生を防止することができる。また、現像筐体からの現像剤の漏れの発生を防止することができる。

１．プリンタの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るプリンタの側断面図である。

画像形成装置の一例としてのプリンタ１は、本体ケーシング２を備えている。本体ケーシング２内の中央部には、プロセスカートリッジ３が着脱可能に装着される。本体ケーシング２内において、プロセスカートリッジ３の上方には、レーザなどを備える露光器４が配置されている。

プロセスカートリッジ３は、像担持体の一例としての感光ドラム５、帯電器６および現像カートリッジ７を備えている。感光ドラム５および帯電器６は、ドラムフレーム８に保持されている。現像カートリッジ７は、現像剤を収容する現像筐体９と、現像筐体９に保持された現像剤担持体の一例としての現像ローラ１０とを備えている。現像ローラ１０は、その周面の一部が現像筐体９から露出している。そして、現像カートリッジ７は、現像ローラ１０の周面の一部が感光ドラム５の周面と接触するように、ドラムフレーム８に対して着脱可能に装着される。

感光ドラム５の回転に伴って、感光ドラム５の表面は、帯電器６によって一様に帯電される。その後、プリンタ１に接続されたパーソナルコンピュータなどから受信する画像データに基づいて、露光器４からのレーザビームにより、感光ドラム５の表面が選択的に露光される。この露光によって、感光ドラム５の表面から電荷が選択的に除去され、感光ドラム５の表面に静電潜像が形成される。現像ローラ１０には、現像バイアスが印加されている。静電潜像が現像ローラ１０に対向すると、静電潜像と現像ローラ１０との間の電位差により、現像ローラ１０から静電潜像にトナーが供給される。これによって、感光ドラム５の表面にトナー像が形成される（現像動作）。

本体ケーシング２の底部には、記録媒体の一例としての用紙Ｐを収容する給紙カセット１１が配置されている。用紙Ｐは、１枚ずつ、給紙カセット１１から送り出され、感光ドラム５とこれに対向配置される転写ローラ１２との間に供給される。そして、感光ドラム５の表面上のトナー像は、転写ローラ１２と対向したときに、感光ドラム５と転写ローラ１２との間に進入した用紙Ｐに転写される。

プロセスカートリッジ３に対して用紙Ｐの搬送方向における下流側には、定着器１３が配置されている。トナー像が転写された用紙Ｐは、定着器１３に搬送される。定着器１３では、加熱および加圧により、トナー像が画像となって用紙Ｐに定着される。こうして画像が形成された用紙Ｐは、各種ローラにより、本体ケーシング２の上面の排紙トレイ１４に排出される。
２．プリンタの電気的構成
図２は、プリンタの電気的構成の要部を示すブロック図である。

プリンタ１は、各部を制御するための制御部２１を備えている。制御部２１は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭなどを備えている。ＲＯＭには、現像筐体９内のトナーの残量と現像動作によるトナーの劣化度との関係を記憶する劣化度記憶手段の一例としての劣化度テーブル２２が格納されている。

また、プリンタ１には、ＣＰＵによるプログラム処理によってソフトウエア的に実現される構成として、ドット計数手段の一例としてのドットカウンタ２３、残量算出手段の一例としての残量算出部２４、劣化量算出手段の一例としての劣化量算出部２５、現像バイアス供給手段の一例としての現像バイアス設定部２６、寿命判断部２７および現像動作禁止手段の一例としての動作禁止部２８を実質的に備えている。

ドットカウンタ２３は、１枚の用紙Ｐに形成される画像を構成するドット数を計数する。具体的には、プリンタ１が外部から画像データを受信すると、その画像データがＲＡＭからなるビットマップメモリに展開される。ドットカウンタ２３は、ビットマップメモリに展開された画像データから有色のドットの数を計数する。

１枚の用紙Ｐへの画像の形成に使用されるトナーの量（消費量）は、その画像のドット数にほぼ比例する。残量算出部２４は、ドットカウンタ２３により計数されるドット数に基づいて、１枚の用紙Ｐへの画像の形成に使用されるトナーの消費量を算出する。そして、残量算出部２４は、その算出した消費量を画像形成前における現像筐体９内のトナー量から減ずることにより、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量を算出する。現像筐体９内のトナーの残量は、制御部２１に備えられているＥＥＰＲＯＭに記憶される。

劣化量算出部２５は、残量算出部２４によりトナーの残量が算出されるごとに、劣化度テーブル２２を参照して、１枚の用紙Ｐへの画像の形成のための現像動作（現像ローラ１０の１回転）によるトナーの劣化度を求める。そして、ＥＥＰＲＯＭを使用し、その求めた劣化度を積算することにより、現像筐体９に収容されているトナーの新品状態からの劣化量（劣化度の積算値）を算出する。

現像バイアス設定部２６は、現像ローラ１０に供給される現像バイアスを劣化量算出部２５により算出される劣化量に応じた値に設定する。

寿命判断部２７は、劣化量算出部２５により算出される劣化量と所定の閾値とを比較し、劣化量が閾値に達した時点で、現像カートリッジ７が寿命に達したと判断する。

動作禁止部２８は、寿命判断部２７により現像カートリッジ７が寿命に達したと判断されると、それ以後の現像動作を含む画像の形成のための動作を禁止する。

また、プリンタ１には、現像ローラ１０に現像バイアスを供給する現像バイアス供給手段の一例としての現像バイアス回路２９が備えられている。現像バイアス回路２９は、現像バイアス設定部２６により設定される現像バイアスの値に基づいて制御される。この制御により、現像バイアス回路２９から現像ローラ１０に現像バイアス設定部２６により設定された値の現像バイアスが供給される。
３．劣化度テーブル
図３は、劣化度テーブルの一例を示す図である。

劣化度テーブル２２は、現像筐体９内のトナーの残量と各残量の状態で１回の現像動作が行われたときのトナーの劣化度との関係を記憶している。このトナーの残量と劣化度との関係は、プリンタ１の製品出荷前に行われる各種の試験の結果から予め求められている。

この実施形態では、図３に示すように、トナーの残量が２０ｇから１ｇまでの範囲で１ｇごとに、各残量の状態で１回の現像動作が行われたときのトナーの劣化度が求められている。図３に示す劣化度テーブル２２によれば、たとえば、現像筐体９内に１７ｇのトナーが残っている状態で、１枚の用紙Ｐに画像が形成されたときには、現像筐体９内のトナーが「４」だけ劣化する。
４．現像バイアス設定処理
以下では、現像筐体９内に２０ｇのトナーが充填されている状態から６枚の用紙ＰにＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合を想定して、現像バイアスを設定するための処理（現像バイアス設定処理）について説明する。なお、１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーを消費するものとする。

図４は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙に形成される画像のドット数を示す図である。

図４に示すように、Ａパターンでは、１〜３枚目の各用紙Ｐには、１ドットの画像が形成され、４〜６枚目の各用紙Ｐには、５ドットの画像が形成される。

Ｂパターンでは、１〜３枚目の各用紙Ｐには、５ドットの画像が形成され、４〜６枚目の各用紙Ｐには、１ドットの画像が形成される。

図５は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成の前後のトナーの残量を示す図である。図６は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成によるトナーの劣化度を示す図である。図７は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成後のトナーの劣化量を示す図である。図８は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成時における現像バイアスを示す図である。
４−１．Ａパターン
まず、６枚の用紙ＰにＡパターンで画像を形成した場合について説明する。

(1) １枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、現像バイアス設定部２６により、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量が参照されて、現像バイアスがその劣化量に応じた値に設定される。このとき、劣化量は零であるので、図８に示すように、現像バイアスの値が４００Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である２０ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１９ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、１枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、２０ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１」と求められる。この劣化度「１」は、図７に示すように、劣化量としてＥＥＰＲＯＭに記憶される。

(2) ２枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「１」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９９Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１９ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１８ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、２枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１９ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「２」と求められる。この劣化度「２」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「１」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「３」となる。

(3) ３枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「３」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９７Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１８ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１７ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、３枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１８ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「３」と求められる。この劣化度「３」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「３」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「６」となる。

(4) ４枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「６」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９４Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１７ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１２ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、４枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１７ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「４」と求められる。この劣化度「４」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「６」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「１０」となる。

(5) ５枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「１０」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９０Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１２ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である７ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、５枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１２ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「９」と求められる。この劣化度「９」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「１０」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「１９」となる。

(6) ６枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「１９」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３８１Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である７ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である２ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、６枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、７ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１４」と求められる。この劣化度「９」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「１９」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「３３」となる。

なお、７枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「３３」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３６７Ｖに設定される。
４−２．Ｂパターン
次に、６枚の用紙ＰにＢパターンで画像を形成した場合について説明する。

(1) １枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量は零であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が４００Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である２０ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１５ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、１枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、２０ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１」と求められる。この劣化度「１」は、図７に示すように、劣化量としてＥＥＰＲＯＭに記憶される。

(2) ２枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「１」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９９Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１５ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である１０ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、２枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１５ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「６」と求められる。この劣化度「６」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「１」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「７」となる。

(3) ３枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「７」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３９３Ｖに設定される。そして、図４に示すように、５ドットの画像が用紙Ｐに形成される。５ドットの画像の形成により、５ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である１０ｇから５ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である５ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、３枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、１０ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１１」と求められる。この劣化度「１１」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「７」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「１８」となる。

(4) ４枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「１８」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３８２Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である５ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である４ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、４枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、５ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１６」と求められる。この劣化度「１６」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「１８」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「３４」となる。

(5) ５枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「３４」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３６６Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である４ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である３ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、５枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、４ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１７」と求められる。この劣化度「９」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「３４」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「５１」となる。

(6) ６枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「５１」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３４９Ｖに設定される。そして、図４に示すように、１ドットの画像が用紙Ｐに形成される。１ドットの画像の形成により、１ｇのトナーが消費される。残量算出部２４では、図５に示すように、画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量である３ｇから１ｇが減算され、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量である２ｇが算出される。その後、劣化量算出部２５により、劣化度テーブル２２が参照されて、６枚目の用紙Ｐへの画像の形成によるトナーの劣化度が求められる。すなわち、３ｇのトナーが残っている状態で画像が形成されたので、図６に示すように、このときのトナーの劣化度は「１８」と求められる。この劣化度「９」は、ＥＥＰＲＯＭに記憶されている劣化量「５１」に加算される。その結果、図７に示すように、トナーの劣化量は「６９」となる。

なお、７枚目の用紙Ｐへの画像の形成時には、劣化量が「６９」であるので、現像バイアス設定部２６により、図８に示すように、現像バイアスの値が３３１Ｖに設定される。
４−３．作用効果
６枚の用紙ＰにＡパターンで画像を形成した場合と、６枚の用紙ＰにＢパターンで画像を形成した場合とを比較して判るように、６枚の用紙Ｐに画像を形成した後のトナーの残量が同じであっても、６枚の用紙Ｐに画像を形成した後のトナーの劣化量は同じとは限らない。したがって、画像形成枚数（現像ローラ１０の回転数）の増加に伴って、現像バイアスの値を単調に減少させたのでは、現像バイアスを最適値に設定することはできず、用紙Ｐに適正な濃度のトナー像を形成することはできない。

プリンタ１では、現像筐体９内のトナーの残量と現像動作によるトナーの劣化度との関係が劣化度テーブル２２に記憶されているので、その関係に基づいて、各現像動作によるトナーの劣化度を精度よく求めることができる。そして、その求めた劣化度に基づいて、現像筐体９内のトナーの新品状態からの劣化量を求めることにより、パッチを利用せずに、現像バイアスをトナーの劣化量に応じた最適値に設定することができる。

具体的には、ドットカウンタ２３により、用紙Ｐに形成される画像のドット数が計数される。そして、残量算出部２４により、ドット数から画像の形成に使用されるトナーの量が算出され、その算出したトナーの量を画像形成前における現像筐体９内のトナーの残量から減ずることにより、画像形成後における現像筐体９内のトナーの残量が算出される。現像筐体９内のトナーの残量が算出されるごとに、劣化量算出部２５により、トナーの劣化度（前回にトナーの劣化度を求めた時からのトナーの劣化量）が求められる。こうして求められるトナーの劣化度が積算されることにより、トナーの新品状態からの劣化量が求められる。そして、現像バイアス設定部２６により、現像バイアスがトナーの劣化量に応じた最適値に設定される。

その結果、トナーの劣化量にかかわらず、適正な濃度の画像（トナー像）を用紙Ｐに形成することができる。

また、プリンタ１では、１枚の用紙Ｐに画像が形成されるごと、つまり１回の現像動作ごとに、現像バイアスがトナーの劣化量に応じた最適値に設定される。よって、用紙Ｐに形成される画像の濃度を適正な濃度に精度よく維持し続けることができる。

なお、現像バイアスの値は、所定枚数（複数枚）の用紙Ｐに画像が形成されるごとに設定されてもよい。この場合、制御部２１（ＣＰＵ）の負荷を軽減することができる。
５．寿命判断処理
図９は、寿命判断処理のフローチャートである。

寿命判断処理は、図２に示す劣化量算出部２５によりトナーの劣化量が算出されたことに応答して、図２に示す寿命判断部２７および動作禁止部２８により実行される。

寿命判断処理では、寿命判断部２７により、トナーの劣化量が所定の閾値以上であるか否かが判断される（Ｓ１）。

劣化量が閾値以上であれば（Ｓ１：ＹＥＳ）、現像カートリッジ７が寿命に達したと判断される（Ｓ２）。この場合、動作禁止部２８により、それ以後の現像動作を含む画像の形成のための一切の動作が禁止される（Ｓ３）。

劣化量が閾値未満であれば（Ｓ１：ＮＯ）、現像カートリッジ７は寿命に達していないと判断され（Ｓ４）、この寿命判断処理が終了される。
５−１．作用効果
トナーの劣化量が所定の閾値を超えるまでは、現像バイアスをトナーの劣化量に応じた最適値に設定することにより、用紙Ｐに形成される画像の濃度を適正にすることができる。しかしながら、トナーの劣化量が所定の閾値を超え、トナーが著しく劣化した状態になると、もはや現像バイアスの調整では、用紙Ｐに適正な濃度の画像を形成することができない。それだけでなく、用紙Ｐの白地部分（画像が形成される部分ではない部分）にトナーが付着する、いわゆる印字かぶりを生じるおそれがある。また、トナーが著しく劣化した状態で現像動作が行われると、現像筐体９からのトナーの漏れを生じるおそれがある。

プリンタ１では、劣化量算出部２５によりトナーの劣化量が精度よく算出されるので、その劣化量から現像カートリッジ７が寿命に達したか否かを精度よく判断することができる。

そして、トナーの劣化量が所定の閾値を超えると、その後の現像動作が禁止されるので、トナーが著しく劣化した状態で、用紙Ｐに画像が形成されることを防止できる。その結果、印字かぶりの発生を防止することができる。また、現像筐体９からのトナーの漏れの発生を防止することができる。
６．他の実施形態
本発明は、モノクロプリンタに限らず、カラープリンタに適用することもできる。カラープリンタでは、ブラック、イエロー、マゼンタおよびシアンの各色ごとに、感光ドラム５および現像ローラ１０が備えられる。したがって、各色ごとに、劣化度テーブル２２が設けられ、これに基づいて、トナーの劣化度および劣化量が算出されて、現像バイアスがその算出された劣化量に応じた値に設定されるとよい。その場合、各色の劣化度テーブルは、同一であってもよいし、各色のトナーの性質に応じて異なるものであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るプリンタの側断面図である。図２は、プリンタの電気的構成の要部を示すブロック図である。図３は、劣化度テーブルの一例を示す図である。図４は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙に形成される画像のドット数を示す図である。図５は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成の前後のトナーの残量を示す図である。図６は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成によるトナーの劣化度を示す図である。図７は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成後のトナーの劣化量を示す図である。図８は、６枚の用紙にＡパターンおよびＢパターンで画像を形成した場合に、各用紙への画像の形成時における現像バイアスを示す図である。図９は、寿命判断処理のフローチャートである。図１０は、印字枚数（画像形成枚数）と現像剤の帯電量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１プリンタ
５感光ドラム
７現像カートリッジ
９現像筐体
１０現像ローラ
２１制御部
２２劣化度テーブル
２３ドットカウンタ
２４残量算出部
２５劣化量算出部
２６現像バイアス設定部
２８動作禁止部
２９現像バイアス回路
Ｐ用紙

Claims

現像剤像からなる画像を記録媒体に形成するための画像形成装置であって、
静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像を現像剤像に現像するための現像剤を収容する現像筐体と、
前記現像筐体に保持され、前記現像筐体内の現像剤を担持して前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを供給する現像バイアス供給手段と、
前記現像筐体内の現像剤の残量を算出する残量算出手段と、
前記現像筐体内の現像剤の残量と現像動作による現像剤の劣化度との関係を記憶する劣化度記憶手段と、
前記残量算出手段により算出される残量および前記劣化度記憶手段に記憶されている前記関係に基づいて、前記現像バイアスの値を設定する現像バイアス設定手段とを備える、画像形成装置。
前記残量算出手段は、所定のタイミングごとに残量を算出し、
前記現像バイアス設定手段は、前記残量算出手段により残量が算出されるごとに前記現像バイアスの値を設定する、請求項１に記載の画像形成装置。
前記残量算出手段は、１つの記録媒体に対する画像の形成のための現像動作ごとに残量を算出する、請求項２に記載の画像形成装置。
記録媒体に形成される画像のドット数を計数するドット計数手段をさらに備え、
前記残量算出手段は、前記ドット計数手段の計数値に基づいて、前記現像筐体内の現像剤の残量を算出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記残量算出手段により残量が算出されるごとに、前記劣化度記憶手段に記憶されている関係に基づいて劣化度を求め、その求めた劣化度を積算することにより、現像剤の劣化量を算出する劣化量算出手段をさらに備え、
前記現像バイアス設定手段は、前記現像バイアスを前記劣化量算出手段により算出される劣化量に応じた値に設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記劣化量算出手段により算出される劣化量が所定の閾値を超えた後の現像動作を禁止する現像動作禁止手段をさらに備える、請求項５に記載の画像形成装置。