JP2011232379A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーを使い切ることが出来るようにすることや、不必要なトナーセーブ機能による画像品質劣化を防止することができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】画像形成装置は、感光体の回転時間から感光体の寿命を測定する測定手段と、トナーの使用量を検出する検出手段と、感光体の寿命とトナーの使用量との関係が、ＡＩＯカートリッジを使い切るための所定の関係になっているかどうかを判定し、その結果をユーザーに通知する制御手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＡＩＯカートリッジを備える画像形成装置に関する。

感光体、トナー、現像ユニット、等が一体となったカートリッジ（以下ＡＩＯカートリッジ：All In One cartridgeと略す）は、一般的に次の条件を満たしたときＡＩＯカートリッジの寿命となる。
（１）トナーエンド
（２）感光体の寿命（回転時間が寿命に到達）
（３）廃トナーが満杯

従って、トナーエンドの前に感光体の寿命、または、廃トナーが満杯になった場合、トナーを残したままＡＩＯカートリッジを交換しなければならないため、ユーザーがトナーを節約しても、トナーが無駄になる。

ユーザーに対して、レポートやオペパネなどによりトナー残量、感光体の回転時間、廃トナー蓄積状況の情報を提供しており、ユーザーはそれらの情報でＡＩＯカートリッジの寿命管理をしている。

特許文献１には、カートリッジの寿命管理の目的で、累積の現像ローラ駆動時間に基づいてトナーカートリッジの寿命管理を行う際に、現像ローラ駆動時間の残量の演算を画像形成装置の使用の実態に適合させて判断できるようにした技術が開示されている。

また、特許文献２には、ＡＩＯカートリッジにかかる技術が開示されている。

しかし、今までのＡＩＯカートリッジを使った画像形成装置では、トナーを節約しても、画像面積が小さい（トナー消費量が少ない）印刷を続けると、感光体の寿命や廃トナー満杯により、トナーエンドの前にＡＩＯカートリッジを交換しなければならない場合があった。

また、ユーザーがトナーを節約（トナーセーブモードＯＮや太字やベタ画像を避けるなど）しても、トナーを使い切れているかわからなかった。

また、不必要なトナーセーブモードにより機器本来の画像品質が得られていない場合があった。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、トナーの使用量の多い少ないをユーザーに知らせてトナーを使い切ることが出来るようにすることや、不必要なトナーセーブ機能による画像品質劣化を防止することができる画像形成装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、感光体の回転時間から感光体の寿命を測定する測定手段と、トナーの使用量を検出する検出手段と、感光体の寿命とトナーの使用量との関係が、ＡＩＯカートリッジを使い切るための所定の関係になっているかどうかを判定し、その結果をユーザーに通知する制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、印刷した画像の画素数を計測する計測手段を備え、計測された画素数を基に、制御手段はトナー使用量の多い少ないを判定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、ユーザーへの通知は、操作部への表示、ウェブブラウザでの表示および印刷出力の少なくとも１つによることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、判定の結果を基に自動的にトナーセーブモードをＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、判定に際して、ＡＩＯカートリッジの寿命を感光体の寿命値と廃トナーフルとのいずれかに切替ることを特徴とする。

本発明によれば、トナーの使用量の多い少ないをユーザーに知らせてトナーを使い切ることが出来るようにすることや、不必要なトナーセーブ機能による画像品質劣化を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態におけるＡＩＯカートリッジについて説明する図である。 本発明の実施の形態に係る電装部のブロック図である。 一般的なＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。 本発明の実施の形態におけるＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。 本発明の実施の形態におけるＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。 本発明の実施の形態における制御について説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態における制御について説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるレポートの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態における画像形成装置であるタンデム方式のフルカラープリンタの内部構造を示す側面図である。この画像形成装置は、プロセスカートリッジとして、ＡＩＯカートリッジを採用したものである。画像形成装置であるフルカラープリンタの画像形成部には、作像ユニットを内蔵した４つのＡＩＯカートリッジ（ＡＩＯカートリッジ（Ｋ）、ＡＩＯカートリッジ（Ｃ）、ＡＩＯカートリッジ（Ｍ）、ＡＩＯカートリッジ（Ｙ））と、これらＡＩＯカートリッジの下側に位置する中間転写ベルト１１と、２次転写体である２次転写ローラ７がある。括弧内のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を意味する。

４つのＡＩＯカートリッジは、各々異なる色のトナー像を形成する。これら４つのＡＩＯカートリッジの構造は同じある。なお、図１では各色の代表としてブラック（Ｋ）についてＡＩＯカートリッジ（Ｋ）にはトナーカートリッジ２、現像ユニット３、ＰＣＵ１２が含まれることを示した。ＡＩＯカートリッジの構造の詳細は後述する。

中間転写ベルト１１は、駆動ローラと、支持ローラとにより張架されている。そして、中間転写ベルト１１は、図示しないモータによって回転駆動されるようになっている。中間転写ベルト１１の内側には、１次転写体である４つの１次転写バイアスローラが設けられている。４つの１次転写バイアスローラは、中間転写ベルト１１を介して、各々感光体Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの転写位置に対向配置されている。１次転写バイアスローラは、図示しない転写バイアス印加部を構成する１次転写バイアス印加部によって１次転写バイアスが印加され、感光体の表面のトナー画像を中間転写ベルト１１の表面に転写する。なお、１次転写バイアス印加部は、高圧電源である。また、支持ローラの近傍には、中間転写ベルト１１をクリーニングするクリーニング装置が設けられていてよい。

２次転写ローラ７は、中間転写ベルト１１を介して支持ローラに対向する位置に設けられている。２次転写ローラ７は、図示しない転写バイアス印加部を構成する２次転写バイアス印加部によって２次転写バイアスが印加され、中間転写ベルト１１とで挟持した記録材である用紙に中間転写ベルト１１上のトナー画像を２次転写する。なお、２次転写バイアス印加部は高圧電源である。

また、光書込ユニット１は、４つのＡＩＯカートリッジの上側に配置され、ＹＭＣＫそれぞれの色ごとの画像データに対応するレーザー光を各感光体の表面に向けて照射し、各感光体の表面に静電潜像を形成する。この光書込ユニット１としては、レーザー光源、ポリゴンミラーなどを用いたレーザースキャン方式のものを示しているが、ＬＥＤアレイと結像手段とを組合せた方式のものを用いてもよい。

給紙カセット１３内には用紙が収容保持され、用紙は給紙ローラ１０により一枚ずつ分離して給紙される。手差し給紙口９が用いられてもよい。一枚ずつ分離給紙された用紙は、レジストローラ８によって、２次転写位置に搬送される。用紙の副走査長はレジストセンサによって計測される。定着装置５は、トナー像が転写された用紙に熱と圧力とを加えることによりトナー像を用紙に定着する。そして排紙口４より排紙される。２次転写ローラ７は、中間転写ベルト１１と当接状態となっているが、接離機構を備えている場合は、中間転写ベルト１１上の不要なトナーが２次転写ローラ７に転写されないように、紙詰まり発生時などには離間させる。これらはＥＧＢ(Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｏａｒｄ)／コントローラボード１４のＣＰＵ等を介した制御によりなされてよい。

図２は、本実施の形態におけるＡＩＯカートリッジについて説明する図である。
ＡＩＯカートリッジは主に廃トナーボックス２１、現像ローラ２８、感光体２９、感光体クリーニングブレード３１、帯電ローラ３３から構成されており、ユーザーが容易に交換できるように一体化されている。

ＡＩＯカートリッジには、回転自在な像担持体である円筒形の感光体２９と、これらの感光体２９の周囲に静電写真プロセスの順に配置された帯電ローラ１３と、図示していない現像装置と、感光体クリーニングブレード３１がある。４つの感光体２９は、互いに平行で等間隔に配置されている。感光体２９は、画像形成動作の際に、図示しないモータによって、周速１２０ｍｍ／ｓｅｃ等で回転駆動される。帯電ローラ３３は、それぞれ感光体２９に圧接されており、感光体２９に対して従動回転する。帯電ローラ３３は、図示しない高圧電源によりＡＣ及びＤＣバイアスが印加されることで、感光体２９の表面を一様に帯電する。

現像装置は、一成分現像を実行する。これらの現像装置は、図示しない高圧電源から供給される所定の現像バイアスによって、感光体２９の表面に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する。ＡＩＯカートリッジ内の感光体クリーニングブレード３１は、感光体２９の表面の転写残トナーのクリーニングを行う。
本実施の形態におけるＡＩＯカートリッジは、さらに廃トナー搬送ベルト軸２２、廃トナー回収スクリュー２３、アジテータ２４、第１攪拌スクリュー２５、第２攪拌スクリュー２６、トナー補給ローラ２７、廃トナー回収コイル３０、帯電ローラクリーナー３２・３４、現像ブレード３５、廃トナー搬送ベルト３６等を備えている。

図３は、本実施の形態における画像形成装置の電装部のブロック図である。
ＥＧＢ(Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｏａｒｄ)には、各種入出力デバイス、モータ等が接続されており、トナーの使用量等も検出可能である。ＥＧＢ上にはＣＰＵ、ＲＯＭ／ＲＡＭがある。制御プログラムは、このＲＯＭに格納されている。
なお、図３の廃トナー満杯センサおよび廃トナーボトルセットセンサは中間転写ベルト１１用のものである。

図４は、一般的なＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。以下の式１を前提とする。
画像面積率 ＝ （印刷した画素数／Ａ４の総画素数） × １００[％] ・・・式１

Ａのラインは、画像面積率（式１）が高く、トナーの消費が多い場合である。感光体の寿命の半分程度でトナーエンドになりＡＩＯカートリッジの交換が必要となる。

Ｂのラインはトナーエンドと感光体寿命が同時期になる場合である。ＡＩＯカートリッジを使い切った状態である。理想的なトナー消費直線である。

Ｃのラインは、画像面積率（式１）が低く、トナーの消費が少ない場合である。トナーを使い切る前に感光体の寿命が到達し、ＡＩＯカートリッジの交換が必要となる。

感光体２９は、感光体クリーニングブレード３１との摩擦により、感光体表面が削れて性能が低下する。したがって、画質保証できる回転時間が決まっている。
感光体クリーニングブレード３１で除去されたトナーは、廃トナーボックス２１に蓄積される。
廃トナー満杯（トナー残量）検知は、一般的なＡＩＯカートリッジではセンサによる。なお、本実施の形態ではコストダウンのためセンサはつけず、感光体２９の回転時間で推測する。すなわちＡＩＯカートリッジニアエンドおよびＡＩＯカートリッジエンドを感光体２９の回転時間で推測する。

図５は、本実施の形態におけるＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。
Ｂのラインは感光体とトナーが同じタイミングでエンドに到達するラインである。このラインに沿うように使用すると、理想的にＡＩＯカートリッジのトナーを使いきることが出来る。

感光体の寿命到達率が、例えば、１０％変化した時に判定する。
なお、寿命到達率、乖離率はそれぞれ以下の式（式２−１，２−２）で算出する。
寿命到達率 ＝ （回転時間／感光体寿命時間）× １００％ ・・・式２−１
乖離率 ＝ （実際のトナー使用量 − 理想のトナー使用量）／理想のトナー使用量 × １００％ ・・・式２−２

例（図５の（１））
実際のトナー使用量 ＝ ２０％
理想のトナー使用量 ＝ １０％
（２０−１０）／１０ × １００ ＝ １００ ％
乖離率が＋１０％以上なので、トナーを使い過ぎと判断する。

例（図５の（２））
実際のトナー使用量 ＝ ４０％
理想のトナー使用量 ＝ ５０％
(４０−５０)／５０ × １００ ＝ −２０ ％
乖離率が−１０％以下なので、トナー消費が少ないと判断する。

例（図５の（３））
実際のトナー使用量 ＝ ９０％
理想のトナー使用量 ＝ ８０％
(９０−８０)／８０ × １００ ＝ １２．５ ％
乖離率が＋１０％以上なので、トナーを使い過ぎと判断する。

上記の例では乖離率を算出しているが、単純に理想のトナー使用量と実際の使用量との差で判定してもよい。

図６は、本実施の形態におけるＡＩＯカートリッジの寿命について説明する図である。
平均画像面積率を算出して、基準の平均画像面積率との差によって判定する場合の一例を示す。以下の式を前提とする。
画像面積率 ＝ 印刷した画素数[ｄｏｔ]／Ａ４の総画素数[ｄｏｔ] × １００(％) ・・・式１
平均画像面積率 ＝ 画像面積率の総和／印刷ページ [％] ・・・式３

感光体の寿命到達率が１０％ごとに基準の平均画像面積率と算出した画像面積率とを比較する。その差が、例えば、＋５％以上の場合、トナーを使い過ぎと判断し、−５％以下の場合、トナー消費が少ないと判断する。

図７は、本実施の形態における画像形成装置の制御について説明する図である。
図７を参照すると、メインモータとＰＣＵとはギヤで連結されているため、メインモータが回転すれば、ＰＣＵも回転する。メインモータがＯＮしたら、ＰＣＵの回転時間を計測する（ステップ７００、７０１）。

メインモータが停止した場合、ＰＣＵの回転時間の計測を停止し、今までの計測した時間に加える（ステップ７０２、７０３）。

ＰＣＵの回転時間より、ＰＣＵの寿命を算出する（ステップ７０４）。機能設定はユーザーが設定することができる。

ＯＦＦの場合は終了とし、ＯＮの場合は、ＰＣＵの残寿命が一定の（例えば１０％）変化があったかどうか調べる（ステップ７０５、７０６）。１０％の変化があった場合、トナー残量を計算または、読み出し、図５のグラフのように、トナー残量とＰＣＵの残寿命との関係を算出する。トナー残量のほかに、画素面積率とＰＣＵの残寿命との関係を算出することであってもよい。

算出した値が、理想の消費直線とどのくらい乖離しているかを算出する（ステップ７０８）。なお、詳細は図８を用いて詳述する。
図８を参照すると、最初にＡＩＯカートリッジのエンドを決定する（ステップ７０８−１）。ステップ７０８−２の廃トナーフルは、これ以上回転するとＡＩＯカートリッジの破損の恐れがある回転時間である。
ステップ７０８−３の感光体寿命は、これ以上は画像が保証できない回転時間である。
通常、回転時間は “廃トナーフル ＞ 感光体” という関係である。
理想の消費直線を算出し（ステップ７０８−４）、現在のトナー残量と理想の消費直線と回転時間から乖離率を算出する（ステップ７０８−５）。

図７に戻り、算出した乖離率に基づき（ステップ７０９）、を算出した乖離率が＋１０％以上場合は、トナーの消費が多いのでトナーセーブモード（文字や画像の輪郭のみ（白抜き）やドットパターンでマスク等の方法でトナーを節約する機能）をＯＮに設定し、トナー消費が多いということをオペパネ、レポート、Ｗｅｂステータスモニタなどにウェブブラウザで表示する（ステップ７１０、７１１、７１２）。なお、レポートは図９に示すようなフォーマットで出力する。レポート出力はユーザーの設定によりＯＮ／ＯＦＦの設定が可能である。
図９を参照すると、ＡはＡＩＯカートリッジの理想的な消費の直線と、実使用での消費直線を重ねあわせた図を描く領域である。
Ｂは各種データを記述する領域である。
Ｃはユーザーに対しての仕様上の提案などを記述する領域である。

一方、算出した乖離率に基づき（ステップ７０９）、算出した乖離率が−１０％以下の場合、トナー消費が少なく、トナーを使い切る前にＰＣＵの寿命が到達してしまう可能性があるので、トナーセーブモードをＯＦＦにし、トナー消費が少ないということをオペパネ、レポート、Ｗｅｂステータスモニタなどにウェブブラウザで表示する（ステップ７１０、７１１、７１２）。レポートは図９に示すようなフォーマットで出力する。レポート出力はユーザーの設定によりＯＮ／ＯＦＦの設定が可能である。

上記の本実施の形態によれば、ＡＩＯカートリッジのトナーを最後まで使い切ることができる。なぜなら理想的なトナー消費の直線との乖離値（率）から、ＡＩＯカートリッジの寿命要因（トナーエンド／感光体寿命／廃トナー満杯）を予測し、その結果をユーザーに通知するからである。また、感光体寿命によるＡＩＯカートリッジ寿命の場合で、もし、ユーザーがトナー節約を行っていた場合、ユーザーはトナーの節約は不要と判定出来、トナーの節約を止めることが出来るからである。また、トナーセーブモード機能を自動的にＯＦＦにするからである。
逆に、理想的なトナー消費の直線との乖離値（率）がプラス方向に高い場合（感光体の寿命に対して、トナーエンドが早く到達する）は、ユーザーにトナーの節約を促すからである。また、トナーセーブモードを自動的にＯＮするからである。

また、トナー残量は比較的誤差が大きいが、画素数を用いることでより正確に判断することができる効果がある。

また、操作部やウェブステータスモニター（Ｗｅｂブラウザで機器情報を表示する機能）で、さらにレポートとして印刷出力してユーザーに通知する効果もある。

また、自動的にトナーセーブモードをＯＦＦ／ＯＮすることで、利便性が高くなる。一方、機能をユーザーが不要と判断したとき、手動でＯＦＦすることができる。

また、ＡＩＯカートリッジを画像保証範囲で使用するか、画質は多少落ちても長く使用するかをユーザーの使い方に応じて選択できる効果がある。

なお、上述する実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更実施が可能である。

１ 書き込みユニット
２ トナーカートリッジ
３ 現像ユニット
４ 排紙口
５ 定着ユニット
６ 定着ヒータ
７ 二次転写ローラ
８ レジストローラ
９ 手差し給紙口
１０ 給紙ローラ
１１ 中間転写ユニット
１２ ＰＣＵ
１３ 給紙トレイ
１４ ＥＧＢ(Ｅｎｇｉｎｅ Ｂｏａｒｄ)／コントローラボード
２１ 廃トナーボックス
２２ 廃トナー搬送ベルト軸
２３ 廃トナー回収スクリュー
２４ アジテータ
２５ 第１攪拌スクリュー
２６ 第２攪拌スクリュー
２７ トナー補給ローラ
２８ 現像ローラ
２９ 感光体
３０ 廃トナー回収コイル
３１ 感光体クリーニングブレード
３２、３４ 帯電ローラクリーナー
３３ 帯電ローラ
３５ 現像ブレード
３６ 廃トナー搬送ベルト

特開２００４−３４７９３３号公報 特開２００９−０１０６０２号公報

Claims (5)

1. 感光体の回転時間から該感光体の寿命を測定する測定手段と、
   トナーの使用量を検出する検出手段と、
   前記感光体の寿命と前記トナーの使用量との関係が、ＡＩＯカートリッジを使い切るための所定の関係になっているかどうかを判定し、その結果をユーザーに通知する制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 印刷した画像の画素数を計測する計測手段を備え、該計測された画素数を基に、前記制御手段はトナー使用量の多い少ないを判定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記ユーザーへの通知は、操作部への表示、ウェブブラウザでの表示および印刷出力の少なくとも１つによることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記判定の結果を基に自動的にトナーセーブモードをＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記判定に際して、ＡＩＯカートリッジの寿命を前記感光体の寿命値と廃トナーフルとのいずれかに切替ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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