JP2014026212A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カートリッジの交換時期を精度良く判定することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】カラープリンタ１（画像形成装置）は、感光体ドラム５３に形成された現像剤像を記録紙Ｐに転写することで記録紙Ｐに画像を形成する装置であり、感光体ドラム５３に供給するための現像剤が収容される収容部６７を有し、本体筐体１０に対して交換可能な現像カートリッジ６１と、収容部６７内の現像剤の残量を推定するための残量推定手段と、所定のタイミングで、少なくとも、収容部６７内の現像剤の残量、現像カートリッジ６１の動作量および収容部６７内に入り込む紙粉の量に基づき、収容部６７内の現像剤の現像剤劣化度を算出する劣化度算出手段と、劣化度算出手段により算出された現像剤劣化度が所定の閾値に達したときに現像カートリッジ６１が交換時期であると判定する交換時期判定手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体に形成された現像剤像を記録紙に転写することで記録紙に画像を形成する画像形成装置に関する。

レーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置として、現像剤が収容されるカートリッジを着脱可能に備え、当該カートリッジの交換時期を判定可能に構成されたものが知られている。例えば、特許文献１には、現像ローラの回転回数をカウントし、当該カウント回数が所定の限界数になったときに、現在装着されているカートリッジに寿命が到来したと判定する画像形成装置が開示されている。

特許第４２４７７４７号公報

ところで、現像剤の帯電極性とは逆極性に帯電した紙粉がカートリッジ内に入り込むと、現像剤の帯電性能は低下する。このような紙粉の影響による帯電性能の低下は、カートリッジ内に入り込む紙粉の量が多くなればさらに進行しやすくなる。従って、紙粉の多い記録紙を頻繁に使用した場合や、一度の印刷動作で複数枚の記録紙に連続して印刷を行う連続印刷を頻繁に実行した場合などには、カートリッジ内に入り込む紙粉の量が増えるので、カートリッジ内の現像剤は帯電性能の低下（以下、劣化という。）が進行しやすくなる。

しかしながら、従来技術では、紙粉の影響による現像剤の劣化が考慮されていなかったため、特にカートリッジ内に入り込む紙粉の量が多い使用状況下において、カートリッジに寿命が到来したと判定される前に、いわゆるかぶりなどの画質の低下が発生する可能性があった。言い換えると、従来技術では、カートリッジの交換時期を精度良く判定することができない場合があった。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、カートリッジの交換時期を精度良く判定することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記した目的を達成するための本発明は、感光体に形成された現像剤像を記録紙に転写することで記録紙に画像を形成する画像形成装置であって、感光体に供給するための現像剤が収容される収容部を有し、装置本体に対して交換可能なカートリッジと、収容部内の現像剤の残量を推定するための残量推定手段と、所定のタイミングで、少なくとも、収容部内の現像剤の残量、カートリッジの動作量および収容部内に入り込む紙粉の量に基づき、収容部内の現像剤の現像剤劣化度を算出する劣化度算出手段と、劣化度算出手段により算出された現像剤劣化度が所定の閾値に達したときにカートリッジが交換時期であると判定する交換時期判定手段とを備える。

このような構成によれば、収容部内の現像剤の残量、カートリッジの動作量および収容部内に入り込む紙粉の量に基づき、収容部内の現像剤の現像剤劣化度を算出するので、従来技術よりもカートリッジの交換時期を精度良く判定することができる。

前記した画像形成装置において、劣化度算出手段は、収容部内の現像剤の残量とカートリッジの動作量とに基づき、カートリッジの動作量の影響による収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの劣化度である第１の劣化度を算出するための第１劣化度算出手段と、収容部内の現像剤の残量と収容部内に入り込む紙粉の量に関連するパラメータとに基づき、収容部内に入り込む紙粉の影響による収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの劣化度である第２の劣化度を算出するための第２劣化度算出手段と、第１の劣化度と第２の劣化度を合算して収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの第３の劣化度を算出するための第３劣化度算出手段と、所定の動作量当たりの第３の劣化度を積算して現像剤劣化度を算出するための積算手段とを有する構成とすることができる。

前記した画像形成装置において、前記所定のタイミングは、一例として、残量推定手段により収容部内の現像剤の残量が推定されたときとすることができる。

前記した画像形成装置は、感光体上に付着した現像剤を回収するための回収部材と、回収部材に付着した紙粉を検出するための検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて収容部内に入り込む紙粉の量を推定するための紙粉量推定手段とを備え、劣化度算出手段は、紙粉量推定手段が推定した収容部内に入り込む紙粉の量に基づいて現像剤劣化度を算出する構成とすることができる。

また、前記した画像形成装置は、記録紙の搬送経路上に設けられ、紙粉を回収するための回収部材と、回収部材に付着した紙粉を検出するための検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて収容部内に入り込む紙粉の量を推定するための紙粉量推定手段とを備え、劣化度算出手段は、紙粉量推定手段が推定した収容部内に入り込む紙粉の量に基づいて現像剤劣化度を算出する構成とすることもできる。

これらによれば、収容部内に入り込む紙粉の量を、計算だけで求める場合と比較して、より直接的に推定することができるので、カートリッジの交換時期を精度良く判定することが可能となる。

前記した画像形成装置において、劣化度算出手段は、前記パラメータとして定数を用いる構成とすることができる。

前記した画像形成装置において、感光体は、配列されて複数設けられ、カートリッジは、感光体に対応してそれぞれ設けられ、劣化度算出手段は、カートリッジごとに異なる前記パラメータを用いて第２の劣化度をカートリッジごとに個別に算出可能に構成され、交換時期判定手段は、それぞれのカートリッジの交換時期を個別に判定可能に構成することができる。

これによれば、カートリッジの配列位置によって異なる収容部内に入り込む紙粉の量に応じた交換時期の判定が可能となるため、各カートリッジの交換時期を精度良く判定することができる。

前記した画像形成装置は、交換時期判定手段によりカートリッジが交換時期であると判定された場合、記録紙に画像を形成する動作を禁止するように構成することができる。

これによれば、交換時期であると判定されたカートリッジを用いた記録紙への画像形成動作が禁止されるので、いわゆるかぶりなどの質の低下した画像が記録紙に形成されることを未然に抑制することができる。

前記した画像形成装置は、劣化度算出手段により算出された現像剤劣化度に基づいて記録紙に転写される現像剤像の濃度を補正するための濃度補正手段をさらに備える構成とすることができる。

これによれば、現像剤の劣化の進行によって変化し得る現像剤像の濃度を、現像剤劣化度に関わらず所定の濃度とすることが可能となるので、画質の低下を抑制することができる。

本発明によれば、現像剤が収容される収容部内に入り込む紙粉の量を考慮してカートリッジの交換時期を判定するので、カートリッジの交換時期を精度良く判定することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのカラープリンタの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係るカラープリンタのブロック図である。 制御装置による交換時期判定処理を示すフローチャートである。 印刷枚数と現像剤劣化度の関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るカラープリンタのブロック図である。

［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、方向は、画像形成装置の一例としてのカラープリンタ１を使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における左側を「前」、右側を「後」とし、手前側を「右」、奥側を「左」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

＜カラープリンタの概略構成＞
図１に示すように、カラープリンタ１は、装置本体の一例としての本体筐体１０内に、給紙部２０と、画像形成部３０とを主に備えている。本体筐体１０の上側には、後側を回動中心として上下に開閉可能に構成されたアッパーカバー１２が設けられている。

給紙部２０は、本体筐体１０内の下部に設けられ、記録紙Ｐを収容する給紙トレイ２１と、用紙押圧板２２と、給紙ローラ２３と、記録紙Ｐの搬送経路２４上に設けられた分離ローラ２５、分離パッド２６、紙粉取りローラ２７およびレジストローラ２８とを主に備えている。給紙トレイ２１内の記録紙Ｐは、用紙押圧板２２によって給紙ローラ２３に寄せられ、給紙ローラ２３によって送り出される。送りされた記録紙Ｐは、分離ローラ２５と分離パッド２６によって１枚ずつ分離され、紙粉取りローラ２７によってある程度紙粉が回収された後、レジストローラ２８によって画像形成部３０に供給される。

画像形成部３０は、４つのＬＥＤユニット４０と、４つのプロセスカートリッジ５０と、転写ユニット７０と、定着装置８０とから主に構成されている。

ＬＥＤユニット４０は、感光体ドラム５３の上方に配置され、その下端に左右方向に配列された図示しない複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を備えている。このＬＥＤユニット４０は、画像データに基づいてＬＥＤが明滅することで、感光体ドラム５３の表面を露光する。また、ＬＥＤユニット４０は、アッパーカバー１２に保持されており、アッパーカバー１２を開くことで感光体ドラム５３から離間する。

プロセスカートリッジ５０は、アッパーカバー１２と給紙トレイ２１との間で前後方向に沿って複数並んで配置されており、アッパーカバー１２が開かれた状態において本体筐体１０に対し交換可能に装着される構成となっている。各プロセスカートリッジ５０は、それぞれ、感光体カートリッジ５１と、感光体カートリッジ５１に対して着脱自在なカートリッジの一例としての現像カートリッジ６１とを備えている。

各感光体カートリッジ５１は、それぞれ、感光体の一例としての感光体ドラム５３と、帯電器５４と、回収部材の一例としての回収ローラ５５とを主に有して構成されている。回収ローラ５５は、感光体ドラム５３上に付着した転写残トナーを回収するためのローラである。また、各現像カートリッジ６１は、それぞれ、現像ローラ６３と、供給ローラ６４と、層厚規制ブレード６５と、アジテータ６６と、現像剤の一例としての正帯電性のトナーが収容される収容部６７とを主に有して構成されている。

転写ユニット７０は、給紙トレイ２１とプロセスカートリッジ５０との間に設けられ、駆動ローラ７１と、従動ローラ７２と、無端状の搬送ベルト７３と、４つの転写ローラ７４とを主に備えている。搬送ベルト７３は、駆動ローラ７１と従動ローラ７２との間に張設され、外側の面が配列された感光体ドラム５３に対向して配置されており、その内側には転写ローラ７４が対応する感光体ドラム５３との間で搬送ベルト７３を挟持するように配置されている。

定着装置８０は、プロセスカートリッジ５０および転写ユニット７０の後方に設けられ、加熱ローラ８１と、加熱ローラ８１と対向配置されて加熱ローラ８１を押圧する加圧ローラ８２とを主に備えている。

画像形成部３０では、感光体ドラム５３の表面が、帯電器５４により一様に正帯電された後、ＬＥＤユニット４０によって露光されることで、感光体ドラム５３上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、収容部６７内のトナーは、アジテータ６６によって撹拌されつつ、供給ローラ６４を介して現像バイアスが印加された現像ローラ６３に供給され、現像ローラ６３と層厚規制ブレード６５の間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ６３上に担持される。そして、現像ローラ６３が感光体ドラム５３に接触するときにトナーが現像ローラ６３から感光体ドラム５３に供給されることで、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム５３上に現像剤像としてのトナー像が形成される。

その後、画像形成部３０に供給された記録紙Ｐが、感光体ドラム５３と搬送ベルト７３の間を搬送されることで、感光体ドラム５３上に形成されたトナー像が記録紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは、加熱ローラ８１と加圧ローラ８２の間を搬送されることでトナー像が熱定着され、これによって、記録紙Ｐ上に画像が形成される。その後、記録紙Ｐは、搬送ローラ１５や排出ローラ１６によって本体筐体１０内から排紙トレイ１３上に排出される。

＜カラープリンタの詳細構成＞
次に、本発明の特徴部分に係るカラープリンタ１の詳細な構成について説明する。
カラープリンタ１は、図２に示すように、給紙部２０や画像形成部３０などを制御するための制御装置１００を備えている。

制御装置１００は、本体筐体１０内の適宜な位置に設けられ、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどを備えて構成されており、各種センサの検出結果や予め設定されたプログラムなどに基づいて演算処理を行うことで制御を実行する。この制御装置１００は、本発明に関連する機能部として、枚数カウント手段１１０と、残量推定手段１２０と、動作時間算出手段１３０と、劣化度算出手段１４０と、交換時期判定手段１５０と、画像形成制御手段１６０と、濃度補正手段１７０とを主に備えている。

枚数カウント手段１１０は、感光体ドラム５３と搬送ベルト７３の間を搬送される記録紙Ｐの枚数をカウントするための機能部である。本発明において、枚数のカウント方法は、特に限定されず、例えば、記録紙Ｐの搬送経路上に設けられている、記録紙Ｐの通過を検出するセンサの検出結果に基づいてカウントしたり、カラープリンタ１に入力された印刷ジョブに含まれる印刷枚数の情報に基づいてカウントしたりすることができる。

残量推定手段１２０は、収容部６７内のトナーの残量を推定するための機能部である。この残量推定手段１２０は、各現像カートリッジ６１の収容部６７内のトナーの残量を個別に推定可能に構成されている。本発明において、残量の推定方法は、特に限定されず、例えば、予め記憶された未使用状態の現像カートリッジ６１に充填されているトナーの量から、計算や測定などによって求めたトナーの消費量を差し引くことで推定することができる。トナーの消費量は、例えば、印刷ジョブに含まれる印刷枚数、記録紙Ｐのサイズおよび印字面積率の情報と、予め設定した所定サイズの記録紙１枚についての所定印字面積率、例えば１％当たりのトナー消費量の情報とから算出することができる。ここで、印字面積率とは、記録紙Ｐの印刷可能な領域の全面積に占めるトナー像を転写する部分の面積の割合である。残量推定手段１２０は、例えば、１枚ごとや１０枚ごとなどの所定印刷枚数ごとや、カラープリンタ１に入力された印字ジョブごとなどに各現像カートリッジ６１の収容部６７内のトナーの残量を推定する。

動作時間算出手段１３０は、現像カートリッジ６１の動作量の一例としての現像カートリッジ６１の動作時間、より具体的には、現像ローラ６３やアジテータ６６などの動作時間を算出するための機能部である。本発明において、動作時間の算出方法は、特に限定されず、例えば、タイマなどにより動作時間を直接算出したり、印刷ジョブに含まれる印刷枚数の情報に基づいて予め設定された印刷枚数と動作時間との関係を示すテーブルや計算式などから動作時間を算出したりすることができる。また、印刷ジョブに含まれる印刷枚数の情報と、予め設定された印刷枚数に応じた記録紙１枚当たりの動作時間の情報から、動作時間を算出することもできる。

劣化度算出手段１４０は、収容部６７内のトナーの現像剤劣化度を算出するための機能部である。より詳細に、劣化度算出手段１４０は、所定のタイミングで、収容部６７内のトナーの残量、現像カートリッジ６１の動作時間および収容部６７内に入り込む紙粉の量に基づき、収容部６７内のトナーの現像剤劣化度を算出する。本実施形態において、所定のタイミングは、残量推定手段１２０により収容部６７内のトナーの残量が推定されたときである。劣化度算出手段１４０は、第１劣化度算出手段１４１と、第２劣化度算出手段１４２と、第３劣化度算出手段１４３と、積算手段１４４とを有している。

第１劣化度算出手段１４１は、現像カートリッジ６１の動作時間の影響による収容部６７内のトナーの所定の動作時間当たりの劣化度である第１の劣化度Ｄ１_j,j+kを算出する。より詳細に、第１劣化度算出手段１４１は、残量推定手段１２０から取得した収容部６７内のトナーの残量と、動作時間算出手段１３０から取得した現像カートリッジ６１の動作時間とに基づき、以下の式（１）により、撹拌や摩擦などによって所定の動作時間当たり、具体的には、ｊ枚目からｊ＋ｋ枚目までの印刷を行ったことによる現像カートリッジ６１の動作時間の間に進行した、収容部６７内のトナーの劣化度である第１の劣化度Ｄ１_j,j+kを算出する。
Ｄ１_j,j+k＝ｂＴ_j,j+k／Ｍ_j ・・・（１）

ここで、ｂは、現像カートリッジ６１の動作時間に関連するパラメータ、具体的には、一定の動作時間、例えば、記録紙Ｐを１枚印刷するために必要な動作時間当たりの収容部６７内のトナーの劣化の進行度を示す定数である。また、Ｔ_j,j+kは、ｊ枚目からｊ＋ｋ枚目までの印刷を行ったことによる現像カートリッジ６１の動作時間を意味し、Ｍ_jは、ｊ枚目を印刷するときのトナーの残量を意味する。

第２劣化度算出手段１４２は、収容部６７内に入り込む紙粉の影響による収容部６７内のトナーの所定の動作時間当たりの劣化度である第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを算出する。より詳細に、第２劣化度算出手段１４２は、枚数カウント手段１１０から取得した記録紙Ｐの枚数と、残量推定手段１２０から取得した収容部６７内のトナーの残量とに基づき、以下の式（２）により、収容部６７内に入り込んだ紙粉によって所定の動作時間当たり、具体的には、動作時間Ｔ_j,j+kの間に進行した、収容部６７内のトナーの劣化度である第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを算出する。
Ｄ２_j,j+k＝ａｋ／Ｍ_j ・・・（２）

ここで、ａは、収容部６７内に入り込む紙粉の量に関連するパラメータ、具体的には、基準とした種類およびサイズの記録紙を１枚印刷したときに収容部６７内に入り込む紙粉による収容部６７内のトナーの劣化の進行度を示す定数であり、実験やシミュレーションなどによって予め設定されている。

本実施形態において、パラメータａは、現像カートリッジ６１の前後方向における配列位置に応じて異なる４つの値がそれぞれ設定されており、第２劣化度算出手段１４２は、現像カートリッジ６１ごとに異なるパラメータａを用いて第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを現像カートリッジ６１ごとに個別に算出可能に構成されている。具体的に、パラメータａは、図１に示す、記録紙Ｐの搬送方向において最上流側に配置された現像カートリッジ６１Ａに対応するパラメータａ_Aが最も大きく、現像カートリッジ６１Ｂに対応するパラメータａ_B、現像カートリッジ６１Ｃに対応するパラメータａ_Cの順に値が小さくなり、最下流側に配置された現像カートリッジ６１Ｄに対応するパラメータａ_Dが最も小さくなるように設定されている。

これは、カラープリンタ１のように、感光体ドラム５３上のトナー像を直接記録紙Ｐに転写する構成においては、記録紙Ｐの搬送方向上流側ほど記録紙Ｐ上の紙粉が感光体ドラム５３に付着しやすいからである。感光体ドラム５３に付着した紙粉は、現像ローラ６３および供給ローラ６４を介して収容部６７内に入り込むため、感光体ドラム５３に付着する紙粉の量が多いほど、収容部６７内に入り込む紙粉の量が多くなる。

第３劣化度算出手段１４３は、第１の劣化度Ｄ１_j,j+kと第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを合算して収容部６７内のトナーの所定の動作時間Ｔ_j,j+k当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを算出する（式（３）参照）。
Ｄ_j,j+k＝Ｄ１_j,j+k＋Ｄ２_j,j+k＝（ｂＴ_j,j+k＋ａｋ）／Ｍ_j ・・・（３）
積算手段１４４は、所定の動作時間当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを積算して現像剤劣化度Ｄ_nを算出する（式（４）参照）。
Ｄ_n＝Ｄ_1,k＋Ｄ_k+1,2k＋Ｄ_2k+1,3k＋・・・＋Ｄ_n-k+1,n ・・・（４）

ここで、劣化度算出手段１４０は、各現像カートリッジ６１ごとに、現像剤劣化度Ｄ_nを算出する。すなわち、劣化度算出手段１４０は、１回の計算で、各現像カートリッジ６１に対応した合計４つの現像剤劣化度Ｄ_nを算出する。

なお、所定の動作時間、すなわち、本発明の所定の動作量は、各第３の劣化度の算出時ごとにおいて、互いに等しいとは限らない。例えば、本実施形態において、残量推定手段１２０によるトナーの残量を推定するタイミングが１枚印刷するごとである場合には、所定の動作時間Ｔ_j,j+kは、各第３の劣化度Ｄ_j,j+kの算出時ごとに互いに等しくなる。一方、例えば、本実施形態において、トナーの残量を推定するタイミングが印刷ジョブごとである場合には、各第３の劣化度Ｄ_j,j+kの算出時ごとの印刷枚数が異なれば、所定の動作時間Ｔ_j,j+kは互いに異なることがある。上記式（４）は、一例として、所定の印刷枚数、すなわち、ｋ枚印刷するごとに第３の劣化度を算出した場合を示しているが、１枚印刷するごとの動作時間が等しければ、各第３の劣化度Ｄ_j,j+kの算出時ごとの所定の動作時間は互いに等しくなり、また、１枚印刷するごとの動作時間が異なれば、各第３の劣化度Ｄ_j,j+kの算出時ごとの所定の動作時間は互いに異なることとなる。

交換時期判定手段１５０は、現像カートリッジ６１の交換時期を判定するための機能部である。具体的に、交換時期判定手段１５０は、劣化度算出手段１４０により算出された現像剤劣化度Ｄ_nが所定の閾値Ｄ_thに達したとき、言い換えれば、現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th以上となったときに現像カートリッジ６１が交換時期であると判定する。この交換時期判定手段１５０は、それぞれの現像カートリッジ６１の交換時期を個別に判定可能に構成されている。

画像形成制御手段１６０は、給紙部２０や画像形成部３０などの動作を制御するための機能部である。この画像形成制御手段１６０は、交換時期判定手段１５０により現像カートリッジ６１が交換時期であると判定された場合、記録紙Ｐに画像を形成する印刷動作を禁止する。その結果、印刷ジョブが入力されても、交換時期であると判定された現像カートリッジ６１を新しいものに交換するまでは、印刷動作は実行されないこととなる。

濃度補正手段１７０は、記録紙Ｐに転写されるトナー像の濃度を補正するための機能部である。具体的に、濃度補正手段１７０は、劣化度算出手段１４０により算出された現像剤劣化度Ｄ_nに基づいて、画像形成部３０の現像ローラ６３に印加する現像バイアスを制御し、感光体ドラム５３に供給されるトナーの量を調整することで、記録紙Ｐに転写されるトナー像、すなわち、画像の濃度を補正する。

感光体ドラム５３上の静電潜像（露光部分）に担持されるトナーの量は、劣化に伴って帯電量が小さくなると増加する傾向があるため、トナーの劣化の進行が進むほど、感光体ドラム５３から記録紙Ｐに転写される画像の濃度が濃くなるおそれがある。そこで、濃度補正手段１７０は、現像剤劣化度Ｄ_nが大きくなるのに従い、現像ローラ６３に印加する現像バイアスを小さくすることで、感光体ドラム５３に供給されるトナーの量を減らし、感光体ドラム５３上に担持されるトナーの量が略一定となるようにすることで、記録紙Ｐに転写される画像の濃度が略一定となるような補正を実行する。

現像ローラに現像バイアスを印加する図示しない現像バイアス印加装置の構成は公知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。また、本発明において、現像バイアスの制御方法は、特に限定されず、例えば、予め設定された現像剤劣化度と印加電圧との関係を示すテーブルや計算式などから印加電圧を決定し、決定した印加電圧に基づいて現像バイアス印加装置を駆動させることで制御することができる。

次に、制御装置１００による交換時期判定処理について説明する。
制御装置１００は、図３に示すフローチャートの交換時期判定処理を繰り返し実行している。より詳細に、制御装置１００は、まず、現像カートリッジ６１の収容部６７内のトナー残量が推定されたか否かを判定する（Ｓ１０１）。トナーの残量が推定されていない場合（Ｓ１０１，Ｎｏ）、制御装置１００は、交換時期判定処理を終了する。

一方、トナーの残量が推定された場合（Ｓ１０１，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、第１の劣化度Ｄ１_j,j+kを算出するとともに（Ｓ１０２）、第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを算出する（Ｓ１０３）。その後、制御装置１００は、第１の劣化度Ｄ１_j,j+kと第２の劣化度Ｄ２_j,j+kを合算して所定の動作時間当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを算出し（Ｓ１０４）、所定の動作時間当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを積算して現像剤劣化度Ｄ_nを算出する（Ｓ１０５）。

その後、制御装置１００は、算出した現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th以上であるか否かを判定し（Ｓ１０６）、現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th未満である場合（Ｎｏ）は、交換時期判定処理を終了する。また、現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th以上である場合（Ｓ１０６，Ｙｅｓ）は、制御装置１００は、現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th以上となった現像カートリッジ６１が交換時期であると判定し、カラープリンタ１の図示しないディスプレイやスピーカなどから、当該現像カートリッジ６１が交換時期である旨の情報を報知して（Ｓ１０７）、交換時期判定処理を終了する。

以上説明した本実施形態のカラープリンタ１によれば、収容部６７内のトナーの残量、現像カートリッジ６１の動作時間および収容部６７内に入り込む紙粉の量に基づき、収容部６７内のトナーの現像剤劣化度を算出するので、現像カートリッジ６１の交換時期を精度良く判定することができる。

より詳細に説明すると、図４に破線で示す比較例のように、カートリッジの動作量、例えば、従来技術のような現像ローラの回転回数の影響による、Ｄ１に相当する劣化度のみを現像剤劣化度としていた交換時期の判定方法では、標準的な印刷条件を想定して例えば閾値Ｄ_aに達したときに交換時期を判定するのであるが、実際の使用状況によっては交換時期であると判定する前、具体的には印刷枚数がｋに達する前に画質の低下が発生する可能性があった。これは、特に連続印刷を頻繁に実行した場合など、収容部内に多くの紙粉が入り込む使用状況下において、トナーの劣化度が紙粉の影響によって助長されるからである。このように比較例の判定方法では、カートリッジの交換時期を精度良く判定することが難しい場合があった。

一方、図４に実線で示すように、本実施形態のカラープリンタ１では、現像カートリッジ６１の動作時間の影響による第１の劣化度Ｄ１に、紙粉の影響による第２の劣化度Ｄ２を考慮して現像剤劣化度Ｄを算出しているので、現像剤劣化度Ｄを、収容部６７内のトナーの実際の劣化度に近い、精度の良い値として算出することができる。そして、このような精度の良い現像剤劣化度Ｄを用いて現像カートリッジ６１の交換時期を判定するので、カラープリンタ１では、精度の良い交換時期の判定が可能となっている。

カラープリンタ１では、劣化度算出手段１４０が、現像カートリッジ６１ごとに異なるパラメータａを用いて第２の劣化度Ｄ２を現像カートリッジ６１ごとに個別に算出可能に構成され、交換時期判定手段１５０が、それぞれの現像カートリッジ６１の交換時期を個別に判定可能に構成されているので、現像カートリッジ６１の配列位置によって異なる収容部６７内に入り込む紙粉の量に応じた交換時期の判定が可能となる。これにより、各現像カートリッジ６１の交換時期を精度良く判定することができる。

また、現像カートリッジ６１が交換時期であると判定された場合に印刷動作を禁止するので、交換時期であると判定された現像カートリッジ６１を用いた記録紙Ｐへの印刷動作が禁止され、かぶりなどの質の低下した画像が記録紙Ｐに形成されることを未然に抑制することができる。

また、現像剤劣化度Ｄ_nに基づいて記録紙Ｐに転写される画像の濃度を補正するので、トナーの劣化の進行によって変化し得る画像の濃度を、現像剤劣化度Ｄ_nに関わらず所定の濃度とすることが可能となり、画質の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、先に説明した実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付して、その説明を省略することとする。

本実施形態のカラープリンタ１は、図５に示すように、給紙部２０や画像形成部３０、制御装置１００などのほか、さらに、回収ローラ５５に付着した紙粉を検出するための検出手段の一例としての紙粉検出センサ９０を備えている。また、本実施形態の制御装置１００は、劣化度算出手段１４０や交換時期判定手段１５０などのほか、さらに、紙粉量推定手段１８０を備えている。

紙粉検出センサ９０は、各回収ローラ５５（図１参照）に対応して１つずつ設けられており、検出面を対応する回収ローラ５５に向けた状態で配置されている。このような紙粉検出センサ９０としては、例えば、発光素子と受光素子とを備えた公知の光反射型のセンサなどを採用することができる。

紙粉量推定手段１８０は、紙粉検出センサ９０の検出結果に基づいて収容部６７内に入り込む紙粉の量を推定するための機能部である。ここで、回収ローラ５５（図１参照）は、感光体ドラム５３に接触した状態で感光体ドラム５３上の転写残トナーを回収するため、その表面に感光体ドラム５３上の紙粉が付着することがある。回収ローラ５５に付着する紙粉の量は、感光体ドラム５３上の紙粉の量や、感光体ドラム５３上から現像ローラ６３などを介して収容部６７内に入り込む紙粉の量におおよそ比例するため、回収ローラ５５上の紙粉の量が多い場合には収容部６７内に入り込む紙粉の量が多く、また、回収ローラ５５上の紙粉の量が少ない場合には収容部６７内に入り込む紙粉の量が少ないと推定することができる。紙粉量推定手段１８０は、そのような関係を利用して収容部６７内に入り込む紙粉量を推定する。具体的には、例えば、実験などによって予め設定した紙粉検出センサ９０の検出値と収容部６７内に入り込む紙粉の量との関係を示すテーブルや計算式などから収容部６７内に入り込む紙粉の量を推定することができる。

本実施形態の劣化度算出手段１４０は、紙粉量推定手段１８０が推定した収容部６７内に入り込む紙粉の量に基づいて現像剤劣化度を算出する。より詳細には、第２劣化度算出手段１４２が、推定された紙粉の量に基づいて第２の劣化度を算出することで、推定された紙粉の量を現像剤劣化度に反映させている。第２劣化度算出手段１４２は、例えば、前記した式（２）の定数ａを変数として扱い、ａを収容部６７内に入り込む紙粉の量の関数により定義して第２の劣化度Ｄ２を算出する。

以上説明した本実施形態のカラープリンタ１によれば、収容部６７内に入り込む紙粉の量を、計算だけで求める場合と比較して、より直接的に推定することができるので、現像剤劣化度をより精度良く算出することができる。これにより、現像カートリッジ６１の交換時期をより精度良く判定することが可能となる。

なお、本実施形態では、回収ローラ５５が感光体ドラム５３上の転写残トナーを回収するためのローラであったが、これに限定されず、例えば、回収ローラ５５は感光体ドラム５３上に付着した紙粉を回収するローラであってもよい。この場合であっても、回収ローラ５５上の紙粉の量が多い場合には感光体ドラム５３上の紙粉が多いため収容部６７内に入り込む紙粉の量が多く、また、回収ローラ５５上の紙粉の量が少ない場合には感光体ドラム５３上の紙粉が少ないため収容部６７内に入り込む紙粉の量が少ないと推定することができる。

また、本発明の回収部材は、紙粉取りローラ２７（図１参照）であってもよい。この場合、紙粉検出センサ９０は、紙粉取りローラ２７に対応して１つだけ設けられ、紙粉取りローラ２７に付着した紙粉を検出する。
以上のような構成によっても、収容部６７内に入り込む紙粉の量を直接的に推定できるので、現像カートリッジ６１の交換時期を精度良く判定することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

前記実施形態では、算出した現像剤劣化度Ｄ_nが閾値Ｄ_th以上である場合に現像カートリッジ６１が交換時期であると判定したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、予め実験などによって収容部内の現像剤の寿命Ｌを決めておき、Ｌ−Ｄ_n（＝Ｌ−Ｄ_1,k−Ｄ_k+1,2k−Ｄ_2k+1,3k−・・・−Ｄ_n-k+1,n）が０以下となったとき、言い換えれば、現像剤劣化度Ｄ_nが閾値の他の例としての寿命Ｌに達したときにカートリッジが交換時期であると判定するようにしてもよい。

前記実施形態で説明した現像剤劣化度の算出方法は一例であり、本発明は前記した方法に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、式（２）において、紙粉の影響を印刷枚数ｋとして考慮していたが、これに限定されず、印刷した記録紙の面積の関数として考慮してもよい。

また、前記実施形態では、現像カートリッジ６１の動作時間の影響による劣化度である第１劣化度と、紙粉の影響による劣化度である第２の劣化度を個別に算出した後、第１の劣化度と第２の劣化度を合算して所定の動作時間当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを算出したが、これに限定されるものではない。例えば、前記した式（１）を基本としつつ、ここに紙粉の影響による劣化度を考慮して、所定の動作時間当たりの第３の劣化度Ｄ_j,j+kを算出してもよい。具体的には、一例として、以下の式（５）により算出することができる。
Ｄ_j,j+k＝ｄ（１＋Ｆ_j）Ｔ_j,j+k／Ｍ_j ・・・（５）
ここで、ｄは、一定の動作時間当たりの収容部内のトナーの劣化の進行度を示す定数であり、Ｆ_jは、ｊ枚目を印刷するときの収容部内の紙粉の濃度に基づくトナーの劣化の進行度を示すパラメータである。

前記実施形態では、カートリッジの動作量として、現像カートリッジ６１の動作時間を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カートリッジの動作量は、現像ローラやアジテータなどの回転回数などを用いてもよい。

前記実施形態では、劣化度算出手段１４０が現像剤劣化度を算出する所定のタイミングとして、残量推定手段１２０により収容部６７内のトナーの残量が推定されたときを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、所定のタイミングは、所定枚数印刷したときであってもよいし、現像ローラなどが所定回数回転したときなどであってもよい。

前記実施形態では、カートリッジとして、現像ローラ６３とトナーが収容される収容部６７を有する現像カートリッジを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カートリッジは、現像ローラを有しないトナーカートリッジであってもよいし、現像ローラと感光体ドラムの両方を有するプロセスカートリッジであってもよい。

前記実施形態では、画像形成装置として、感光体が複数設けられたカラープリンタ１を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画像形成装置は、感光体を１つだけ有するモノクロ用のプリンタであってもよい。また、画像形成装置は、プリンタに限定されず、例えば、フラットベッドスキャナなどの原稿読取装置を備える複写機や複合機などであってもよい。また、前記実施形態では、本発明を正帯電性の現像剤を使用する画像形成装置に適用した例を示したが、これに限定されず、負帯電性の現像剤を使用する画像形成装置にも適用することができる。

なお、前記実施形態のカラープリンタ１は、感光体ドラム５３上のトナー像を直接記録紙Ｐに転写する直接転写方式の画像形成装置であり、各現像カートリッジ６１ごとに設定された第２の劣化度を算出するためのパラメータが、記録紙Ｐの搬送方向上流側に配置された現像カートリッジ６１に使用するパラメータほどその値が大きくなっていた。一例として、４つのパラメータの値の比は、搬送方向上流側から順に、２７：９：３：１などとすることができる。しかしながら、各現像カートリッジの収容部内に入り込む紙粉の量の多寡の傾向は、画像形成装置の構成、例えば、直接転写方式か中間転写方式か、また、転写の方式が転写ローラを用いるものか転写チャージャを用いるものか、また、感光体のクリーニングの方式がローラによるものかブレードによるものかなどによって異なるため、複数のパラメータの大小の関係は、画像形成装置の具体的な構成に応じて適宜設定することが望ましい。

１ カラープリンタ
１０ 本体筐体
５３ 感光体ドラム
５５ 回収ローラ
６１ 現像カートリッジ
６７ 収容部
９０ 紙粉検出センサ
１２０ 残量推定手段
１４０ 劣化度算出手段
１４１ 第１劣化度算出手段
１４２ 第２劣化度算出手段
１４３ 第３劣化度算出手段
１４４ 積算手段
１５０ 交換時期判定手段
１６０ 画像形成制御手段
１７０ 濃度調整手段
１８０ 紙粉量推定手段
Ｐ 記録紙

Claims (9)

1. 感光体に形成された現像剤像を記録紙に転写することで記録紙に画像を形成する画像形成装置であって、
   前記感光体に供給するための現像剤が収容される収容部を有し、装置本体に対して交換可能なカートリッジと、
   前記収容部内の現像剤の残量を推定するための残量推定手段と、
   所定のタイミングで、少なくとも、前記収容部内の現像剤の残量、前記カートリッジの動作量および前記収容部内に入り込む紙粉の量に基づき、前記収容部内の現像剤の現像剤劣化度を算出する劣化度算出手段と、
   前記劣化度算出手段により算出された前記現像剤劣化度が所定の閾値に達したときに前記カートリッジが交換時期であると判定する交換時期判定手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記劣化度算出手段は、
   前記収容部内の現像剤の残量と前記カートリッジの動作量とに基づき、前記カートリッジの動作量の影響による前記収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの劣化度である第１の劣化度を算出するための第１劣化度算出手段と、
   前記収容部内の現像剤の残量と前記収容部内に入り込む紙粉の量に関連するパラメータとに基づき、前記収容部内に入り込む紙粉の影響による前記収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの劣化度である第２の劣化度を算出するための第２劣化度算出手段と、
   前記第１の劣化度と前記第２の劣化度を合算して前記収容部内の現像剤の所定の動作量当たりの第３の劣化度を算出するための第３劣化度算出手段と、
   前記所定の動作量当たりの第３の劣化度を積算して前記現像剤劣化度を算出するための積算手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記所定のタイミングは、前記残量推定手段により前記収容部内の現像剤の残量が推定されたときであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記感光体上に付着した現像剤を回収するための回収部材と、
   前記回収部材に付着した紙粉を検出するための検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記収容部内に入り込む紙粉の量を推定するための紙粉量推定手段と、を備え、
   前記劣化度算出手段は、前記紙粉量推定手段が推定した前記収容部内に入り込む紙粉の量に基づいて前記現像剤劣化度を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 記録紙の搬送経路上に設けられ、紙粉を回収するための回収部材と、
   前記回収部材に付着した紙粉を検出するための検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて前記収容部内に入り込む紙粉の量を推定するための紙粉量推定手段と、を備え、
   前記劣化度算出手段は、前記紙粉量推定手段が推定した前記収容部内に入り込む紙粉の量に基づいて前記現像剤劣化度を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記劣化度算出手段は、前記パラメータとして定数を用いることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
7. 前記感光体は、配列されて複数設けられ、
   前記カートリッジは、前記感光体に対応してそれぞれ設けられ、
   前記劣化度算出手段は、カートリッジごとに異なる前記パラメータを用いて前記第２の劣化度をカートリッジごとに個別に算出可能に構成され、
   前記交換時期判定手段は、それぞれのカートリッジの交換時期を個別に判定可能に構成されたことを特徴とする請求項２または請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記交換時期判定手段により前記カートリッジが交換時期であると判定された場合、記録紙に画像を形成する動作を禁止することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記劣化度算出手段により算出された前記現像剤劣化度に基づいて記録紙に転写される現像剤像の濃度を補正するための濃度補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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