JP2011175154A - 画像形成装置、画像形成装置の保守管理システム、現像剤寿命算出方法、現像剤寿命算出プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の劣化状態を蓄積された印刷条件から予測して現像剤寿命（現像剤交換時期）を決定することにより現像剤の劣化状態と現像剤の交換時期とのマッチングを図る。
【解決手段】累積印刷ページ数及び１ジョブ当たりの連続印刷ページ数を計数する計数手段２０１と、記録媒体への印刷１ページ当たりの画像面積率を算出する画像面積率算出手段２０２と、累積印刷ページ数と画像面積率とに基づいて１ページ当たりにおける平均画像面積率を算出する平均画像面積率算出手段２０３と、１ジョブ当たりの連続印刷ページ数に基づいて１ジョブ当たりにおける平均連続印刷ページ数を算出する平均ｄｕｔｙ算出手段２０４と、平均画像面積率と平均連続印刷ページ数とに基づいて現像剤寿命を算出する現像剤寿命算出手段２０７と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置に関し、詳しくは、現像剤の劣化状態を、蓄積された印刷条件の情報から予測することにより、現像剤寿命を適切に決定する画像形成装置、画像形成装置の保守管理システム、現像剤寿命算出方法、現像剤寿命算出プロクラム及び記憶媒体に関する。

トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる画像形成装置においては、キャリアの経時劣化により現像剤の寿命が決まるため、所定枚数の印刷がなされたことを条件に現像剤の交換を行うように設定することが多い。キャリアの経時劣化状態には種々のものがあり、例えば、キャリア表面にトナーやトナーの外添剤が付着し、帯電能力が下がってしまうスペントと呼ばれる状態や、キャリア表面が摩耗しキャリア抵抗が下がってしまうキャリアの膜削れ状態などがある。これらキャリアの経時劣化状態は、印刷動作における画像面積率や、印刷動作が連続的であったか、間欠的であったかといった条件によって大きく変化する。そのため、現像剤の寿命を印刷枚数に基づいて一律に決めてしまうと、実際はまだ寿命に到達していないのに現像剤の交換を行わなければならないといった無駄が発生してしまうことになる。
上述の問題を解決するべく、特許文献１には現像剤の嵩を検知して、その検知結果からトナーや現像剤の劣化状態を予測し、現像剤の交換時期を予測する技術が開示されている。
また、特許文献２には、現像剤が劣化するとキャリアの帯電能力が低下し、トナーの帯電量が低下するため、画像濃度を一定に保つ制御上ではトナー濃度が低めになることを利用して、現像剤の劣化状態を予測する発明が開示されている。この発明においては、トナー濃度が一定量よりも低くなっている状態を、非常に強い現像電界における画像パッチ濃度から判断することにより現像剤の劣化状態、及び交換時期を予測している。
さらに、特許文献３には、現像スリーブ上の現像剤の静電容量を測定し、その測定結果から現像剤の劣化状態を予測し、現像剤の交換時期を予測する技術が開示されている。
特許文献１乃至３に記載された技術により、現像剤の劣化状態を正しく検知することができれば、現像剤の劣化状態と現像剤の交換時期のマッチングを図ることができる。つまり、現像剤を寿命直前まで使用することで、無駄なく現像剤の交換を行うことができ、コスト低減、環境負荷低減が実現できる。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術においては、環境変動による現像剤の嵩変動の影響を大きく受けてしまうため、実際の現像剤の劣化状態と、予測された現像剤の劣化状態によってずれが生じてしまうという問題がある。
また、特許文献２に開示されている技術においては、高湿環境におけるトナー濃度低下が考慮されていないため、環境変動が大きい場合には、実際の現像剤の劣化状態と、予測された現像剤の劣化状態にズレが生じてしまうという問題がある。
さらに、特許文献３に開示されている技術においては、現像剤の静電容量を測定する機構を設けると現像装置の肥大化を招き、コストアップしてしまうというマイナス面を持っている。また、キャリア表面にトナーから離脱した添加剤が付着することによるキャリア帯電能力の低下と静電容量変化との間では、うまく相関がとれないため、実際の現像剤の劣化状態と、予測された現像剤の劣化状態にずれが生じてしまうという問題がある。
本発明は、以上に示した問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現像剤の劣化状態を、蓄積された印刷条件から予測するという環境変動の影響を受けにくい方法を用いて現像剤寿命を算出することにより、現像剤の劣化状態と実際の現像剤の寿命のマッチングを図り、無駄を低減し、コスト低減、環境負荷低減を実現する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤によって潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置であって、累積印刷ページ数及び１ジョブ当たりの連続印刷ページ数を計数する計数手段と、記録媒体への印刷１ページ当たりの画像面積率を算出する画像面積率算出手段と、前記計数手段の計数した累積印刷ページ数と、前記画像面積率算出手段の算出した画像面積率と、に基づいて１ページ当たりにおける平均画像面積率を算出する平均画像面積率算出手段と、前記計数手段の計数した１ジョブ当たりの連続印刷ページ数に基づいて、１ジョブ当たりにおける平均連続印刷ページ数を算出する平均ｄｕｔｙ算出手段と、前記平均画像面積率算出手段の算出した平均画像面積率と、前記平均ｄｕｔｙ算出手段の算出した平均連続印刷ページ数と、に基づいて現像剤寿命を算出する現像剤寿命算出手段と、を備える画像形成装置を特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記平均画像面積率と前記平均連続印刷ページ数とから、現像剤寿命基準値に対する補正係数を導出する補正係数導出手段を備え、前記現像剤寿命算出手段は、前記現像剤寿命基準値に前記補正係数を乗じることにより現像剤寿命を算出する請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記画像面積率が所定のしきい値以下である場合に、該しきい値と前記画像面積率との差分に相当するトナー量を算出する画像面積率差分判定手段を備え、該画像面積率差分判定手段の算出した量のトナーを消費するための調整用トナーパターンを前記潜像担持体に形成する請求項１又は２記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記調整用トナーパターンが、転写領域外に形成される請求項１乃至３の何れか一項記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項記載の画像形成装置と、該画像形成装置の保守・点検情報を管理するサービス端末と、前記画像形成装置と前記サービス端末とを接続する通信ネットワークと、を備え、前記画像形成装置は、前記現像剤寿命算出手段の算出した現像剤寿命を前記サービス端末に送信する画像形成装置の保守管理システムを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤によって潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像剤寿命算出方法であって、計数手段が累積印刷ページ数及び１ジョブ当たりの連続印刷ページ数を計数するステップと、画像面積率算出手段が記録媒体への印刷１ページ当たりの画像面積率を算出するステップと、平均画像面積率算出手段が、前記計数手段の計数した累積印刷ページ数と前記画像面積率算出手段の算出した画像面積率とに基づいて、１ページ当たりにおける平均画像面積率を算出するステップと、平均ｄｕｔｙ算出手段が、前記計数手段の計数した１ジョブ当たりの連続印刷ページ数に基づいて、１ジョブ当たりにおける平均連続印刷ページ数を算出するステップと、現像剤寿命算出手段が、前記平均画像面積率算出手段の算出した平均画像面積率と、前記平均ｄｕｔｙ算出手段の算出した平均連続印刷ページ数と、に基づいて現像剤寿命を算出するステップと、を有する現像剤寿命算出方法を特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の現像剤寿命算出方法をコンピュータに実行させる現像剤寿命算出プログラムを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の現像剤寿命算出プロクラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を特徴とする。

本発明によれば、二成分現像剤中のキャリアの経時劣化状態を、印刷動作における画像面積率や、１ジョブ当たりの平均連続印刷ページ数から予測して現像剤寿命を算出しているので、実際には現像剤寿命に達していないにもかかわらず現像剤を交換しなければならないといった無駄を低減することができ、コスト低減、環境負荷低下を達成することができる。

本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。 作像手段たるプロセスユニットの断面概略図を示す。 本発明に係る画像形成装置の制御手段を示す図である。 第一の実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。 第一の実施形態に係る平均ｄｕｔｙＢと現像剤寿命との関係を示す図である。 第一の実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。 第一の実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷枚数を比較する図である。 第二の実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。 第二の実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。 第二の実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷枚数を示す図である。 第三の実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。 第三の実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。 第三の実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷枚数を示す図である。 第四の実施形態に係るプリンタの保守管理システムを示す図である。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（画像形成装置）の一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の基本的な構成について図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。
プリンタ１は、プリンタ１の最下方に配置されて、記録媒体たる記録紙Ｐを収容する第一給紙カセット１１及び第二給紙カセット１５と、記録紙Ｐの束から一枚ずつ記録紙Ｐを分離して略鉛直方向に形成された給紙経路１９に給送する第一給紙ローラ１３及び第二給紙ローラ１７と、給紙経路１９内に配設されて記録紙Ｐを搬送する複数の搬送ローラ対２１と、搬送されてきた記録紙Ｐを突き当て一旦停止させて画像の転写タイミングをとるレジストローラ対２３と、ベルト駆動ローラ５３との間で二次転写ニップＮ２を形成することにより、記録紙Ｐにトナー像を転写する二次転写ローラ２５と、加圧ローラ２９及び定着ローラ３１を備え、熱と圧力により記録紙Ｐにトナー像を定着させる定着ユニット２７と、定着ローラ３１の電磁誘導発熱層を発熱させるＩＨコイルユニット３３と、排紙経路３５内に配置されてプリンタ１の外部に記録紙Ｐを排出する排紙ローラ対３７と、プリンタ１の外部に排出された記録紙Ｐをスタックするスタック部３９と、一方の面にトナー像が定着された記録紙Ｐを反転させる両面経路４１と、を備える。

また、プリンタ１は、色ごとにトナー像を形成するプロセスユニット１００（１００Ｙ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｋ）と、プロセスユニット１００の下方に配置され、プロセスユニット１００内の感光体１１１（１１１Ｙ、１１１Ｃ、１１１Ｍ、１１１Ｋ）に潜像を書き込む露光ユニット４３と、プロセスユニット１００にて形成されたトナー像が転写される中間転写ベルト４７、中間転写ベルト４７を清掃するベルトクリーニングユニット４９、感光体１１１表面に形成されたトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写ローラ５１（５１Ｙ、５１Ｃ、５１Ｍ、５１Ｋ）、中間転写ベルト４７を駆動するベルト駆動ローラ５３及び中間転写ベルト４７のテンションを調整するベルトテンションローラ５５を備えた中間転写ユニット４５と、中間転写ユニット４５の下方に配置され、ベルトクリーニングユニット４９にて中間転写ベルト４７から除去された転写残トナーを収容する廃トナーボトル５７と、中間転写ユニット４５の上方に配置され、各色トナーを収容するトナーボトル５９（５９Ｙ、５９Ｃ、５９Ｍ、５９Ｋ）と、を備えている。
また、プリンタ１は、プリンタ１の装置全体を制御する制御手段（不図示）を備えている。
同図のプリンタ１は、トナー像形成手段たるプロセスユニット１００として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す）用の４つのプロセスユニット１００Ｙ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｋを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、対外に異なる色のＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。

図２は、作像手段たるプロセスユニットの断面概略図である。プロセスユニット１００は、感光体１１１を含む感光体ユニット１１０と、感光体１１１を現像する現像ユニット１３０とを備える。感光体ユニット１１０と現像剤ユニット１３０は、一体的にプリンタ１本体に着脱可能である。
感光体ユニット１１０は、潜像担持体たるドラム状の感光体１１１と、感光体１１１に付着した転写残トナー等を除去し回収する潜像担持体クリーニング手段たるドラムクリーニング装置１１３、感光体１１１の表面摩擦係数を所定の値にするための滑剤塗布ブラシ１１７および滑剤１１９（ステアリン酸亜鉛）、滑剤１１９を感光体１１１上に均一に塗布するための滑剤塗布ブレード１２１、感光体１１１を均一に帯電するための帯電ローラ１２３、帯電ローラ１２３を清掃する帯電ローラクリーナ１２５などを有している。
ドラムクリーニング装置１１３は、感光体１１１に付着した転写残トナー等を除去するクリーニングブレード１１５を備えている。
帯電ローラ１２３は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向（矢印Ａ方向）に回転駆動する感光体１１１の表面を図示しない帯電バイアス印加手段からＡＣ電圧にＤＣ電圧を重畳した帯電バイアスを印加して一様に帯電させる。続いて、画像信号に対応した露光ユニット４３（図１参照）から発せられるレーザ光Ｌによって露光走査されて静電潜像を形成する。

現像ユニット１３０は、第一搬送スクリュー１３３が配設された第一現像剤収容部１３１と、第二搬送スクリュー１３７が配設された第二現像剤収容部１３５を有しており、第一現像剤収容部１３１の下面には、透磁率センサからなるトナー濃度センサ１３９が設置されており、磁性体であるキャリア粒子とトナーの混合比を透磁率から算出し、所定のトナー濃度になるように、図示しないトナー補給装置から必要によってトナーを補給している。
第一搬送スクリュー１３３は、図示しない駆動手段によって回転駆動され、第一現像剤収容部１３１内の現像剤は図２の紙面に直交する方向における奥側から手前側に搬送され、第一現像剤収容部１３１と第二現像剤収容部１３５との間の仕切り壁１４１に設けられた図示しない連通口を経て、第二現像剤収容部内１３５に進入する。
第二現像剤収容部内１３５の第二搬送スクリュー１３７は、図示しない駆動手段によって回転駆動されることで、現像剤を図２の紙面に直交する方向における手前側から奥側に搬送する。第二搬送スクリュー１３７の上方には、現像スリーブ１４３が第二搬送スクリュー１４１と平行な姿勢で配設され、現像剤担持体たる現像スリーブ１４３は図中反時計回り方向（矢印Ｂ方向）に回転駆動される。
現像スリーブ１４３は非磁性材料（アルミ）パイプからなり、表面をサンドブラストで粗面化処理されている。現像スリーブ１４３の内部には、図示しないマグネットが配設されており、第二搬送スクリュー１３７によって搬送される現像剤の一部は、このマグネットの発する磁力によって現像スリーブ１４３表面に汲み上げられる。そして、現像スリーブ１４３と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレード１４５によってその層厚が規制された後、感光体１１１と対抗する現像領域まで搬送され、図示しない現像バイアス印加手段から現像スリーブ１４３に印加される現像バイアスによって、感光体１１１上に形成された静電潜像にトナーを付着させ、トナー像を形成する。現像によってトナーを消費した現像剤は、現像スリーブ１４３の回転に伴って第二搬送スクリュー１３７上に戻される。そして、図２の紙面に直交する方向における奥側まで搬送されると、図示しない連通口を経て第一現像剤収容部１３１内に戻る。

トナー濃度センサ１３９による現像剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御手段に送られる。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度と相関を示すため、トナー濃度センサ１３９はトナー濃度に応じた値の電圧を出力する。上記制御手段はＲＡＭ（Randam Access Memory）等の情報記憶手段を備えており、この中にトナー濃度センサ１３９からの出力電圧の目標値であるＶｒｅｆを格納しており、トナー濃度センサ１３９からの出力電圧値とＶｒｅｆを比較し、図示しないトナー供給装置から比較結果に応じたトナー量を現像ユニット１３０中の第一現像剤収容部１３１の図２の紙面に直交する方向における奥側からトナーを補給し、現像剤中のトナー濃度を所望の値に維持する。トナー濃度センサ１３９とトナー供給装置による本制御は、各色個別に実施されている。

図１に示すように、プロセスユニット１００の図中下方には、露光ユニット４３が配設されている。潜像書き込み手段たる露光ユニット４３は、画像情報に基づいてレーザ光Ｌを各プロセスユニット１００の感光体１１１表面に照射する。これによって、感光体１１１上に静電潜像を形成する。なお、露光ユニット４３は、光源たるレーザーダイオード（不図示）から発せられたレーザ光Ｌを感光体１１１に照射するものである。レーザーダイオードから発せられたレーザ光Ｌは、モータによって回転駆動されるポリゴンミラーによって走査され、複数の光学レンズやミラーを介して感光体１１１に到達する。かかる構成に代えて、ＬＥＤアレイによる露光手段を採用することもできる。
露光ユニット４３の下方には、第一給紙カセット１１、第二給紙カセット１５が鉛直方向に並べて配置されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録媒体たる記録紙Ｐが収容されており、最上位の記録紙Ｐには、第一給紙ローラ１３、第二給紙ローラ１７がそれぞれ当接している。図示しない駆動手段によって、所定のタイミングにて給紙ローラが図１中反時計回り方向（矢印Ｃ方向）に回転駆動されると、記録紙Ｐが給紙カセットの図中右側方において略鉛直方向に配設された給紙経路１９に向けて排出される。給紙経路１９には複数の搬送ローラ対２１が配設されており、給紙経路１９に送出された記録紙Ｐは、これらの搬送ローラ対２１によって上方に向けて搬送される。

給紙経路１９には、レジストローラ対２３が配設されている。レジストローラ対２３は、搬送ローラ対２１によって搬送されてきた記録紙Ｐを一旦停止させる。そして、中間転写ベルト４７上に形成されたトナー画像が中間転写ベルト４７と二次転写ローラ２５との間に形成された二次転写ニップＮ２に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ対２３が駆動し、記録紙Ｐを二次転写ニップＮ２に向けて送り出す。
各プロセスユニット１００の図中上方には、無端移動体である中間転写ベルト４７を張架しながら図中反時計回り方向（矢印Ｄ方向）に無端移動させる中間転写ユニット４５が配設されている。転写手段たる中間転写ユニット４５は、中間転写ベルト４７の他、ベルトクリーニングユニット４９、各色の感光体１１１と対抗する位置に配設された一次転写ローラ５１（５１Ｙ、５１Ｃ、５１Ｍ、５１Ｋ）、外部からの駆動を受けて中間転写ベルト４７を駆動させるベルト駆動ローラ５３、ベルトテンションローラ５５等で構成されている。なお、ベルト駆動ローラ５３は、二次転写ローラ２５の対抗ローラを兼ねている。
これらのローラに張架されながら、中間転写ベルト４７は、ベルト駆動ローラ５３の回転駆動によって無端移動する。

一次転写ローラ５１は中間転写ベルト４７を介して感光体１１１に当接し、一次転写ニップＮ１を形成している（図２参照）。感光体１１１上に形成されたトナー画像のトナーとは逆極性の転写バイアスを一次転写ローラ５１に印加することで、感光体１１１上のトナー画像を中間転写ベルト４７上に転写する。各色のプロセスユニット１００にて形成された各色のトナー画像は、中間転写ベルト４７上に順次一次転写され、中間転写ベルト４７上にカラー画像が形成される。
中間転写ベルト４７の外側であって、ベルト駆動ローラ５３と中間転写ベルト４７とを挟んで対抗する位置に、二次転写ローラ２５が配設されている。二次転写ローラ２５は、バネ荷重によって、ベルト駆動ローラ５３に所定の荷重で当接し、二次転写ニップＮ２が形成されている。
中間転写ベルト４７上に形成されたカラー画像は、中間転写ベルト４７の無端移動によって二次転写ニップＮ２に移動する。レジストローラ対２３は、中間転写ベルト４７に担持されたカラー画像が二次転写ニップＮ２に進入するのと同期して駆動し、記録紙Ｐを二次転写ニップＮ２に進入させる。
トナー画像は、二次転写ローラ２５とベルト駆動ローラ５３との間に形成される二次転写電界とニップ圧によって、記録紙Ｐに二次転写される。二次転写の電界は、ベルト駆動ローラ５３にトナーと同極性の転写バイアスを印加し、二次転写ローラ２５を接地することで形成している。

二次転写ニップＮ２を通過した後の中間転写ベルト４７上には、記録紙Ｐに転写されなかったトナーが僅かに残っている。これは、ベルトクリーニングユニット４９によってクリーニングされる。なお、ベルトクリーニングユニット４９は、中間転写ベルト４７の表面に当接するクリーニングブレード５０を有しており、中間転写ベルト４７上の転写残トナーをクリーニングブレード５０にて掻きとって除去する。
中間転写ベルト４７上から除去された転写残トナーは、廃トナーボトル５７に収容され、廃棄される。
二次転写ニップＮ２の記録紙Ｐ搬送方向下流側（上方）には、定着ユニット２７が配設されている。この定着ユニット２７は、電磁誘導発熱層を内包する定着ローラ３１、定着ローラ３１と所定圧力で当接され、所定のニップ幅を形成する加圧ローラ２９、図示しない温度センサ等で構成されている。定着ローラ３１の図中左側に、定着ローラ３１内の電磁誘導発熱層を発熱させるための電磁誘導手段であるＩＨコイルユニット３３を有する。定着ローラ３１は、ＩＨコイルによる電磁誘導で加熱される。加圧ローラ２９が時計回り方向（矢印Ｅ方向）に、定着ローラ３１が反時計回り方向（矢印Ｆ方向）に図示しない駆動源によって回転移動する。
二次転写ニップＮ２を通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト４７から分離された後、定着ユニット２７内に搬送される。そして、定着ユニット２７の定着ニップＮ３に挟まれながら図中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ローラ３１によって加熱され、同時に定着ニップＮ３で加圧されてトナー画像が記録紙Ｐ上に定着される。

このようにして定着処理が施された記録紙Ｐは、排紙ローラ対３７を経由してプリンタ１の機外に排出され、プリンタ１本体の上面に形成されたスタック部３９にスタックされる。
中間転写ユニット４５の上方には、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋトナーを収容する各色のトナーボトル５９（５９Ｙ、５９Ｃ、５９Ｍ、５９Ｋ）が配設されている。トナーボトル５９に収容された各色のトナーは、各色のプロセスユニット１００の現像ユニット１３０に適宜供給される。これらトナーボトル５９は、プリンタ１本体から脱着可能となっており、トナーボトル５９内のトナー残量がなくなると、トナーボトル５９を交換できるようになっている。

〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図３乃至図６に基づいて説明する。図３は、本発明に係る画像形成装置の制御手段を示す図である。図４は、本実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。図５は、本実施形態に係る平均ｄｕｔｙＢと現像剤寿命との関係を示す図である。図６は、本実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。
本実施形態においては、累積印刷ページ数と画像面積率と１ジョブ当たりの連続印刷ページ数とから現像剤の寿命を算出するための補正係数を求め、この補正係数を現像剤寿命の基準値に乗ずることによって、実際の現像剤の寿命により近い現像剤寿命を算出する点に特徴がある。
本実施形態においては、プリンタ１（画像形成装置）としてリコーＩｍａｇｉｏ ＭＰＣ４５００を用いた。本装置の印刷速度は３５枚／分（Ａ４Ｙ）、プロセス速度は２０５ｍｍ／ｓである。なお、以下に示す実施例は本発明の一実施形態であり、プロセスコントロールのタイミングや、制御方法等を限定する趣旨ではない。

図３に示すように、本実施形態における制御手段２００は、累積印刷ページ数Ｃ、連続印刷動作１回（１ジョブ）当たりの連続印刷ページ数であるｄｕｔｙＢｊ、及び総ジョブ数Ｊを計数する計数手段２０１と、記録紙Ｐ（記録媒体）の画像面積率Ａｐを１ページ毎に算出する画像面積率算出手段２０２と、累積印刷ページ数Ｃと各ページの画像面積率Ａｐとから１ページ当たりの画像面積率の平均値（平均画像面積率Ａ）を算出する平均画像面積率算出手段２０３と、１ジョブ当たりの連続印刷ページ数の平均値を示す平均ｄｕｔｙＢを算出する平均ｄｕｔｙ算出手段２０４と、平均画像面積率Ａと平均ｄｕｔｙＢとから現像剤寿命の基準値（現像剤寿命基準値Ｄ）に対する補正係数（ａ、ｂ）を導出する補正係数導出手段２０６と、補正係数（ａ、ｂ）と現像剤寿命基準値Ｄとから現像剤を交換すべき時期を示す現像剤寿命Ｘを算出する現像剤寿命算出手段２０７と、を備える。また、制御手段２００は、累積印刷ページ数Ｃ、ｄｕｔｙＢｊ、総ジョブ数Ｊ、画像面積率Ａｐ、平均画像面積率Ａ、平均ｄｕｔｙＢ、補正係数を記憶する不揮発性メモリからなる記憶手段２０５を備えている。
現像剤寿命は累積印刷ページ数を基準とした値である。現像剤寿命基準値Ｄは、所定の条件の下で印刷を続けた場合に現像剤が寿命に達した累積印刷ページ数であり、予め実験にて算出しておく。また、現像剤寿命Ｘは本発明により求められる現像剤寿命を示す累積印刷ページ数である。

以下、制御手段２００が備える各手段の動作、及び各手段を用いた現像剤寿命Ｘの導出方法について説明する。
計数手段２０１は、累積印刷ページ数Ｃ、連続印刷動作１回（１ジョブ）当たりの連続印刷ページ数であるｄｕｔｙＢｊ、及び総ジョブ数Ｊを計数する（計数ステップ）。
計数手段２０１は、累積印刷ページ数Ｃを係数するにあたり、１回の印刷が行われる毎に１ずつカウントアップする。なお、ここでいう１回の印刷とは記録紙Ｐの片面に印刷することである。記録紙Ｐの両面に印刷する場合、計数手段は表面への印刷と裏面への印刷とを夫々カウントするので、２回カウントアップすることとなる。
本実施形態に係るプリンタ１は、印刷モードとして白黒モードとフルカラーモードとを備えている。白黒モードは、プロセスユニット１００Ｋのみが動作するプリンタ１の動作形態であり、フルカラーモードは、４色全てのプロセスユニット１００が動作するプリンタ１の動作形態である。計数手段２０１は、白黒モード時における累積印刷ページ数Ｃｍと、フルカラーモード時における累積印刷ページ数Ｃｃとを夫々計数している。従って、プロセスユニット１００Ｋの累積印刷ページ数Ｃｋは、累積印刷ページ数Ｃｍに累積印刷ページ数Ｃｃを加えたものに等しい（Ｃｋ＝Ｃｍ＋Ｃｃ）。また、プロセスユニット１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｙの累積印刷ページ数Ｃｍａ、Ｃｃｙ、Ｃｙｅは、夫々累積印刷ページ数Ｃｃに等しい。計数手段２０１の計数した累積印刷ページ数Ｃｍ、Ｃｃは、夫々記憶手段２０５に格納される。なお、各プロセスユニットにおける現像剤寿命の算出方法は同一であるため、以下の説明においては、累積印刷ページ数Ｃｋ、Ｃｍａ、Ｃｃｙ、Ｃｙｅを代表的に累積印刷ページ数Ｃと表現する。

画像面積率算出手段２０２は、記録紙Ｐ（記録媒体）の画像面積率Ａｐを１ページ毎に算出して、記憶手段２０５に格納する（画像面積率算出ステップ）。
平均画像面積率算出手段２０３は、累積印刷ページ数Ｃを記憶手段５から読み出して、累積印刷ページ数Ｃにおける画像面積率Ａｐの平均値（平均画像面積率Ａ）を算出し、記憶手段２０５に格納する（平均画像面積率算出ステップ）。
平均ｄｕｔｙ算出手段２０４は、１回の連続印刷を１つのジョブと定義し、夫々のジョブのｄｕｔｙＢｊと総ジョブ数Ｊとを記憶手段５から読み出して、ｄｕｔｙＢｊと総ジョブ数Ｊとから累積印刷ページ数Ｃにおける連続印刷ページ数の平均値である平均ｄｕｔｙＢを算出し、記憶手段２０５に格納する（平均ｄｕｔｙ算出ステップ）。なお、ｄｕｔｙは、印刷が連続的に行われたか間欠的に行われたかを示す情報である。

補正係数導出手段２０６は、現像剤寿命基準値Ｄ、図４及び図５から、各平均画像面積率Ａに対応した補正係数ａと、各平均ｄｕｔｙＢに対応した補正係数ｂとを導出する。
ここで、基準となる現像剤寿命基準値Ｄを決定する方法について説明する。現像剤が寿命に達する場合とは、（１）トナーから離脱した外添剤がキャリアを覆ってしまうことによりキャリアの帯電能力が下がってしまい、トナーの帯電量が所定の閾値以下となる場合、（２）キャリア表面膜が摩耗することでキャリアの抵抗が低下してしまい、キャリアへ注入された電荷が原因でキャリアが逆極性に帯電することにより感光体ドラムへ付着するキャリア量が所定の閾値以上となる場合である。（１）と（２）の少なくとも一方を満たした場合の累積印刷ページ数を実験的に求めることで、現像剤寿命基準値Ｄを決定する。本実施形態においては、画像面積率５［％］、ｄｕｔｙ５［ページ／ジョブ］の条件の下で実験したところ、現像剤寿命基準値Ｄは４５万ページとなった。なお、現像剤寿命基準値Ｄは実験条件により変動する数値であり、本実施形態における４５万ページとは、あくまでも一例に過ぎない。

図４に示すように、平均画像面積率Ａによって現像剤寿命は変動する。また、図５に示すように、ｄｕｔｙが変化すると、プロセスユニットの単位駆動時間に対するトナー消費量が変動するため、ｄｕｔｙによっても現像剤寿命は変動する。
補正係数ａと補正係数ｂの導出について説明する。
補正係数導出手段２０６は、現像剤寿命基準値Ｄが決定されたときの印刷条件における現像剤寿命を１としたときの、各平均画像面積率における現像剤寿命の比率を補正係数ａとして導出し、各平均ｄｕｔｙＢにおける現像剤寿命の比率を補正係数ｂとして導出する（補正係数導出ステップ）。
本実施形態において補正係数ａは、平均画像面積率５％における現像剤寿命を１として、補正係数ａ、ｂを導出している。なお、図６には、画像面積率Ａを８つに区分して８つの補正係数ａを導出し、平均ｄｕｔｙＢを５つに区分して８つの補正係数ｂを導出することにより作成した補正係数テーブルが示されている。このように、予め補正係数ａ、ｂを所定の区分に分割して求めたテーブルを作成しておき、このテーブルに基づいて補正係数ａ、ｂを決定するようにしてもよい。

現像剤寿命算出手段２０７は、現像剤寿命Ｘを算出する（現像剤寿命算出ステップ）。現像剤寿命算出手段２０７は、現像剤寿命Ｘを、Ｄ×ａ×ｂ、すなわち、
Ｘ［ページ］＝４５００００［ページ］×ａ×ｂ
・・・・・・・・・・（１）
と決定している。また、累積印刷ページ数Ｃと現像剤寿命Ｘが、
Ｃ［ページ］≧Ｘ［ページ］
・・・・・・・・・・（２）
の関係を満たしたときに、現像剤の交換時期であると判断する。
従来、現像剤寿命の判断に用いられた累積印刷ページ数は、最も厳しい条件に設定して印刷を続けた場合を想定して決定されたものである。しかし実際には、想定した条件が連続することは考えづらく、実際には寿命に達していなくとも、現像剤を交換しなければならなかった。本実施形態においては、現像剤の劣化状態と現像剤寿命とのマッチングが図れており、実際の現像剤の寿命により近い累積印刷ページ数を現像剤寿命と判断するので、従来のような無駄を低減できる。

図７は、平均画像面積率５［％］、平均ｄｕｔｙ５［ページ／ジョブ］の条件の下、繰り返し印刷を行った場合の本実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷ページ数を比較する図である。本実施形態においては現像剤交換までの累積印刷ページ数が多くなっており、無駄なく現像剤を使用することができる。

以上のように、本実施形態によれば、二成分現像剤中のキャリアの経時劣化状態を、印刷動作における画像面積率や、１ジョブ当たりの平均連続印刷ページ数から予測して現像剤寿命を決定しているので、実際には現像剤寿命に達していないにもかかわらず現像剤を交換しなければならないといった無駄を低減することができ、コスト低減、環境負荷低下を達成することができる。
なお、本実施形態に示した現像剤寿命Ｘの算出方法をコンピュータに実行させるプログラムにて実現させてもよい。また、このプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶することにより、配布が可能となる。

〔第二の実施形態〕
本発明の第二の実施形態について図３、図８及び図９に基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。図９は、本実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。本実施形態においては、１ページ当たりの画像面積率が所定のしきい値以下である場合に、そのしきい値との差分に相当するトナーを消費するようにした点に特徴がある。以下、第一の実施形態と同一の部分については、その説明を省略する。
本実施形態におけるプリンタ１は、図６に示すように、平均画像面積率Ａが５［％］のときの補正係数ａが最大値１となり、現像剤寿命が最長となる。従って、本実施形態においては、現像剤寿命が最長となる平均画像面積率Ａである５％をしきい値Ｅと決定した。なお、本実施形態におけるしきい値Ｅの決定方法は、あくまで一例に過ぎず、他の方法により決定してもよい。
本実施形態における制御手段２１０は、第一の実施形態における制御手段２００に、さらに画像面積率差分判定手段２１１（以下、差分判定手段２１１という）を備えている。差分判定手段２１１は、しきい値Ｅと、実際の画像面接率Ａｐとを比較し、画像面積率Ａｐがしきい値Ｅ以下であった場合（Ａｐ≦Ｅ）に、その差分に相当するトナー量を算出する。プリンタ１は、差分に相当するトナー量を消費可能なトナーパターン（調整用トナーパターン）を感光体１１１（図２参照）上に形成し、最良の画像面積率と、実際のトナー消費量とのマッチングを図っている。
この調整用トナーパターンは、画像面積率Ａｐがしきい値Ｅ以下となった印刷動作と、次の印刷動作との間の紙間領域、すなわち転写紙Ｐに転写されない領域（転写領域外）に形成され、トナーを消費している。なお、このトナー消費を１ページごとではなく、所定ページ数毎、あるいは１ジョブごとに行うようにしてもよい。また、調整用トナーパターンを紙間領域以外の箇所に形成してもよい。例えば、あるジョブが終了した後に調整用トナーパターンを感光体１１１に形成し、該トナーパターンを印刷することなくクリーニングするようにしてもよい。

図８のグラフでは、図４のグラフに比して、しきい値以下の画像面積率における現像剤寿命が改善されていることがわかる。トナー消費が少ないと、トナー収支が少ない条件で現像剤が攪拌されつづけてしまうため、キャリアの摩耗が早く、キャリアの抵抗低下によって現像剤寿命が早まるという問題がある。本実施形態においては、画像面積率が５％以下であった場合は、トナー消費量が５％となるように差分の画像面積率パッチを形成してトナーを消費しているため、現像剤の寿命が長くなっている。
本実施形態における補正係数ａは、図８に基づいて導出している。なお、補正係数ａ、補正係数ｂ、現像剤寿命基準値Ｄ、及び現像剤寿命Ｘの算出方法は、第一の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図１０は、平均画像面積率５［％］、平均ｄｕｔｙ５［ページ／ジョブ］の条件の下、繰り返し印刷を行った場合の本実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷ページ数を比較する図である。本実施形態においては現像剤交換までの累積印刷ページ数が多くなっており、無駄なく現像剤を使用することができる。

以上のように本実施形態によれば、１ページ当たりの画像面積率が一定の閾値以下であった場合に、画像面積率としきい値との差分に相当するトナー量となる調整用トナーパターンを潜像担持体上に形成することによって、常に一定量以上のトナーを消費することができる。従って、トナー消費が少ないことによるトナーやキャリアの劣化を低減することができる。さらに本実施形態においては、トナー劣化によるトナー飛散や異常画像を抑制できる他、トナーの収支が少ないことによるキャリア劣化が少ないという利点がある。
なお、調整用パターンを形成する場合と形成しない場合とではキャリアの劣化状態が変わるため、現像剤の寿命がばらつきやすく、従来のように、所定ページ数の印刷が行われたことをもって現像剤寿命であると判断する場合、現像剤寿命（現像剤の交換時期）を短めに設定しなければならないといった問題が生じる。しかし、本発明においては、現像剤の寿命を画像面積率と１ジョブ当たりの連続印刷ページ数とから算出しているので、従来のような問題は起こらない。従って、より無駄を少なくでき、コスト低減、環境負荷低減を達成することができる。
なお、本実施形態に示した現像剤寿命Ｘの算出方法をコンピュータに実行させるプログラムにて実現させてもよい。また、このプログラムをＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶することにより、配布が可能となる。

〔第三の実施形態〕
本発明の第三の実施形態について図１１、図１２に基づいて説明する。図１１は、本実施形態に係る平均画像面積率Ａと現像剤寿命との関係を示す図である。図１２は、本実施形態に係る現像剤寿命補正係数を示すテーブルである。本実施形態においては、トナーボトル中にキャリアを混合した点に特徴がある。以下、第一及び第二の実施形態と同一の部分については、その説明を省略する。
本実施形態において、プリンタ１のトナーボトル５９中（図１参照）には、比率が１０ｗｔ％となる量のキャリアが予め混合されている。
図１１では図４に比して、斜線にて示した高画像面積率側の現像剤寿命が改善されている。トナー補給量の多い高画像面積率の印刷においては新しいキャリアが補給されていくこととなり、キャリア全体としての劣化状態が抑制されるためである。なお、トナーの補給によって、現像ユニット１３０にて余剰となった現像剤は、図示しない現像剤排出スクリューにより自動的に現像ユニット１３０外へと排出される（図２参照）。
本実施形態における補正係数ａは、図１１に基づいて導出している。なお、補正係数ａ、補正係数ｂ、現像剤寿命基準値Ｄ、及び現像剤寿命Ｘの算出方法は、第一の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
図１３は、平均画像面積率５［％］、平均ｄｕｔｙ５［ページ／ジョブ］の条件の下、繰り返し印刷を行った場合の本実施形態と従来例の現像剤交換までの累積印刷ページ数を比較する図である。本実施形態においては現像剤交換までの累積印刷ページ数が多くなっており、無駄なく現像剤を使用することができる。

以上のように、本実施形態によれば、トナーボトル中にトナーだけでなく一定量のキャリアも含有させることによって、現像ユニット内に新しいキャリアを少しずつ補給し、余剰分の現像剤を現像剤排出装置によって現像装置外へと排出しているので、キャリアの寿命を延ばすことができる。
なお、本実施形態の構成では、画像面積率によりキャリアの入れ替わり率が変動するため、画像面積率によって現像剤の寿命が大きく変わるといった問題がある。例えば、従来のように、所定ページ数の印刷が行われたことをもって現像剤寿命であると判断する場合、現像剤寿命（現像剤の交換時期）を短めに設定しなければならないといった問題が生じる。具体的には、キャリアの補給によってキャリアの寿命が延びても、ほとんどトナー収支が無いような極端な使用環境下においては、キャリア寿命が延びない場合があり、結果的に現像剤寿命を短めに設定しなければならないといった問題がある。しかし、本実施形態においては、現像ユニット内に新しいキャリアを補給するとともに、キャリアの劣化状態を予測して現像剤交換時期を決定しているので、延長されたキャリア寿命分を適切に判断することができ、キャリア寿命の延長効果を最大限活かすことができる。

〔第４実施形態〕
本発明の第四の実施形態について図１４に基づいて説明する。図１４は、本実施形態に係るプリンタの保守管理システムを示す図である。本実施形態においては、第一乃至第三の実施形態に示したプリンタ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、プリンタ１の保守、点検を含む管理を行うためのサービス側端末３０１と、を通信ネットワーク３０２を介して接続し、プリンタの保守管理システム３００を構築した点に特徴がある。
プリンタ１は、平均画像面積率Ａに基づいて導出した補正係数ａと、平均ｄｕｔｙＢに基づいて導出した補正係数ｂと、現像剤寿命基準値Ｄとから、現像剤寿命Ｘを算出し、現像剤寿命Ｘを現像剤交換時期の予測結果としてサービス側端末３０１に送信する。また、プリンタ１は、合わせて累積印刷ページ数Ｃをサービス側端末３０１に送信する。サービス側端末３０１は、プリンタ１から受信した予測結果及び累積印刷ページ数Ｃを保守管理情報として管理する。
第一乃至第三の実施形態における説明から明らかなように、補正係数ａ、ｂはプリンタ１の印刷条件によって変動するので、累積印刷ページ数Ｃの増加に伴って現像剤寿命Ｘも変動する。従ってプリンタ１は、所定の間隔、例えば所定の累積印刷ページ数毎、あるいは所定期間毎にて現像剤寿命Ｘをサービス側端末３０１に送信することが望ましい。また、サービス側端末３０１は、受信した累積印刷ページ数Ｃ、現像剤寿命Ｘ及び現像剤寿命Ｘの変動状況を保守管理情報として管理することで、現像剤の交換時期をより正確に予測することができる。

以上のように本実施形態によれば、サービス側端末が保守管理情報に基づいて予測される現像剤の交換時期を管理するので、予測された現像剤の交換時期情報に基づいて現像剤の交換サービスを提供することができるようになる。従って、よりスムーズかつ正確に現像剤交換を行うことができ、プリンタのダウンタイムを低減することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…プリンタ、２００、２１０…制御手段、２０１…計数手段、２０２…画像面積率算出手段、２０３…平均画像面積率算出手段、２０４…平均ｄｕｔｙ算出手段、２０５…記憶手段、２０６…補正係数導出手段、２０７…現像剤寿命算出手段、２１１…画像面積率差分判定手段、３００…保守管理システム、３０１…サービス側端末、３０２…通信ネットワーク

特開２００８−０７６４２８公報 特開２００４−２３３８２６公報 特開２００９−０１５０４６公報

Claims (8)

1. トナーとキャリアとからなる二成分現像剤によって潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置であって、
   累積印刷ページ数及び１ジョブ当たりの連続印刷ページ数を計数する計数手段と、
   記録媒体への印刷１ページ当たりの画像面積率を算出する画像面積率算出手段と、
   前記計数手段の計数した累積印刷ページ数と、前記画像面積率算出手段の算出した画像面積率と、に基づいて１ページ当たりにおける平均画像面積率を算出する平均画像面積率算出手段と、
   前記計数手段の計数した１ジョブ当たりの連続印刷ページ数に基づいて、１ジョブ当たりにおける平均連続印刷ページ数を算出する平均ｄｕｔｙ算出手段と、
   前記平均画像面積率算出手段の算出した平均画像面積率と、前記平均ｄｕｔｙ算出手段の算出した平均連続印刷ページ数と、に基づいて現像剤寿命を算出する現像剤寿命算出手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記平均画像面積率と前記平均連続印刷ページ数とから、現像剤寿命基準値に対する補正係数を導出する補正係数導出手段を備え、
   前記現像剤寿命算出手段は、前記現像剤寿命基準値に前記補正係数を乗じることにより現像剤寿命を算出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記画像面積率が所定のしきい値以下である場合に、該しきい値と前記画像面積率との差分に相当するトナー量を算出する画像面積率差分判定手段を備え、該画像面積率差分判定手段の算出した量のトナーを消費するための調整用トナーパターンを前記潜像担持体に形成することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記調整用トナーパターンが、転写領域外に形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項記載の画像形成装置と、該画像形成装置の保守・点検情報を管理するサービス端末と、前記画像形成装置と前記サービス端末とを接続する通信ネットワークと、を備え、
   前記画像形成装置は、前記現像剤寿命算出手段の算出した現像剤寿命を前記サービス端末に送信することを特徴とする画像形成装置の保守管理システム。
6. トナーとキャリアとからなる二成分現像剤によって潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像剤寿命算出方法であって、
   計数手段が累積印刷ページ数及び１ジョブ当たりの連続印刷ページ数を計数するステップと、
   画像面積率算出手段が記録媒体への印刷１ページ当たりの画像面積率を算出するステップと、
   平均画像面積率算出手段が、前記計数手段の計数した累積印刷ページ数と前記画像面積率算出手段の算出した画像面積率とに基づいて、１ページ当たりにおける平均画像面積率を算出するステップと、
   平均ｄｕｔｙ算出手段が、前記計数手段の計数した１ジョブ当たりの連続印刷ページ数に基づいて、１ジョブ当たりにおける平均連続印刷ページ数を算出するステップと、
   現像剤寿命算出手段が、前記平均画像面積率算出手段の算出した平均画像面積率と、前記平均ｄｕｔｙ算出手段の算出した平均連続印刷ページ数と、に基づいて現像剤寿命を算出するステップと、を有することを特徴とする現像剤寿命算出方法。
7. 請求項６記載の現像剤寿命算出方法をコンピュータに実行させることを特徴とする現像剤寿命算出プログラム。
8. 請求項７記載の現像剤寿命算出プロクラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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