JP5383750B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート等の記録材（記録媒体）上に画像を形成する機能を備えた電子写真方式の画像形成装置に関する。具体的には、複写機、プリンタなどの画像形成装置に関するものである。

電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置において、現像装置内の現像剤の残量を報知する様々な検知方式や推定方式が開示されている。

現像剤の量を直接検知する方式としては、特許文献１に、現像装置内の現像剤量によって変化する静電容量を検出して現像剤残量検出に用いる方式が開示されている。また、特許文献２には、赤外線のＬＥＤと受光用光センサを用いて現像剤の残量検出に用いる方式が開示されている。

現像剤の量を間接的に推定する方式としては、特許文献３に、画像形成時の画像情報（ピクセルカウント値）に基づいて、現像剤の消費率を推測して残量検出に用いる方式が示されている。

また、電子写真画像形成装置の構成として、現像剤の補充や、現像装置のメンテナンスを簡略化するために、現像装置を画像形成装置本体から着脱可能な「現像カートリッジ」として構成する場合がある。更には、現像装置に感光体やその他のプロセス手段を加えて一体的に構成し、「プロセスカートリッジ」として画像形成装置本体から着脱可能にしたものも知られている。

特開平５−６０９２号公報 特開平７−１４０７７６号公報 特開２００１−３１８５６６号公報

電子写真画像形成装置の構成として、現像剤の補充や、現像装置のメンテナンスを簡略化するために、現像装置を画像形成装置本体から着脱可能な「現像プロセスカートリッジ」として構成される場合がある。更には、現像装置に感光体やその他のプロセス手段を加えて一体的に構成し、「プロセスカートリッジ」として画像形成装置本体から着脱可能にしたものも知られている。

このような現像プロセスカートリッジでは、カートリッジ内に残っている現像剤量（現像剤残量）を検知し、現像剤残量が少なくなった場合に残量が少なくなったことを警告する表示部等の報知手段が設けられているものがある。また、残量が少なくなったことではなく、現像カートリッジの使用限度が近くなったことを報知し、ユーザーに現像カートリッジ交換を促すようになっているものがある。

このような現像剤の残量に基づき警告を発し、現像カートリッジの交換を促す場合において、現像容器内の現像剤がある程度残った状態で、警告を発し現像カートリッジの交換を促すような設定をしている。この理由は、現像剤が完全になくなる寸前まで使用してしまうと、例えば現像剤担持体（現像ローラ）の長手方向で現像剤の存在状態に偏りが生じて不良画像が発生する恐れがあるためである。

しかしながら、現像剤の残量がある閾値に達した場合に警告を表示するようにした場合に次のような課題が発見された。即ち、低印字率の画像を多く画像形成した場合、現像剤の残量が閾値に達する前に（即ち現像剤残量がまだ多く、警告が表示される前に）画像不良が発生してしまう場合があるという課題である。この理由としては、低印字率の場合、高印字率の場合よりも、現像収容部に収容されている現像剤の劣化度合いが大きくなるためと思われる。

ここで、印字率と現像剤の劣化の関係について説明する。
現像剤は、母体となる顔料を含む樹脂粒子に、潤滑剤や電荷制御剤等の外添剤を添加した構成となっている。現像剤担持体上で現像剤は現像ブレード等により摺擦されることで所望の電荷量を得る構成となっている。現像剤は、現像ブレード等との摺擦により所望の電荷量を得るようになっているが、この摺擦により現像剤の外添剤が樹脂粒子に埋め込まれてしまう場合がある。このように、外添剤が樹脂粒子に埋め込まれてしまうと、現像剤は所望の電荷量を得ることができなくなる場合があり、これを現像剤の劣化と呼ぶ。劣化した現像剤は、所望の電荷量が得られないため画像不良を発生させる。

現像ブレード等で、所望の電荷量となった現像剤は、現像剤担持体と像担持体との対向位置の現像部に運ばれ、静電潜像を現像する。一方、静電潜像の現像に使われなかった現像剤は、再び現像剤収容器に戻ってくることになる。静電潜像の現像に使われなかった現像剤は、現像ブレード等により摺擦されているため、現像剤が劣化している。そのため、低印字画像を多く形成した場合、静電潜像の現像に使用されない現像剤が多くなり、そのため劣化した現像剤が現像剤収容部に戻ってくることになる。したがって、低印字率画像を多く画像形成した場合、高印字率画像を画像形成した場合に比較して、現像剤収容部にある現像剤の全体として現像剤の劣化度合いが増えていくことになる。

以上のことから、低印字率の画像を多く画像形成した場合、現像剤の残量が閾値に達する前に、画像不良が発生してしまったものと思われる。

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、様々な使用履歴下においても、最適なタイミングで、現像剤の残量レベルの警告や現像カートリッジの交換等の情報を発する装置を提案することを目的とする。本発明では、形成される画像の印字率に応じて、画像不良が発生する直前まで現像剤を使うことを目的とする。

上記課題を解決するための構成として、次のようなものがある。
現像剤像を担持する像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部を備える現像装置であって、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え記録材に画像形成を行う画像形成装置において、前記現像剤収容部に収容された前記現像剤の残量に関する情報を検出する残量検出装置と、前記現像剤の残量に関する情報に基づいて、前記現像装置の使用限度に関する情報信号を発信する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記情報信号を発信した時に前記現像剤収容部に残っている現像剤の量が、現像剤の平均消費率に応じて可変となるように、前記情報信号を発信することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、様々な使用履歴下においても、最適なタイミングで、現像剤の残量レベルの警告や現像カートリッジの交換等の情報を発する装置を提案することができる。本発明によれば、形成される画像の印字率に応じて、画像不良が発生する直前まで現像剤を使うことができる。

本発明を適用した画像形成装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例におけるプロセスカートリッジの概略断面図。 本発明の実施例における現像剤量検出手段の回路構成のブロック図。 本発明の実施例における現像剤消費量算出手段の回路構成のブロック図。 本発明の実施例１における制御系統のブロック図。 本発明の実施例１における選択制御のシーケンス図。 本発明の実施例２における現像剤消費量算出手段の回路構成のブロック図 本発明の実施例４における選択制御のシーケンス図。 本発明の実施例４における消費率所定値と現像剤残量閾値の関係を示す図。 本発明の実施例５における現像剤の残量と不良画像が発生した時間の関係を示す図。 本発明の実施例５における現像ローラ回転の単位時間あたりの現像剤劣化度合いと現像剤の残量の関係を示す図。 本発明の実施例５における積算現像剤劣化度合い推定手段の回路構成のブロック図。 本発明の実施例５における制御系統のブロック図。 本発明の実施例５における選択制御のシーケンス図。 本発明の実施例５における現像剤の消費パターンを示す図。 本発明の実施例５における現像剤の積算の劣化度合いと現像ローラ回転数の関係を示す図。 本発明の実施例５における現像剤の積算の劣化度合いＤａｌｌと現像剤の残量Ｒｔの関係を示す図。

本願発明の特徴は、現像剤収容部の現像剤の残量が少なくなったこと又は現像装置の使用限度が近くなったことを報知するための情報信号を制御する制御装置を備える画像形成装置に関する発明である。

制御装置は、情報信号を発信した時に現像剤収容部に残っている現像剤の量が、記録材の単位枚数当たりの現像剤の消費量（所謂、印字率）に応じて可変となるように、情報信号を発信することが可能としている。具体的な実施例を以下に説明する。

（画像形成装置）
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
図中の２１は、像担持体としての感光体である。感光体２１の周囲には、感光体に作用する次のようなプロセス手段が配設されている。感光体を帯電する帯電装置。帯電された後の感光体２１を露光することにより形成される静電潜像を、現像剤で現像剤像に現像する現像装置２ｂ。感光体２１に形成された現像剤像を記録材や中間転写体等の被転写体に転写するための転写装置。転写後に感光体２１に残った転写残現像剤を感光体２１からクリーニングするためのクリーニングブレード２８及び、クリーニングした転写残トナーを収容する廃現像剤収納容器２９。

本実施例では、帯電装置である帯電ローラ２３、現像装置２ｂの現像ローラ２２（現像剤担持体）、転写装置の転写ローラ４０、クリーニングブレード２８が感光体２１に接触するように配置されている。

感光体２１と帯電ローラ２３とクリーニングブレード２８は、廃現像剤収納容器２９と一体として構成され、感光体ユニット２ａとなっている。

現像装置２ｂは、現像剤収容部としての現像剤収容部７０を含んだ現像容器７１を筐体としている。現像容器７１は、現像ローラ２２と、現像剤供給ローラ７２、現像ブレード７３、攪拌手段としての現像剤攪拌部材７４が設けられた現像ユニットとして構成されている。現像装置２ｂを、以下、現像ユニット２ｂという。現像ローラ２２と、感光体２１とは対向するように配置される。

以下に、本実施例に係る画像形成装置の画像形成動作について説明する。
感光体２１は、不図示の駆動装置により矢印Ｘ方向に所定の速度で回転する。帯電ローラ２３には、不図示の電源より帯電バイアスが印加され、感光体２１の表面を所定電位に一様帯電する。帯電された感光体２１の表面には、不図示のレーザ露光装置により露光され、潜像が形成される。

感光体２１の表面に形成された潜像は、現像ローラ２２との接触部に送られ、現像ローラ２２より供給される現像剤Ｄによって現像剤像として可視化される。本実施例では、現像剤Ｄとして、非磁性一成分現像剤を用いた。現像ローラ２２には、不図示の電源により現像バイアスが印加されている。

可視化された現像剤像は、感光体２１の回転により転写ローラ４０の接触部に送られ、タイミングを合わせて搬送されてくる被転写体である記録材Ｐ上に転写される。転写ローラ４０には、不図示の電源により転写バイアスが印加されている。

現像剤像が転写された記録材Ｐは定着装置５０に送られる。定着装置５０において、記録材Ｐには熱及び圧力が加えられ、転写された現像剤像は記録材Ｐに定着される。

一方、転写されずに感光体２１上に残った現像剤Ｄ（残留現像剤）はクリーニングブレード２８で掻き落とされ、廃現像剤収納容器２９内に収容される。残留現像剤を除去された感光体２１の表面は再び帯電ローラ２３により帯電され、上記画像形成動作を繰り返す。

図１に例示した画像形成装置では、感光体ユニット２ａと現像ユニット２ｂとがまとめて一体化され、プロセスカートリッジ２として画像形成装置より着脱可能に構成されている。

（現像ユニット）
次に、本実施例の現像ユニット２ｂについて、図２を用いて詳細に説明する。図２はプロセスカートリッジ２の概略断面図を示している。

現像ユニット２ｂにおいて、現像ローラ２２及び現像剤供給ローラ７２は回転自在に現像容器７１に支持されている。現像剤供給ローラ７２は現像ローラ２２の周面と接触するように配置されている。現像ローラ２２と現像剤供給ローラ７２の回転方向は、図２中の矢印Ｙ，Ｚに示されるように同一方向（接触部分の周面では逆方向）である。現像ローラ２２は、金属芯金の周囲に所定の体積抵抗を持つ導電性弾性ゴム層を設けたものである。現像剤供給ローラ７２は金属芯金の周囲に発泡ウレタン層を設けたものである。この発泡ウレタン層の表層では発泡セルが開口されており、現像剤Ｄを保持・搬送し易くなっている。

現像ブレード７３は、可撓性のあるリン青銅などの弾性板で構成され、その一端が現像容器７１に固定される。現像ブレード７３の自由端に近い板面を現像ローラ２２の導電性弾性ゴム層の表面に摺擦するように配置される。

現像剤攪拌部材７４は現像剤収容部７０の内部に設けられ、回転軸７６を中心に回転可能な構成となっている。現像剤攪拌部材７４の先端部７５は現像剤収容部７０の底面に接触するように配置される。現像剤収容部７０の底面には、２つの光透過窓６１，６２（入射光透過窓６１，出射光透過窓６２）が設けられている。現像剤攪拌部材７４の先端部７５は、現像剤収容部７０の中で光透過窓６１，６２に接触するように構成され、光透過窓６１，６２の上にある現像剤Ｄを一時的に移動できるようになっている（換言すれば、光透過窓６１，６２を清掃している）。

次に、駆動中の現像ユニット２ｂにおける現像剤の動きについて説明する。
現像ユニット２ｂは、不図示の駆動装置により駆動されると、現像ローラ２２，現像剤供給ローラ７２，現像剤攪拌部材７４のそれぞれが図２中の矢印方向に回転する。

現像剤収容部７０内の現像剤攪拌部材７４が回転することにより、現像剤収容部７０内（現像手段内）の現像剤Ｄは、攪拌されるとともに現像剤供給ローラ７２に向けて搬送される。現像剤供給ローラ７２の発泡ウレタン層に保持された現像剤Ｄは、現像剤供給ローラ７２の回転によって現像ローラ２２との接触部に送られる。前記接触部に至った現像剤Ｄは、互いに逆方向に移動する現像ローラ２２と現像剤供給ローラ７２との表面よって摺擦され、その一部が現像ローラ２２の表面に転移・付着する。

現像ローラ２２の表面に付着した現像剤Ｄは、現像ローラ２２の回転に伴い現像ブレード７３へ送られる。現像ブレード７３は、現像ローラ２２の表面に付着した現像剤Ｄの量を規制して均一な薄層を形成するとともに、現像剤Ｄを摩擦帯電する。

薄層化された現像剤Ｄは、現像ローラ２２の回転に伴い感光体２１との接触部に送られ、感光体２１の潜像を現像するために用いられる。現像に用いられず現像ローラ２２の表面に残留した現像剤Ｄは、現像剤供給ローラ７２との接触部に搬送され、現像剤供給ローラ７２により現像ローラ２２の表面から除去される。除去された現像剤Ｄは、現像剤収容部７０内に送られ、現像剤収容部７０内の現像剤Ｄと攪拌・混合される。

（現像剤量検出手段）
次に、本実施例で採用した光透過式による現像剤量検出について図２を用いて説明する。
画像形成装置には、現像剤の残量を検出するための光を発光する発光部１０２と、現像剤収容部７０内を通過した光を受光する受光部１０３とが設けられている。本実施例では発光部１０２にはＬＥＤ、受光部１０３にはフォトトランジスタ（ＰＴＲ）を用いている。光透過式による現像剤量検出方法は、現像剤収容部７０の内部に光を通過させて残量を検知する方法である。

現像剤収容部７０に現像剤Ｄが無い場合には、発光部１０２からの光は、光透過窓６１から入り、現像剤収容部７０を通過して光透過窓６２から出て受光部１０３へと導かれる。当然ながら、現像剤収容部７０に現像剤Ｄが十分ある場合は、光透過窓６１と光透過窓６２との間の光路上で光が現像剤Ｄにより遮光され受光部１０３に届かないように構成されている。

本実施例の構成では、現像剤量検出時に現像剤攪拌部材７４が所定の周期で回転している。現像剤攪拌部材７４が光路を遮る位置に設けられているため、現像剤収容部７０に現像剤Ｄが無い場合でも、現像剤攪拌部材７４の回転周期に応じて受光期間と遮光期間が交互に出現する。

現像剤収容部７０に現像剤Ｄがある程度残っている場合は、現像剤攪拌部材７４の先端部７５で搬送される現像剤Ｄがあるため、現像剤Ｄが無い場合に比べ遮光期間が長くなる。上記の遮光期間は、現像剤収容部７０内部の現像剤Ｄの量に対応している。従って、現像剤攪拌部材７４が一回転する周期（以下、攪拌周期と呼ぶ）の遮光期間の比率を計測することにより、現像剤収容部７０内部の現像剤Ｄの量を検知することができる。なお、遮光期間の比率を比較するのではなく、受光期間の比率を比較することにより残量検知を行うことも可能である。

図３は、本実施例における現像剤量検出手段としての現像剤量検出手段１１０の回路構成のブロック図である。
現像剤量検出手段１１０（光残量検知装置）は、図３に示すように、発光部１０２と受光部１０３に加えて、受光検知部１１１，受光時間カウンタ１１２，現像剤量換算部１１３を備える。

受光部１０３の出力は、受光検知部１１１に入力される。受光検知部１１１は、所定レベル以上の光が受光された場合にのみ受光時間カウンタ１１２に出力信号（以下、受光信号と呼ぶ）を送る。受光時間カウンタ１１２は受光信号を受けた時間を計測し、計測値を現像剤量換算部１１３に送る。現像剤量換算部１１３は、受光時間カウンタ１１２の計測値と攪拌周期から、現像剤収容部７０の現像剤量を算出し、後述する制御手段１４０に現像剤量データＡを送る。

（現像剤の平均消費率換算手段）
画像形成動作時の現像剤の平均消費率を推測する平均消費率換算手段１２０（算出装置）について説明する。ここで、現像剤の平均消費率とは、記録材の単位枚数当たりの現像剤の消費量に該当する。

一般に現像剤の消費量は、画像形成動作により記録材に形成される画像の画像情報として、出力画像の画素情報（画素信号数（ピクセルカウント数））に比例して大きくなっていく。現像剤の平均消費率は、現像剤の消費量を基準となる記録材の面積で除算して求める。具体的には、以下の計算式を適用し記録材に形成された画像の現像剤消費率Ｗの推測を行う。
Ｗ＝ＰＣ÷ＫＳ・・・（１）
ここで、Ｗ：現像剤消費率、ＰＣ：ピクセルカウント値、ＫＳ：記録材の面積である。
本実施例では、記録材の面積ＫＳは、Ａ４の記録紙として計算をしている。本実施例における現像剤消費率は、一般的に印字率と呼ばれる場合もある。なお、印字率は、面積が同じ記録材で画像形成をした場合は、印字率が高いほど、記録材の単位枚数当たりの現像剤の消費量が多くなる。

図４は、本実施例における平均消費率換算手段１２０の回路構成のブロック図である。
平均消費率換算手段１２０は、図４に示すように、画素信号入力部１２１，記録材サイズ入力部１２２、画素信号カウンタ１２３，消費率換算部１２４，平均消費率記憶部１２５，平均消費率出力部１２６、平均消費率記憶部１２７を備える。

画像形成装置の外部から送られてくる画像データは、画像形成装置のフォーマッタで展開され、出力画像のサイズ即ち記録材の面積と出力画像の画素信号に変換される。変換された画素信号は、画素信号入力部１２１に入力され、画素信号カウンタ１２３でカウントしやすいように成形される。記録材の面積は、記録材サイズ入力部１２２に入力され、消費率換算部１２４に送られる。画素信号カウンタ１２３は、画素信号入力部１２１で成形された所定の期間の画素信号をカウントし、消費率換算部１２４に送られ、上記の式（１）により、外部から送られてきた画像データの現像剤消費率Ｗが換算され、平均消費率換算部に１２５に送られる。平均消費率換算部１２５は、消費率換算部１２４から送られてくる現像剤消費率Ｗと、平均消費率記憶部１２７に記憶されている消費率データＷａとの平均を取り、新しい消費率データＷａを算出し平均消費率出力部１２６へと送る。

平均消費率出力部１２６は、平均消費率記憶部１２７へ新しい情報を記録するともに、現像ユニット２ｂの消費率データＷａとして、後述する制御手段１４０へ出力する。

（現像剤が少なくなったことを報知する制御手順）
図５は本実施例における制御系統のブロック図である。
図５に示すように、制御手段１４０には、現像剤量検出手段１１０の検出データＡと、平均消費率換算手段１２０の消費率データＷａが入力される。制御手段１４０は、画像形成装置の表示部１０５に接続され、表示部１０５に情報を出力する。

図６のシーケンス図を用いて制御手段１４０による制御の詳細を説明する。
プリント信号が画像形成装置に送られて（Ｓ１０１）、画像形成装置が動作を開始し現像ユニット２ｂが動作を開始する（Ｓ１０２）。また、プリント信号と一緒に送られてくる画像情報は平均消費率換算手段１２０に送られる（Ｓ１０３）。平均消費率換算手段１２０は消費率データＷａを算出する（Ｓ１０４）。予め設定されている消費率の所定値Ｗ０と（Ｓ１０５）、消費率データＷａを比較し（Ｓ１０６）、消費率データＷａが消費率の所定値Ｗ０より小さい場合は、現像剤残量閾値ＺをＺ１とする（Ｓ１０７）。また、消費率データＷａが現像剤消費率の所定値Ｗ０より大きい場合は、現像剤残量閾値ＺをＺ０する（Ｓ１０８）。ここで、現像剤残量閾値Ｚ０とＺ１は、Ｚ０＜Ｚ１の関係にある。一方、現像剤量検出手段１１０により検出された現像剤量データＡは（Ｓ１０９）、先に述べた現像剤残量閾値Ｚ（Ｓ１１０）と比較される。現像剤量データＡが現像剤残量閾値Ｚより少なくなった場合（Ｓ１１１）、制御装置は情報信号を発信する。表示部１０５は、該情報信号を受けて、現像剤が少なくなったことをユーザーに報知する（Ｓ１１２）。

上述した本制御により、平均消費率換算手段１２０によって算出した消費率データＷａに応じて、現像剤残量閾値Ｚを変更するようにしている。即ち、消費率データＷａが小さい場合、消費率データＷａが大きい場合と比べて、現像剤残量閾値Ｚを大きくしている。逆に、消費率データＷａが大きい場合、消費率データＷａが小さい場合と比べて、現像剤残量閾値Ｚを小さくしている。

したがって、例えば、第１の画像形成条件と、第１の画像形成条件と比較して印字率の少ない第２の画像形成条件があったとする。第２の画像形成条件は、印字率が少ないので、現像ユニット２ｂの使用初期から制御装置が情報信号を発信するまでの間における記録材の面積当たりの現像剤の消費量は、第１の画像形成条件に比べが少なくなる。このような、二つの条件の画像形成を行った場合、制御装置が、情報信号を発信した段階で、廃現像剤収納容器２９に残っている現像剤の量が異なってくる。

第１の画像形成条件の場合の方が、消費率データＷａは大きくなるので現像剤残量閾値Ｚは小さい値となる。そのため、制御装置が情報信号を発信した時（即ち、現像剤が少なくなったと報知される時）に、現像剤収容器に残っている現像剤の量は、第１の画像形成条件の場合の方が、前記第２の画像形成条件よりも少なくなる。

以上のような制御を行うことで、消費率データＷａが小さい場合は、現像剤残量閾値Ｚが大きくなるので、現像剤の劣化により画像不良が発生する前に、警告を放置することが可能となる。

消費率データＷａが大きい場合は、現像剤の劣化による画像不良が発生しにくい。消費率データＷａが大きい場合は、現像剤残量閾値Ｚが小さくなるので、消費率データＷａが小さい場合と比べて、現像ユニット２ｂの現像剤をより少ない残量まで有効に使用できる。

実施例１では、現像剤の劣化度合いを表す指標である現像剤の平均消費率は、現像剤の消費量を基準となる記録材の面積で除算して求めている。しかしながら、現像剤の劣化は、上述したように、現像剤を担持する現像ローラの回転により進むと思われる。そこで本実施例では、現像剤の平均消費率を、現像剤の消費量を現像ローラの回転時間で除算することにより求めている。実施例１と同じ構成の部分については割愛して説明を行う。
本実施例での現像剤平均消費率換算手段について述べる。

（現像剤平均消費率換算手段）
実施例２においての画像形成動作時の現像剤の平均消費率を推測する平均消費率換算手段１２０（算出装置）について説明する。

画像の現像剤消費率Ｗの推測は、以下の計算式を適用する。
Ｗ＝ＰＣ÷Ｔｄｒ・・・（２）
ここで、Ｗ：現像剤消費率、ＰＣ：ピクセルカウント値、Ｔｄｒ：現像ローラの回転時間である。
ここで、Ｗは、所定期間において更新されるようにしている。例えば、Ｗは、記録紙一枚分の画像形成を終了した時に更新してもよいし、所定枚数の記録紙に画像形成を終了したタイミングで更新してもよい。

図７は、本実施例における平均消費率換算手段１３０の回路構成のブロック図である。
平均消費率換算手段１３０は、図７に示すように、画素信号入力部１３１，現像ローラ回転時間入力部１３９、画素信号カウンタ１３３，消費率換算部１３４，平均消費率換算部１３５，平均消費率出力部１３６、平均消費率記憶部１３７を備える。

画素信号は、画素信号入力部１３１に入力され、画素信号カウンタ１３２でカウントしやすいように成形される。

現像ローラ２２の回転時間ＤＴは、現像ユニット２ｂの駆動装置の駆動時間と構成上同じである。よって、現像ローラ回転時間入力部１３９には、不図示の現像ユニット２ｂの駆動装置の駆動時間測定部より現像ローラ回転時間として入力され、消費率換算部１３４に送られる。画素信号カウンタ１３３は、画素信号入力部１３１で成形された所定の期間の画素信号をカウントし、消費率換算部１３４に送られ、上記の式（２）により、外部から送られてきた画像データの現像剤消費率Ｗが換算され、平均消費率換算部に１３５に送られる。平均消費率換算部１３５は、消費率換算部１３４から送られてくる現像剤消費率Ｗと、平均消費率記憶部１３７に記憶されている消費率データＷａとの平均を取り、新しい消費率データＷａを算出し平均消費率出力部１３６へと送る。

平均消費率出力部１３６は、平均消費率記憶部１３７へ新しい情報を記録するともに、現像ユニット２ｂの消費率データＷａとして、制御手段１４０へ出力する。

消費率データＷａを用いて、実施例１と同様に図６のシーケンスに従って、現像剤が少なくなったことをユーザーに報知する。

例えば、第１の画像形成条件と、第１の画像形成条件と比較して印字率の少ない第２の画像形成条件があったとする。第２の画像形成条件は、印字率が少ないので、現像ユニット２ｂの使用初期から制御装置が情報信号を発信するまでの間における現像ローラ２２の単位回転時間当たりの現像剤の消費量は、第１の画像形成条件に比べが少なくなる。このような、二つの条件の画像形成を行った場合、制御装置が、情報信号を発信した段階で、廃現像剤収納容器２９に残っている現像剤の量が異なってくる。

第１の画像形成条件の場合の方が、消費率データＷａは大きくなるので現像剤残量閾値Ｚは小さい値となる。そのため、制御装置が情報信号を発信した時（即ち、現像剤が少なくなったと報知される時）に、現像剤収容器に残っている現像剤の量は、第１の画像形成条件の場合の方が、前記第２の画像形成条件よりも少なくなる。

このようにすることで、実施例１と同様の効果を得ることができる。なお、実施例２では、現像ローラ回転時間を基準としているので、実施例１よりも、現像剤の劣化度合いを精確にみることができる。画像形成を行う場合は、画像形成の前準備及び後処理のために、現像ローラの回転が発生する。したがって、同じ画像形成枚数であっても、連続で１０枚画像形成をした場合と、１枚ずつ間欠で１０枚の画像形成をした場合とで、前準備及び後処理の際に現像ローラが回転する時間が変わってくる。実施例２では、このような連続での画像形成か、間欠での画像形成かの影響まで考慮にいれることができる。

本実施例では、現像剤が少なくなったことを報知する制御手順について、別の形態を提案する。実施例１では、現像剤の平均消費率データがある所定値を超えた場合、現像剤が少なくなったことを報知するための現像剤残量の所定値を小さくするというものだった。本実施例では、平均消費率データと現像剤が少なくなったことを報知するための現像剤残量の所定値が複数ある実施例について説明する。
尚、現像剤量検出手段や現像剤平均消費率換算手段については、上述の手段と変わらない。

（現像剤が少なくなったことを報知する制御手順）
本実施例における制御系統のブロック図は実施例１で説明した図５と同じである。
図８に本実施例のシーケンス図を説明する。
プリント信号が画像形成装置に送られて（Ｓ２０１）、画像形成装置が動作を開始し現像ユニット２ｂが動作を開始する（Ｓ２０２）。また、プリント信号と一緒に送られてくる画像情報は平均消費率換算手段１２０に送られる（Ｓ２０３）。平均消費率換算手段１２０は消費率データＷａを算出する（Ｓ２０４）。予め設定されている消費率の所定値Ｗ０と現像剤残量閾値Ｚのテーブルから現像剤残量閾値Ｚが決まる（Ｓ２０５）。一方現像剤量検出手段１１０により検出された現像剤量データＡは（Ｓ２０６）、先に述べた現像剤残量閾値Ｚ（Ｓ２０７）と比較される。現像剤量データＡが現像剤残量閾値Ｚより少なくなった場合（Ｓ２０８）、現像剤が少なくなったことをユーザーに報知する（Ｓ２０９）。

図９は上述した消費率所定値Ｗ０と現像剤残量閾値Ｚの関係を示すテーブル（Ｓ２０５）である。この時消費率所定値と現像剤残量閾値の関係は、消費率所定値が大きくなると現像剤残量閾値は小さくなるという関係にある。

本実施例では図９のようなテーブルを用いて行ったが、消費率所定値と現像剤残量閾値の関係を補完した関係式から算出する方法などもある。

このように、テーブルを用いてもよい。また、消費率データＷａを求める方法として、実施例２のように、現像ローラの回転時間に基づいても良い。

なお、上記実施例では、現像剤残量検出手段として、光透過方式の残留検知手段を用いたがこれに限られるものではない。例えば、静電容量による残量検知方式や、画像情報に基づく現像剤残量検知方式にしてもよい。

（静電容量方式による現像剤量検出手段）
静電容量方式による現像剤量検出は、現像ローラ２２と現像剤供給ローラ７２との間の静電容量を検出することで行なうものとされる。このとき、静電容量は、現像ローラ２２と現像剤供給ローラ７２との間に存在する物質の比誘電率に比例する。この比誘電率は、空気は１、現像剤は１以上である。従って、現像ローラ２２と現像剤供給ローラ７２間に存在する現像剤の量により、該静電容量は変化する。このように静電容量を求めることで現像剤量データＡを得るのである。

（画像情報に基づく現像剤量検出手段）
一般的に現像剤の消費量は、像形成動作により記録材に形成される画像の画像情報として、出力画像の画素情報（画素信号数（ピクセルカウント数））に比例して大きくなっていく。そこで、以下の計算式を適用しトナー消費量Ｑの推測を行う。
Ｑ＝ＰＣ×Ｗｄｏｔ・・・（２）
ここで、Ｑ：現像剤消費量、ＰＣ：ピクセルカウント値、Ｗｄｏｔ：１ピクセルあたりの現像剤消費量である。

出力画像の画素情報をもとに上記式（２）の現像剤消費量Ｑを積算していけば、現像剤の使用量は推定することができる。現像ユニット２ｂの新品時に充填されている現像剤の量から、現像剤の使用量を減算することで現像剤の残量を算出し、現像剤量データＡを得るのである。

このように、本願発明は、その他の現像剤残量検出手段にも適用可能である。
このように、現像剤の残量値は、現像剤残量検知装置から得られる現像剤残量に関する情報（静電容量値やピクセルカウント値）から算出することができる。そして、算出された現像剤の残量値が、閾値を下回ったと判断したら、制御装置は現像剤が少なくなったと言う情報信号を発信するようにすることも可能である。

現像剤の劣化は、上述したように、現像剤を担持する現像ローラの回転により進み、また現像剤の残量が少ないときと多いときでの現像剤の劣化度合いは異なり、現像剤の残量が少ないと現像剤の劣化はより進むと思われる。よって、本実施例では、現像剤の平均消費率を現像ローラの回転時間と現像剤の消費量（残量）の関係から、現像剤の劣化度合いを表す指標を求め、その値から現像装置の使用限度が近くなったことを報知する際の現像剤の残量を決定する。
本実施例では、現像剤量検出手段に付いては、上記実施例と同じである。

（積算現像剤劣化度合い推定手段）
まず現像剤の劣化度合いについて説明する。ここでいう現像剤の劣化度合いとは、現像剤の全体としての劣化度合いを指す。現像ローラの回転時間は多いほど、現像剤の劣化は進む。現像ユニット２ｂ内の現像剤の残量との関係では、同じ現像ローラの回転時間であれば、現像剤の残量が少ない場合の方が、現像剤の残量が多い場合よりも劣化は進む。これは、現像ローラの回転により現像剤の一部が劣化した場合、現像剤の残量が多ければ、全体として劣化した現像剤の割合が少ないため現像剤の全体としては劣化の影響が少ない。これに対し、現像剤の残量が少なければ、現像ローラの回転により劣化した現像剤の影響の割合が大きくなるためと考えられる。

ここで具体的に現像剤劣化度合いと現像ローラの回転時間と現像剤の残量の関係について調べる方法の一例を述べる。現像剤の充填されている量が異なる現像ユニット２ｂを数種類準備し、これらを画像形成装置に装着し印字率の低い画像もしくは印字されていない画像を印刷耐久し、画像の白部等に発生するかぶり等の不良画像の発生枚数即ち現像ローラの回転時間を求める。図１０に現像剤の残量と不良画像が発生した時間の関係を示す。現像剤の残量Ｒｔが少ない時は、不良画像が発生した時間Ｔは早く、現像剤の残量Ｒｔが増えるに従い不良画像が発生した時間Ｔは長くなる。例えばこのような結果を式に変換すると
Ｔ＝Ａ×Ｒｔ^ｎ・・・（３）
と表せる。ここで、Ａは任意の定数であり、ｎは任意の指数である。

次に、現像ローラの回転の単位時間あたりの現像剤の劣化度合いＤｔについて説明する。不良画像が発生した時間Ｔの逆数は、現像ローラの回転の単位時間あたりの現像剤の劣化度合いの値となる。即ち現像ローラの回転の単位時間あたりの現像剤の劣化係数Ｄ’は、
Ｄ’＝ １／Ｔ ＝ Ｃ ／ Ｒｔ^ｎ ・・・（４）
となる。

ここでＤ’は現像剤劣化係数、Ｃは任意の定数、ｎは任意の指数である。図１１には式（４）に基づく現像ローラ回転の単位時間あたりの現像剤劣化度合いと現像剤の残量のグラフを示す。現像剤の残量Ｒが少ない時は、現像剤の劣化係数は多く、現像剤の残量Ｒｔが多い時は現像剤の劣化係数が少ない関係が求められる。

現像剤の劣化度合いＤｔは、現像剤劣化係数Ｄ’と現像ローラの回転数ＤＴとの積により求められる。そして、現像剤の劣化度合いの積算値Ｄａｌｌは、現像剤の劣化度合いＤｔを積算することで求めている。

現像剤の劣化度合いを推定する方法は、式（４）と現像ローラの回転時間と現像剤の残量から適用することができる。本実施例では簡略して説明する為、式（４）の定数Ｃは１、指数ｎは１とし、
Ｄ’＝１／Ｒｔ・・・（４’）
とする。なお、定数Ｃ、指数ｎは装置の構成ごとに決定されるものである。

次に、現像剤の劣化度合いを推定する具体的な方法について述べる。
図１２は、本実施例における積算現像剤劣化度合い推定手段２２０の回路構成のブロック図である。

積算現像剤劣化度合い推定手段２２０は、現像剤の残量入力部２２１、現像ローラ回転時間入力部２２２、現像剤劣化度合い換算部２２３、現像剤劣化度合い積算部２２４を備える。また、積算現像剤劣化度合い推定手段２２０は、積算現像剤劣化度合い出力部２２５、積算現像剤劣化度合い記憶部２２６を備える。

現像剤の残量は、現像剤量検出手段より現像剤の残量入力部２２１入力される。現像ローラ２２の回転時間ＤＴは、現像ユニット２ｂの駆動装置の駆動時間と構成上同じである。よって、現像ローラ回転時間入力部２２２には、不図示の現像ユニット２ｂの駆動装置の駆動時間測定部より現像ローラ回転時間として入力され、現像剤劣化度合い換算部２２３に送られる。現像剤劣化度合い換算部では、上記の式（４’）により、現像剤の劣化度合いＤｔが換算され、現像剤劣化度合い積算部２２４に送られる。

現像剤劣化度合い積算部２２４は、現像剤劣化度合い換算部２２３から送られてくる現像剤の劣化度合いＤｔと、積算現像剤劣化度合い記憶部２２６に記憶されている現像剤劣化度合いを積算された値Ｄａｌｌに積算する。そして、新しい積算現像剤劣化度合いＤａｌｌを算出する。新しい積算現像剤劣化度合いＤａｌｌは、積算現像剤劣化度合い出力部２２５へと送られる。

積算現像剤劣化度合い出力部２２５は、積算現像剤劣化度合い記憶部２２６へ新しい情報を記憶すると共に、現像ユニット２ｂの積算現像剤劣化度合いＤａｌｌとして、後述する制御手段２４０に出力する。

ここで、上記の積算現像剤劣化度合い推定手段で積算現像剤劣化度合いＤａｌｌを算出する頻度やタイミングについて説明する。

例えば、現像ローラの回転時間１秒毎、１０秒毎などの時間の単位毎や、印刷の１枚毎、１０枚毎などの印刷枚数単位に行い、積算の現像劣化度合いＤａｌｌを更新していく方法や、印刷動作が終了するときの後回転時のタイミング等が考えられる。

（現像剤が少なくなったことを報知する制御手順）
図１３は本実施例における制御系統のブロック図である。
図１３に示すように、制御手段２４０には、現像剤量検出手段１１０の検出データＡと、積算現像剤劣化度合い推定手段２２０の積算現像剤劣化度合いＤａｌｌが入力される。制御手段２４０は、画像形成装置の表示部１０５に接続され、表示部１０５に情報を出力する。

図１４のシーケンス図を用いて制御手段２４０による制御の詳細を説明する。
プリント信号が画像形成装置に送られて（Ｓ５０１）、画像形成装置が動作を開始し現像ユニット２ｂが動作を開始する（Ｓ５０２）。現像ユニット２ｂの駆動時間測定部が検出した駆動時間と（Ｓ５０３）、現像剤量検出手段１１０により検出された現像剤量データＡは（Ｓ５０４）、積算現像剤劣化度合い推定手段２２０に送られ積算現像剤劣化度合いデータＤａｌｌを算出する（Ｓ５０５）。

予め設定されている現像剤劣化度合い所定値Ｄ０と（Ｓ５０６）、積算現像剤劣化度合いデータＤａｌｌを比較する（Ｓ５０７）。積算現像剤劣化度合いデータＤａｌｌが現像剤劣化度合い所定値Ｄ０より小さい場合は、現像剤の使用限度が到達したことをユーザーに報知する（Ｓ５０８）。

上記制御を行うと、例えば、画像形成条件を変えて、画像形成を行った場合に、制御装置が現像剤の使用限度に到達したことを報知するための情報信号を発信した際に、現像剤収容器内に残っている現像剤の量が変わってくる。

実施例１で記載したような、第１の画像形成条件と、第１の画像形成条件と比較して印字率の少ない第２の画像形成条件があったとする。このような場合、第１の画像形成条件の方が、同じ現像剤の残量の場合において現像剤劣化度合いが小さくなる。そのため、制御装置が情報信号を発信した時（即ち、現像剤の使用限度に到達したことが報知される時）に、現像剤収容器に残っている現像剤の量は、第１の画像形成条件の場合の方が、前記第２の画像形成条件よりも少なくなる。

次に、現像ユニットの使用途中に印字率を変えて現像剤の消費パターンを変えた場合について説明する。図１５は現像剤の消費パターンを示すグラフであり、横軸は現像ローラ回転数であり、縦軸は現像剤残量である。横軸の現像ローラ回転数は画像形成装置の同じ通紙モードでの印刷枚数に置き換えることも出来る。

例えば、現像ユニット３ｂの使用初期から制御装置が情報信号を発信するまで同じ印字率の画像形成を行った場合を、第３の画像形成条件とする。第３の画像形成条件で画像形成を行うと、図１５におけるケース１のように現像剤の残量が減っていく。以下、図１５〜１７において、第３の画像形成条件で画像形成を行った結果をケース１とする。

次に、現像ユニット３ｂの使用初期に、第３の画像形成条件よりも印字率の高い画像形成を行い、その後、第３の画像形成条件より小さい印字率の画像形成を行う場合を、第４の画像形成条件とする。第４の画像形成条件で画像形成を行うと、図１５におけるケース２のように現像剤の残量が減っていく。以下、図１５〜１７において、第４の画像形成条件で画像形成を行った結果をケース２とする。

図１６は現像剤の積算の劣化度合いＤａｌｌと現像ローラ回転数の関係を先に述べた第三の画像形成条件と第四の画像形成条件について示したグラフである。

現像ユニットの使用初期に、第４の画像形成条件の方が第３の画像形成条件よりも、印字率の高い画像形成をすることとなる。そのため、第４の画像形成条件の方が、第３の画像形成条件よりも、現像剤の残量が少ない状態となる（図１５参照）。その後印字率の小さい画像形成が行われると、上記で説明したように、現像剤の残量が少ない場合の方が、現像剤の劣化係数が大きくなる。そのため、現像ローラの回転時間が同じであっても、第４の画像形成条件の方が現像剤の劣化度合いの積算値は高くなる（図１６参照）。

図１７は現像剤の積算の劣化度合いＤａｌｌと現像剤の残量Ｒｔの関係を先に述べた第三の画像形成条件と第四の画像形成条件について示したグラフである。同じ現像剤の劣化具合で図中のＡのレベルで現像ユニットの使用限度を設定すると、現像剤の劣化の進み具合が小さい第四の画像形成条件即ちケース２は現像剤の残量が少ないところまで現像剤が使用できることがわかる。

よって、第４の画像形成条件の場合は、早めに制御装置から情報信号が発信され、現像剤収納容器内に現像剤が多く残ることとなる。

そのため、制御装置が情報信号を発信した時（即ち、現像剤が少なくなったと報知される時）に、現像剤収容器に残っている現像剤の量は、第３の画像形成条件の場合の方が、前記第４の画像形成条件よりも少なくなる。ただし、必ずしもこうなるというものではない。現像ユニットの使用限度を図１７のＢのように設定してあった場合は、制御装置が情報信号を発信した時に、現像剤収容器に残っている現像剤の量は、第３の画像形成条件の場合の方が、前記第４の画像形成条件よりも多くなることもある。

このように、二つの条件の画像形成を行った場合、制御装置が、情報信号を発信した段階で、廃現像剤収納容器２９に残っている現像剤の量が異なってくるのである。

本実施例で重要なところとしては、現像剤劣化度合いという概念を取り入れることで、現像ユニットの使用初期からの使用履歴に応じて、現像ユニット使用限度時の現像剤収容器に残る現像剤の量が変わることである。実施例１や、実施例２の方法では、現像ユニットの途中の使用履歴は関係なく、現像ユニットの使用初期からあるタイミングまでの、トータルの印字率に現像ユニットの使用限度が依存する。実施例５では、あるタイミングでトータルの印字率が同じだったとしても、それまでの使用履歴（図１５のケース１、とケース２参照）におうじて、現像剤の劣化度合いが異なり、現像ユニットの使用限度に影響を与えることになる。したがって、実施例５の方が、実施例１、２と比べてさらに精度がよく、現像剤の劣化度合いを把握することができる。

上述した本制御では、積算現像剤劣化度合い推定手段２２０によって算出された積算現像剤劣化度合いデータＤａｌｌの値により、現像ユニット２ｂの現像剤の使用限度を決定する。これにより、どんなユーザーの使用状況においても、画像不良が発生する直前まで有効に現像剤を使用することができる方法を提供できる。

尚、本実施例では上記のような式（３）、（４）、（４’）に当てはめて行ったが、現像剤の劣化度合いと現像ローラの回転時間と現像剤の残量との関係を、テーブルを用いて行う方法などもある。

また、現像剤劣化度合いＤａｌｌの算出方法として、現像ローラの回転時間に基づいて行ったが、これに限られるものではない。実施例１のように、記録材の記録枚数を基準に劣化度合いＤａｌｌを算出しても良い。この場合は、劣化度合い係数Ｄｔと記録材の記録枚数の積により劣化度合いＤａｌｌが算出されることになる。

（その他）
上記実施例では、画像形成時の現像剤の使用について現像剤の消費量を求めたが、画像形成時以外の現像剤消費についても考慮する場合も考えられる。例えば、感光体上の現像剤をクリーニングするためのクリーニングブレードと、感光体との接触部に、画像形成以外のタイミングで潤滑剤として現像剤を供給する制御モードがある場合がある。このような制御モードがある場合においては、現像剤消費率Ｗａや、現像剤劣化度合いデータＤａｌｌの算出の際に、この潤滑剤として消費される現像剤を考慮することで、現像剤の劣化度合いをより精確に把握することができる。しかしながら、画像形成時に使用される現像剤に対して、画像形成時以外に消費される現像剤の量が少なく、現像剤の劣化度合い等への影響が少ない場合には無視することも可能である。

また、上記実施例では、制御装置が、現像剤消費率等から現像ユニットの現像剤の残量が少なくなったことを報知する制御信号を発信するようにしているがこれに限られるものではない。例えば、現像ユニットの使用限度が近くなったことを報知し、ユーザーにカートリッジ交換を促すようにしてもよい。

２１ 感光体
２２ 現像ローラ
７１ 現像容器
１１０ 現像剤量検出手段
１２０ 消費量推定手段
１４０ 制御手段
Ｄ 現像剤
Ｐ 記録材

Claims (3)

1. 現像剤像を担持する像担持体と、
   現像剤を収容する現像剤収容部を備え、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え記録材に画像形成を行う画像形成装置において、
   前記現像剤収容部に収容された前記現像剤の残量に関する情報を検出する残量検出装置と、
   前記現像剤の残量に関する情報に基づいて、前記現像装置の使用限度に関する情報信号を発信する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、画像形成を行った記録材の単位枚数当たりの前記現像剤の劣化度合いを表す劣化係数と、画像形成を行った前記記録材の枚数と、から劣化度合いを算出し、劣化度合いの積算値が所定値を上まった場合に前記情報信号を発信し、
   前記劣化係数は、現像剤残量が少ない時の方が、現像剤残量が多い時よりも大きく設定され、
   画像形成条件として、第３の画像形成条件と、
   前記現像装置の使用初期から前記情報信号を発信するまでの間に、前記第３の画像形成条件よりも現像剤の平均消費率が大きい画像形成を行った後、前記第３の画像形成条件よりも現像剤の平均消費率が小さい画像形成を行う画像形成条件を第４の画像形成条件とした時、
   前記制御装置は、前記情報信号を発信した時に前記現像剤収容部に残っている現像剤の量が前記第３の画像形成条件よりも前記第４の画像形成条件の方が多くなるように、前記情報信号を発信することを特徴とする画像形成装置。
2. 現像剤像を担持する像担持体と、
   現像剤を収容する現像剤収容部を備え、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え記録材に画像形成を行う画像形成装置において、
   前記現像剤収容部に収容された前記現像剤の残量に関する情報を検出する残量検出装置と、
   前記現像剤の残量に関する情報に基づいて、前記現像装置の使用限度に関する情報信号を発信する制御装置と、を備え、
   前記現像装置は、前記像担持体に対向し現像剤を担持する現像剤担持体を備え、
   前記制御装置は、前記現像剤担持体の単位回転時間当たりの前記現像剤の劣化度合いを表す劣化係数と、現像剤担持体の回転時間と、から劣化度合いを算出し、劣化度合いの積算値が所定値を上まった場合に前記情報信号を発信し、
   前記劣化係数は、現像剤残量が少ない時の方が、現像剤残量が多い時よりも大きく設定され、
   画像形成条件として、第３の画像形成条件と、
   前記現像装置の使用初期から前記情報信号を発信するまでの間に、前記第３の画像形成条件よりも現像剤の平均消費率が大きい画像形成を行った後、前記第３の画像形成条件よりも現像剤の平均消費率が小さい画像形成を行う画像形成条件を第４の画像形成条件とした時、
   前記制御装置は、前記情報信号を発信した時に前記現像剤収容部に残っている現像剤の量が前記第３の画像形成条件よりも前記第４の画像形成条件の方が多くなるように、前記情報信号を発信することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記劣化度合いの積算値の更新は、印刷動作が終了するときの後回転時に行われ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。

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