JP2021124552A - 画像形成装置 - Google Patents

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保 清水
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賢一 玉置
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Abstract

【課題】トナーの交換時期を適切に判断する。
【解決手段】画像形成装置1は、トナー帯電量予測部647と、トナー現像抵抗算出部649と、判定部650とを備える。トナー現像抵抗算出部649は、現像装置64が像担持体の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する際に、現像装置64に印加されたバイアス電圧Vdcと、測定された現像電流Idとに基づいて、バイアス電圧Vdcの値を現像電流Idの値で割ってトナー現像抵抗TRを算出する。トナー帯電量予測部647は、トナー像の濃度と、現像電流Idとに基づいて、現像装置64が像担持体に供給するトナーのトナー帯電量TQを予測する。判定部650は、トナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRに基づいて、現像装置64の状態を判定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、画像形成装置に関する。
特許文献1の画像形成装置は、像担持体に形成された画像データに基づく静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像形成時における現像電流を検知する現像電流検知手段と、像担持体上のトナー像が転写された中間転写体上のトナー像の光学濃度を検知する濃度センサとを備え、パッチ画像データに基づきパッチ画像を形成し、濃度センサと現像電流検知手段との出力に基づいて現像手段に収容されているトナーの帯電量を測定する。
特開2009−294504号公報
例えば、特許文献1の画像形成装置において、測定したトナー帯電量に基づいて、現像手段に収容されているトナーの濃度をコントロールすることにより、トナー像の光学濃度の低下を抑えることができる。
このように、トナー像の光学濃度の低下を抑えていても、現像手段に収容されているトナーが減少するとトナー像の光学濃度が低下する。この場合、トナーの交換を要するため、トナーの交換時期を適切に判断することが望まれる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的はトナーの交換時期を適切に判断することが可能な画像形成装置を提供することにある。
本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、現像装置と、濃度検出部と、電流測定部と、トナー帯電量予測部と、トナー現像抵抗算出部と、判定部とを備える。前記像担持体には、表面に静電潜像が形成される。前記現像装置は、前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する。前記濃度検出部は、前記現像装置によって現像された前記トナー像の濃度を検出する。前記電流測定部は、前記現像装置を流れる現像電流を測定する。前記トナー帯電量予測部は、前記現像装置が前記像担持体に供給する前記トナーの帯電量であるトナー帯電量を予測する。前記トナー現像抵抗算出部は、前記現像装置により前記静電潜像が現像される際に、前記現像装置に印加されたバイアス電圧と、前記電流測定部によって測定された前記現像電流とに基づいてトナー現像抵抗を算出する。前記判定部は、前記トナー帯電量予測部が予測した前記トナー帯電量及び前記トナー現像抵抗算出部が算出した前記トナー現像抵抗に基づいて、前記現像装置の状態を判定する。前記トナー帯電量予測部は、前記濃度検出部が検出した前記濃度と、前記現像電流とに基づいて、前記トナー帯電量を予測する。前記トナー現像抵抗算出部は、前記バイアス電圧の値を前記現像電流の値で割って前記トナー現像抵抗を算出する。
本発明によれば、トナーの交換時期を適切に判断することが可能となる。
画像形成装置1の構成の一例を示す図である。 現像装置64の構成の一例を示す図である。 関数FTのグラフである。 異常テーブルを示す図である。 本実施形態に係る判定プロセスを示すフローチャートである。 本実施形態に係る画像形成装置1が現像剤として現像剤Aを用いた場合の判定結果を示す表である。 本実施形態に係る画像形成装置1が現像剤として現像剤Bを用いた場合の判定結果を示す表である。 図3に示すグラフに「現像器判定」をプロットした図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
図1を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置1の構成について説明する。図1は、画像形成装置1の構成の一例を示す図である。画像形成装置1は、例えば、タンデム方式のカラープリンターである。
図1に示すように、画像形成装置1は、操作部2、給紙部3、搬送部4、トナー補給部5、画像形成部6、転写部7、定着部8、排出部9、及び制御部10を備える。
操作部2は、ユーザーからの指示を受け付ける。操作部2は、ユーザーからの指示を受け付けると、ユーザーからの指示を示す信号を制御部10へ送信する。操作部2は、液晶ディスプレー21及び複数の操作キー22を含む。液晶ディスプレー21は、例えば、各種処理結果を表示する。操作キー22は、例えば、テンキー、及びスタートキーを含む。操作部2は、画像形成処理の実行を示す指示が入力されると、画像形成処理の実行を示す信号を制御部10へ送信する。この結果、画像形成装置1による画像形成動作が開始される。
給紙部3は、給紙カセット31、及び給紙ローラー群32を有する。給紙カセット31は、複数枚の用紙Pを収容可能である。給紙ローラー群32は、給紙カセット31に収容された用紙Pを1枚ずつ搬送部4へ給紙する。用紙Pは記録媒体の一例である。
搬送部4は、ローラー及びガイド部材を備える。搬送部4は、給紙部3から排出部9まで延在する。搬送部4は、画像形成部6及び定着部8を経由するように、給紙部3から排出部9まで用紙Pを搬送する。
トナー補給部5は、画像形成部6にトナーを補給する。トナー補給部5は、第1装着部51Y、第2装着部51C、第3装着部51M、及び第4装着部51Kを備える。トナー補給部5は現像剤補給部の一例である。トナーは現像剤の一例である。
第1装着部51Yには第1トナーコンテナ52Yが、装着される。同様に、第2装着部51Cには第2トナーコンテナ52Cが、第3装着部51Mには第3トナーコンテナ52Mが、第4装着部51Kには第4トナーコンテナ52Kが装着される。なお、第1装着部51Y〜第4装着部51Kの構成は、装着されるトナーコンテナの種類が異なるのみで他の構成は同様である。このため、第1装着部51Y〜第4装着部51Kを総称して、「装着部51」と記載する場合がある。
第1トナーコンテナ52Y、第2トナーコンテナ52C、第3トナーコンテナ52M、及び第4トナーコンテナ52Kには、トナーがそれぞれ収容される。本実施形態において、第1トナーコンテナ52Yには、イエロートナーが収容される。第2トナーコンテナ52Cには、シアントナーが収容される。第3トナーコンテナ52Mには、マゼンタトナーが収容される。第4トナーコンテナ52Kには、ブラックトナーが収容される。
画像形成部6は、露光装置61、第1画像形成ユニット62Y、第2画像形成ユニット62C、第3画像形成ユニット62M、及び第4画像形成ユニット62Kを備える。
第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kの各々は、帯電装置63、現像装置64、及び感光体ドラム65を有する。感光体ドラム65は、像担持体の一例である。
帯電装置63、及び現像装置64は、感光体ドラム65の周面に沿って配置される。本実施形態において、感光体ドラム65は、図1の矢印R1で示す方向(時計回り)に回転する。
帯電装置63は、感光体ドラム65を放電によって所定の極性に均一に帯電させる。本実施形態において、帯電装置63は、感光体ドラム65を正の極性に帯電させる。露光装置61は、帯電した感光体ドラム65にレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム65の表面に静電潜像が形成される。
現像装置64は、感光体ドラム65の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。現像装置64は、トナー補給部5からトナーが補給される。現像装置64は、トナー補給部5から補給されたトナーを感光体ドラム65の表面に供給する。この結果、感光体ドラム65の表面にトナー像が形成される。
本実施形態において、第1画像形成ユニット62Yが有する現像装置64は、第1装着部51Yと接続する。したがって、第1画像形成ユニット62Yが有する現像装置64には、イエロートナーが補給される。よって、第1画像形成ユニット62Yが有する感光体ドラム65の表面には、イエロートナー像が形成される。
第2画像形成ユニット62Cが有する現像装置64は、第2装着部51Cと接続する。したがって、第2画像形成ユニット62Cが有する現像装置64には、シアントナーが補給される。よって、第2画像形成ユニット62Cが有する感光体ドラム65の表面には、シアントナー像が形成される。
第3画像形成ユニット62Mが有する現像装置64は、第3装着部51Mと接続する。したがって、第3画像形成ユニット62Mが有する現像装置64には、マゼンタトナーが補給される。よって、第3画像形成ユニット62Mが有する感光体ドラム65の表面には、マゼンタトナー像が形成される。
第4画像形成ユニット62Kが有する現像装置64は、第4装着部51Kと接続する。したがって、第4画像形成ユニット62Kが有する現像装置64には、ブラックトナーが補給される。よって、第4画像形成ユニット62Kが有する感光体ドラム65の表面には、ブラックトナー像が形成される。
転写部7(中間転写装置)は、第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kが有する各感光体ドラム65の表面に形成された各トナー像を用紙Pに重ねて転写する。本実施形態において、転写部7は、二次転写方式によって各トナー像を用紙Pに重ねて転写する。詳しくは、転写部7は、4つの一次転写ローラー71、中間転写ベルト72、駆動ローラー73、従動ローラー74、二次転写ローラー75、及び濃度センサー76を有する。
中間転写ベルト72は、4つの一次転写ローラー71、駆動ローラー73、及び、従動ローラー74に張架された無端ベルトである。中間転写ベルト72は、駆動ローラー73の回転に応じて駆動する。図1において、中間転写ベルト72は、反時計回りに周回する。従動ローラー74は、中間転写ベルト72の駆動に応じて回転駆動する。
第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kは、中間転写ベルト72の下面の駆動方向Dに沿って、中間転写ベルト72の下面と対向して配置される。本実施形態において、第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kは、中間転写ベルト72の下面の駆動方向Dの上流側から下流側に向けて第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kの順で配置される。
各一次転写ローラー71は、中間転写ベルト72を介して各感光体ドラム65に対向して配置され、各感光体ドラム65に向けて押圧されている。このため、各感光体ドラム65の表面に形成されたトナー像が中間転写ベルト72に順次転写される。本実施形態において、中間転写ベルト72には、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で重ねて転写される。以下、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像が重ねられたトナー像を「積層トナー像」と記載する場合がある。
二次転写ローラー75は、中間転写ベルト72を介して駆動ローラー73に対向して配置される。二次転写ローラー75は、駆動ローラー73に向けて押圧されている。これにより、二次転写ローラー75と駆動ローラー73との間に転写ニップが形成される。用紙Pが転写ニップを通過すると、中間転写ベルト72上の積層トナー像が用紙Pに転写される。本実施形態において、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がこの順で、上層から下層となるように用紙Pに転写される。積層トナー像が転写された用紙Pは、搬送部4によって定着部8へ向けて搬送される。
濃度センサー76(濃度検出部)は、第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kよりも下流側において中間転写ベルト72に対向して配置されており、感光体ドラム65上に形成された積層トナー像の濃度を測定する。なお、濃度センサー76は、中間転写ベルト72上の積層トナー像の濃度を測定するものでもよく、また、用紙P上に定着されたトナー像の濃度を測定するものでもよい。
定着部8は、加熱部材81、及び加圧部材82を備える。加熱部材81、及び加圧部材82は互いに対向して配置され、定着ニップを形成する。画像形成部6から搬送された用紙Pは、定着ニップを通過することにより所定の定着温度で加熱されながら、加圧される。この結果、積層トナー像が用紙Pに定着する。用紙Pは、搬送部4によって定着部8から排出部9へ向けて搬送される。
排出部9は、排出ローラー対91及び排出トレイ93を有する。排出ローラー対91は、排出口92を介して排出トレイ93へ用紙Pを搬送する。排出口92は、画像形成装置1の上部に形成される。
制御部10は、画像形成装置1が備える各部の動作を制御する。制御部10は、プロセッサー11及び記憶部12を備える。プロセッサー11は、例えばCPU(Central Processing Unit)を備える。記憶部12は、半導体メモリーのようなメモリーを備え、HDD(Hard Disk Drive)を備えてもよい。記憶部12は、制御プログラムを記憶している。プロセッサー11は、制御プログラムを実行することによって、画像形成装置1の動作を制御する。
次に、図2を参照して、現像装置64の構成について詳細に説明する。図2は、現像装置64の構成の一例を示す図である。詳しくは、図2は、第1画像形成ユニット62Yが有する第1現像装置64Yを示す。なお、図2では、理解を容易にするために感光体ドラム65を2点鎖線で図示している。本実施形態において、第1現像装置64Yは、タッチダウン現像方式によって感光体ドラム65の表面に形成された静電潜像を現像する。図1を参照して既に説明したように、第1現像装置64Yの現像容器640は、第1トナーコンテナ52Yに接続する。したがって、第1現像装置64Yの現像容器640には、イエロートナーがトナー補給口640hを介して補給される。
図2に示すように、第1現像装置64Yは、現像容器640の内部に現像ローラー641、磁気ローラー642、第1攪拌スクリュー643、第2攪拌スクリュー644、及びブレード645を有する。詳しくは、現像ローラー641は、磁気ローラー642と対向して配置される。磁気ローラー642は、第2攪拌スクリュー644と対向して配置される。ブレード645は、磁気ローラー642と対向して配置される。
現像容器640は、仕切り壁640cによって第1攪拌室640aと第2攪拌室640bとに区画される。仕切り壁640cは、現像ローラー641の軸方向に延びる。第1攪拌室640aと第2攪拌室640bとは、仕切り壁640cの長手方向の両端の外方において連通している。
第1攪拌室640aには、第1攪拌スクリュー643が配置される。第1攪拌室640aには、磁性体キャリアが収容されている。第1攪拌室640aには、非磁性体のトナーがトナー補給口640hを介して補給される。図2に示す例では、第1攪拌室640aには、イエロートナーが補給される。
第2攪拌室640bには、第2攪拌スクリュー644が配置される。第2攪拌室640bには、磁性体のキャリアが収容されている。
イエロートナーは、第1攪拌スクリュー643及び第2攪拌スクリュー644によって攪拌されてキャリアと混合される。この結果、キャリア、及びイエロートナーからなる2成分現像剤が構成される。2成分現像剤は、現像剤の一例であるため、以下「現像剤」と省略して記載することがある。
第1攪拌スクリュー643及び第2攪拌スクリュー644は、第1攪拌室640aと第2攪拌室640bとの間で現像剤を循環させて攪拌する。この結果、トナーが所定の極性に帯電する。本実施形態において、トナーは、正の極性に帯電する。
磁気ローラー642は、非磁性の回転スリーブ642aと、マグネット体642bとによって構成される。マグネット体642bは、回転スリーブ642aの内部に固定して配置される。マグネット体642bは、複数の磁極を含む。現像剤は、マグネット体642bの磁力によって、磁気ローラー642に吸着する。この結果、磁気ローラー642の表面に磁気ブラシが形成される。
本実施形態において、磁気ローラー642は、図2の矢印R3(反時計回り)で示す方向に回転する。磁気ローラー642は、回転することによって磁気ブラシをブレード645と対向する位置まで搬送する。ブレード645は、磁気ローラー642との間にギャップ(隙間)が形成されるように配置されている。したがって、磁気ブラシの厚さがブレード645によって規定される。ブレード645は、磁気ローラー642と現像ローラー641とが対向する位置よりも磁気ローラー642の回転方向の上流側に配置される。
現像ローラー641及び磁気ローラー642には、所定の電圧が印加される。所定の電圧が印加されて、現像ローラー641と磁気ローラー642との間が所定の電位差になると、現像剤に含まれるイエロートナーが現像ローラー641に移行する。この結果、イエロートナーから成るトナー薄層が現像ローラー641の表面に形成される。
現像ローラー641は、図2の矢印R2(反時計回り)で示す方向に回転する。これにより、表面に形成されたトナー薄層が感光体ドラム65と対向する位置まで搬送され、感光体ドラム65に付着される。
第1現像装置64Yは、電流測定部646と、トナー帯電量予測部647と、トナー現像抵抗算出部649と、判定部650とを更に備える。
電流測定部646は、例えば、現像電源648と現像ローラー641との間に接続される。現像電源648は、現像ローラー641に所定のバイアス電圧を印加する、電流測定部646は、現像電源648によって印加されたバイアス電圧に応じて感光体ドラム65と現像ローラー641との間を流れる現像電流を検知する。電流測定部646は、例えば、電流計からなり、現像電流の電流値を測定する。
トナー帯電量予測部647は、第1現像装置64Yが感光体ドラム65に供給するトナーの帯電量であるトナー帯電量TQを予測する。
具体的には、トナー帯電量予測部647は、電流測定部646が測定した第1現像装置64Yが静電潜像を現像する際の現像電流Idを取得し、取得した現像電流Idを時間積分して現像電荷量Qを算出する。
また、トナー帯電量予測部647は、濃度センサー76によって測定された感光体ドラム65上に形成された積層トナー像の濃度(トナー濃度C)を取得し、例えば記憶部12に記憶されているトナー濃度Cとトナー現像量Mとの関係を示す濃度テーブルを参照して取得したトナー濃度Cをトナー現像量Mに変換する。
トナー帯電量予測部647は、現像電荷量Qとトナー現像量Mとの比をトナー帯電量TQとして算出する。
本実施形態において、トナー帯電量TQを算出する処理は、第1現像装置64Yがトナー帯電量TQを算出するために準備された基準画像に対応する静電潜像を現像する際に行われてもよいし、用紙Pへ画像形成する画像に対応する静電潜像を現像する際に行われてもよい。
ここで、トナー帯電量TQは、温度、用紙Pへ印字する画像の印字率、用紙Pへの印字枚数等に応じて現像剤が劣化することにより変化する。例えば、低温低湿環境において、トナー帯電量TQは、過剰に増加する。この結果、画像形成装置において形成される画像の濃度(画像濃度)が低下する。
これに対して、例えば、現像剤中のトナー濃度をコントロールすることで、トナー帯電量TQが変化した場合においても、適切なトナー濃度を維持して画像濃度の低下を抑制することができる。
しかしながら、画像濃度は、トナー帯電量TQの増加以外に、現像剤におけるキャリアが感光体ドラム65に現像される現象(キャリア現像)によっても低下する。
詳しくは、現像剤中のトナー濃度がコントロールされている場合、キャリア現像による現像剤中のキャリアの減少に伴い、トナーが減少する。この結果、画像形成装置における現像剤量が減少して画像濃度が低下する。
画像濃度の低下の原因が現像剤量の減少である場合、現像装置64の交換等を行って現像剤量を補充する必要がある。
このような現像剤量の減少は、トナー帯電量TQを予測しても検出することができない。このため、現像剤量の減少を調べるには、トナー帯電量TQの予測とは別の方法を用いる必要がある。
例えば、現像剤量が減少していると、キャリアが減少していることから、現像電流は小さくなる。そこで、現像電流の流れにくさを示すトナー現像抵抗を算出する。トナー現像抵抗が大きい場合、現像電流は小さくなるためキャリア(現像剤量)が減少していることがわかる。
本実施形態において、トナー現像抵抗算出部649は、第1現像装置64Yが静電潜像を現像する際に、第1現像装置64Yに印加されたバイアス電圧と、電流測定部646によって測定された現像電流とに基づいてトナー現像抵抗を算出する。
具体的には、トナー現像抵抗算出部649は、現像電源648が現像ローラー641に印加するバイアス電圧Vdcを取得する。また、トナー現像抵抗算出部649は、電流測定部646が測定した第1現像装置64Yが静電潜像を現像する際の現像電流Idを取得する。トナー現像抵抗算出部649は、取得したバイアス電圧Vdcを現像電流Idで割ってトナー現像抵抗TRを算出する。
本実施形態において、トナー現像抵抗TRを算出する処理は、第1現像装置64Yがトナー現像抵抗TRを算出するために準備された基準画像に対応する静電潜像を現像する際に行われてもよいし、用紙Pへ画像形成する画像に対応する静電潜像を現像する際に行われてもよい。
判定部650は、トナー帯電量予測部647が予測したトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗算出部649が算出したトナー現像抵抗TRに基づいて、現像装置64の状態を判定する。
例えば、トナー現像抵抗算出部649は、複数のバイアス電圧にそれぞれ対応する現像電流に基づいて複数のトナー現像抵抗を算出し、算出した各トナー現像抵抗に基づいて、判定部650による現像装置64の状態の判定に用いるトナー現像抵抗を決定してもよい。
具体的には、トナー現像抵抗算出部649は、第1現像装置64Yにバイアス電圧Vdc1が印加されると、電流測定部646によって測定された現像電流Id1を取得し、トナー現像抵抗TR1を算出する。また、トナー現像抵抗算出部649は、第1現像装置64Yにバイアス電圧Vdc2が印加されると、電流測定部646によって測定された現像電流Id2を取得し、トナー現像抵抗TR2を算出する。また、トナー現像抵抗算出部649は、第1現像装置64Yにバイアス電圧Vdc3が印加されると、電流測定部646によって測定された現像電流Id3を取得し、トナー現像抵抗TR3を算出する。
トナー現像抵抗算出部649は、算出したトナー現像抵抗TR1、TR2、TR3に基づいて、例えば最小二乗法を用いて1次関数を算出し、算出した1次関数の傾きを、判定部650による現像装置64の状態の判定に用いるトナー現像抵抗TRとして決定する。
なお、本実施形態において、トナー現像抵抗算出部649は、算出したトナー現像抵抗TR1、TR2、TR3に基づいて、1次関数を算出するとしたが、これに限らず、2次関数等1次関数以外の関数を算出し、算出した関数のいずれかのパラメーターを判定部650による現像装置64の状態の判定に用いるトナー現像抵抗TRとして決定してもよい。
(判定方法1)
判定部650は、トナー帯電量とトナー現像抵抗との対応関係を示す関数FTに基づいて、第1現像装置64Yの異常の度合いを示す異常度を算出する。
次に、図1〜図3を参照して、トナー帯電量TQxとトナー現像抵抗TRxとの対応関係を示す関数FT及び異常度Xを説明する。図3は、関数FTのグラフである。図3は、横軸にトナー帯電量TQxを示し、縦軸にトナー現像抵抗TRxを示す。関数FTは、例えば、1次関数(TRx=α*TQx+β)である。
本実施形態において、関数FTは、記憶部12に記憶されている。判定部650は、関数FTを記憶部12から取得し、取得した関数FTのトナー帯電量TQx及びトナー現像抵抗TRxに、トナー帯電量予測部647が予測したトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗算出部649が算出したトナー現像抵抗TRをそれぞれ代入して異常度X(X=TRx−α*TQx−β)を算出する。
図3は、判定部650が算出した異常度Xの例として、「0」、「2」及び「−2」を示す。
判定部650は、算出した異常度Xに基づいて、第1現像装置64Yの状態を判定する。例えば、判定部650は、算出した異常度Xが「−2」(X≦0)である場合、第1現像装置64Yの状態を正常と判定する。一方、判定部650は、算出した異常度Xが「0」及び「2」(X>0)である場合、第1現像装置64Yの状態を異常(要交換)と判定する。
本実施形態において、関数FTは、1次関数であるとしたが、これに限らず、2次関数等であってもよい。
(判定方法2)
判定部650は、トナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRの組み合わせと異常度Xとの対応関係を示す異常テーブルに基づいて、第1現像装置64Yの状態を判定する。
次に、図1、図2及び図4を参照して、異常テーブルを説明する。図4は、異常テーブルを示す図である。
本実施形態において、異常テーブルは、記憶部12に記憶されている。判定部650は、記憶部12における異常テーブルを参照して、トナー帯電量予測部647が予測したトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗算出部649の組み合わせに対応する異常度Xを取得し、取得した異常度Xに基づいて、第1現像装置64Yの状態を判定する。
(判定方法3)
判定部650は、トナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRを記憶部12に保存して蓄積し、蓄積したトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRに対して統計手法を用いて第1現像装置64Yの状態を判定する。
例えば、判定部650は、算出したトナー帯電量TQ又はトナー現像抵抗TRが、記憶部12に蓄積されたトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRの平均分布からどの程度外れているかを数値した値に基づいて、異常度Xを算出し、算出した異常度Xに基づいて、第1現像装置64Yの状態を判定する。
なお、例えば、画像形成装置1と同じ種類の他の画像形成装置のトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRが画像形成装置1の外部に蓄積され、判定部650が画像形成装置1の外部に蓄積されたトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRの平均分布を参照してもよい。
判定部650は、第1現像装置64Yの状態を異常と判定した場合、判定結果(異常判定)を制御部10へ出力する。制御部10は、判定部650からの判定結果を受けて、第1現像装置64Yの交換をユーザーに通知する表示を液晶ディスプレー21に表示する処理を行う。
第1画像形成ユニット62Y〜第4画像形成ユニット62Kの各々が有する現像装置64の構成は、トナー補給部5から補給されるトナーの種類が異なるのみで、他の構成は略同様である。したがって、第2画像形成ユニット62C〜第4画像形成ユニット62Kが有する第2現像装置64C〜第4現像装置64Kの構成の説明については、説明を省略する。
また、本実施形態において、判定部650が現像装置64の外部の制御部10に含まれてもよい。この場合、判定部650は、トナー帯電量及びトナー現像抵抗に加えて、更に他の要素に基づいて、異常度を算出してもよい。例えば、判定部650は、転写部7に印加される電圧及び転写部7を流れる電流を取得し、取得した電圧及び電流に基づく抵抗値と、トナー帯電量と、トナー現像抵抗とに基づいて、異常度を算出する。
次に、図5を参照して、本実施形態に係る判定プロセスについて説明する。図5は、本実施形態に係る判定プロセスを示すフローチャートである。
まず、トナー帯電量予測部647は、電流測定部646が測定した第1現像装置64Yが静電潜像を現像する際の現像電流Idと、濃度センサー76によって測定された感光体ドラム65上に形成された積層トナー像のトナー濃度Cとを取得する。トナー帯電量予測部647は、取得した現像電流Idを時間積分した現像電荷量Qと、取得したトナー濃度Cを濃度テーブルを参照して変換したトナー現像量Mとの比をトナー帯電量TQとして算出する(ステップS11)。
トナー現像抵抗算出部649は、現像電源648が現像ローラー641に印加するバイアス電圧Vdcと、電流測定部646が測定した第1現像装置64Yが静電潜像を現像する際の現像電流Idを取得する。トナー現像抵抗算出部649は、取得したバイアス電圧Vdcを現像電流Idで割ってトナー現像抵抗TRを算出する(ステップS12)。
判定部650は、トナー帯電量TQ及びトナー帯電量TQに基づいて、異常度Xを算出し、算出した異常度Xに基づいて、第1現像装置64Yの状態を判定する(ステップS13)。
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
本発明の実施例及び比較例では、画像形成装置1として複合機を使用した。複合機は、TASKalfa2550Ci(京セラドキュメントソリューションズ株式会社)改造機であった。
複合機の実験条件は次の通りであった。
・感光体ドラム65:アモルファスシリコンドラム
・感光体ドラム65の感光層の厚み:20μm
・ブレード645:SUS430、磁性
・ブレード645の厚み:1.5mm
・現像ローラー641の表面形状:ローレット加工+ブラスト
・現像ローラー641の外径:20mm
・現像ローラー641の凹部:周方向64列、V溝
・現像ローラー641の周速/感光体ドラム65の周速:1.8
・現像ローラー641及び感光体ドラム65間の距離:0.3mm
・バイアス電圧Vdcの交流成分:Vpp1200V、duty50%、短形波、8kHz
・トナー:粒子径6.8μm、正帯電性
・キャリア:粒子径38μm、フェライト・樹脂コートキャリア
・トナー濃度:6%
・プリント速度:55枚/分
以下、参考例と比較例とを比較しながら説明する。
実施例1では、現像装置64に関する異常度Xを算出するための関数FTをX=TRx−0.3*TQx−6と規定した。比較例1では、異常度X1をXA=TQx−30と規定した。比較例1では、異常度X1をトナー帯電量TQのみに基づいて算出した。比較例2では、異常度X2をX2=TRx−15と規定した。比較例2では、異常度X2をトナー現像抵抗TRのみに基づいて算出した。
次に、図6を参照して、本実施例に係る画像形成装置1による判定結果の例1について説明する。図6は、本実施形態に係る画像形成装置1が現像剤として現像剤Aを用いた場合の判定結果を示す表である。
図6に示す表に、6段階の現像剤Aの現像剤量(充填量)の条件において、算出されたトナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRと、異常度X、X1、X2と、異常度X、X1、X2に基づく判定結果(交換判定)とを示す。異常度X、X1、X2がそれぞれ0より大きい場合に異常と判定され、図6に示す表の「交換判定」に「×」で示し、0以下の場合に正常と判定され、図6に示す表の「交換判定」に「〇」で示す。
具体的には、条件1−1では、現像剤量が100[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが38[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが19.7[MΩ]であり、異常度Xが「2.3」であり、異常度X1が「8.0」であり、異常度X2が「4.7」である。異常度Xに基づく判定結果は「×」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「×」である。
また、判定結果が正しいかを検証するため、トナー現像量Mを図6に示す表に示す。トナー現像量Mは、現像ローラー641にバイアス電圧(220V)を印加したときに、感光体ドラム65に現像されたトナーの量である。トナー現像量M及び現像装置64に充填された現像剤Aの現像剤量に基づいて、現像装置64の交換が必要か否かを判断し、判断結果を図6に示す表の「現像器判定」に示す。
例えば、トナー現像量Mが5.5[g/m2]以上である場合、画像濃度が十分であり、現像装置64の交換が必要ないと判断する(現像器判定「〇」)。トナー現像量Mが5.5[g/m2]未満であり、現像剤量が130[g]以上である場合、画像濃度が不十分であるが現像剤量は十分であり、現像装置64の交換が必要ないと判断する(現像器判定「△」)。トナー現像量Mが5.5[g/m2]未満であり、現像剤量が130[g]未満である場合、画像濃度及び現像剤量が不十分であり、現像装置64の交換が必要であると判断する(現像器判定「×」)。
条件1−1では、現像剤量が100[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが3.4[g/m2](<5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が必要であると判断する(現像器判定「×」)。
条件1−2では、現像剤量が120[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが37[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが17.5[MΩ]であり、異常度Xが「0.4」であり、異常度X1が「7.0」であり、異常度X2が「2.5」である。異常度Xに基づく判定結果は「×」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「×」である。また、現像剤量が120[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが3.9[g/m2](<5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が必要であると判断する(現像器判定「×」)。
条件1−3では、現像剤量が140[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが36[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが15.9[MΩ]であり、異常度Xが「−0.9」であり、異常度X1が「6.0」であり、異常度X2が「0.9」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「×」である。また、トナー現像量Mが4.4[g/m2](<5.5[g/m2])であるが、現像剤量が140[g](≧130[g])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「△」)。
条件1−4では、現像剤量が160[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが36[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが14.7[MΩ]であり、異常度Xが「−2.1」であり、異常度X1が「6.0」であり、異常度X2が「−0.3」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、トナー現像量Mが4.8[g/m2](<5.5[g/m2])であるが、現像剤量が160[g](≧130[g])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「△」)。
条件1−5では、現像剤量が180[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが34[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが14.4[MΩ]であり、異常度Xが「−1.8」であり、異常度X1が「4.0」であり、異常度X2が「−0.6」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、トナー現像量Mが5.2[g/m2](<5.5[g/m2])であるが、現像剤量が180[g](≧130[g])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「△」)。
条件1−6では、現像剤量が200[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが34[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが14.0[MΩ]であり、異常度Xが「−2.2」であり、異常度X1が「4.0」であり、異常度X2が「−1.0」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「×」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、トナー現像量Mが5.3[g/m2](<5.5[g/m2])であるが、現像剤量が160[g](≧130[g])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「△」)。
次に、図7を参照して、本実施例に係る画像形成装置1による判定結果の例2について説明する。図7は、本実施形態に係る画像形成装置1が現像剤として現像剤Bを用いた場合の判定結果を示す表である。
図7に示す表に、現像剤Bを用いて図6に示す表と同様の判定を行った判定結果を示す。
条件2−1では、現像剤量が100[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが30[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが19.3[MΩ]であり、異常度Xが「4.3」であり、異常度X1が「0.0」であり、異常度X2が「4.3」である。異常度Xに基づく判定結果は「×」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「×」である。また、現像剤量が100[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが4.4[g/m2](<5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が必要であると判断する(現像器判定「×」)。
条件2−2では、現像剤量が120[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが29[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが16.1[MΩ]であり、異常度Xが「1.4」であり、異常度X1が「−1.0」であり、異常度X2が「1.1」である。異常度Xに基づく判定結果は「×」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「×」である。また、現像剤量が120[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが5.4[g/m2](<5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が必要であると判断する(現像器判定「×」)。
条件2−3では、現像剤量が140[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが29[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが13.7[MΩ]であり、異常度Xが「−1.0」であり、異常度X1が「−1.0」であり、異常度X2が「−1.3」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、現像剤量が140[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが6.4[g/m2](≧5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「〇」)。
条件2−4では、現像剤量が160[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが29[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが12.2[MΩ]であり、異常度Xが「−2.5」であり、異常度X1が「−1.0」であり、異常度X2が「−2.8」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、現像剤量が160[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが7.1[g/m2](≧5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「〇」)。
条件2−5では、現像剤量が180[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが28[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが11.6[MΩ]であり、異常度Xが「−2.8」であり、異常度X1が「−2.0」であり、異常度X2が「−3.4」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、現像剤量が180[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが7.8[g/m2](≧5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「〇」)。
条件2−6では、現像剤量が200[g]の場合、算出されたトナー帯電量TQが28[μC/g]であり、トナー現像抵抗TRが11.3[MΩ]であり、異常度Xが「−3.1」であり、異常度X1が「−2.0」であり、異常度X2が「−3.7」である。異常度Xに基づく判定結果は「〇」であり、異常度X1に基づく判定結果は「〇」であり、異常度X2に基づく判定結果は「〇」である。また、現像剤量が200[g](<130[g])であり、トナー現像量Mが8.0[g/m2](≧5.5[g/m2])であるため、現像装置64の交換が不要であると判断する(現像器判定「〇」)。
次に、図6〜図8を参照して、トナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRに基づく判定結果の妥当性について説明する。図8は、図3に示すグラフに「現像器判定」をプロットした図である。
図6及び図7に示すように、異常度X1に基づく判定結果と、現像器判定とを比較すると、トナー帯電量TQが30[μC/g]以下の場合において判定結果と現像器判定が異なることがある(条件2−1、2−2)。また、現像器判定が「△」であるが、判定結果が「×」である条件(条件1−3〜条件1−6)もある。この場合、実際には現像装置64の交換が不要であっても、現像装置64の交換を促すことになる。
また、異常度X2に基づく判定結果と、現像器判定とを比較すると、トナー現像抵抗TRが15[MΩ]の場合において、現像器判定が「△」であるが、判定結果が「×」である場合がある(条件1−3)。
一方、図8に示すように、異常度Xに基づく判定結果と、現像器判定とを比較すると、判定結果「×」は、トナー帯電量TQ及びトナー現像抵抗TRに依存している(異常度Xより上側)。このように、トナー帯電量TQとトナー現像抵抗TRとの対応関係を示す関数FTを規定することで、現像装置64の交換時期をより正確に判断することが可能となる。
以上、図面(図1〜図8)を参照しながら本発明の実施形態を説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質や形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本発明は、画像形成装置の分野に利用可能である。
1 :画像形成装置
7 :転写部
12 :記憶部
64 :現像装置
64C :第2現像装置
64K :第4現像装置
64Y :第1現像装置
65 :感光体ドラム
76 :濃度センサー
646 :電流測定部
647 :トナー帯電量予測部
649 :トナー現像抵抗算出部
650 :判定部
FT :関数
Id :現像電流
Id1〜3 :現像電流
TQ :トナー帯電量
TQx :トナー帯電量
TR :トナー現像抵抗
TR1〜3 :トナー現像抵抗
TRx :トナー現像抵抗
Vdc :バイアス電圧
Vdc1〜3 :バイアス電圧
X :異常度
X1 :異常度
X2 :異常度

Claims (6)

  1. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
    前記像担持体にトナーを供給し、前記像担持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記現像装置によって現像された前記トナー像の濃度を検出する濃度検出部と、
    前記現像装置を流れる現像電流を測定する電流測定部と、
    前記現像装置が前記像担持体に供給する前記トナーの帯電量であるトナー帯電量を予測するトナー帯電量予測部と、
    前記現像装置により前記静電潜像が現像される際に、前記現像装置に印加されたバイアス電圧と、前記電流測定部によって測定された前記現像電流とに基づいてトナー現像抵抗を算出するトナー現像抵抗算出部と、
    前記トナー帯電量予測部が予測した前記トナー帯電量及び前記トナー現像抵抗算出部が算出した前記トナー現像抵抗に基づいて、前記現像装置の状態を判定する判定部とを備え、
    前記トナー帯電量予測部は、前記濃度検出部が検出した前記濃度と、前記現像電流とに基づいて、前記トナー帯電量を予測し、
    前記トナー現像抵抗算出部は、前記バイアス電圧の値を前記現像電流の値で割って前記トナー現像抵抗を算出する、画像形成装置。
  2. 前記トナー現像抵抗算出部は、複数のバイアス電圧にそれぞれ対応する現像電流に基づいて複数の前記トナー現像抵抗を算出し、算出した各前記トナー現像抵抗に基づいて、前記判定部による前記現像装置の状態の判定に用いるトナー現像抵抗を決定する、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記トナー現像抵抗算出部は、算出した複数の前記トナー現像抵抗の関係を示す1次関数を算出し、算出した前記1次関数の傾きを、前記現像装置の状態の判定に用いるトナー現像抵抗として決定する、請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記判定部は、前記トナー帯電量と前記トナー現像抵抗との対応関係を示す関数に基づいて、前記現像装置の異常の度合いを示す異常度を算出し、
    前記判定部は、算出した前記異常度に基づいて、前記現像装置の状態を判定する、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. 前記画像形成装置は、前記トナー帯電量及び前記トナー現像抵抗の組み合わせと前記異常度との対応関係を示す異常テーブルを保持する記憶部を更に備え、
    前記判定部は、前記異常テーブルに基づいて、前記現像装置の状態を判定する、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. 前記画像形成装置は、前記トナー像が一次転写される中間転写装置を更に備え、
    前記濃度検出部は、前記中間転写装置に一次転写された前記トナー像の濃度を検出する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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