JP5455758B2 - 現像装置もしくは画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面に現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備え、像担持体上に形成された潜像を現像する電子写真方式を用いた現像装置に関する。また、この現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、現像剤担持体の表面に現像剤を担持し、静電潜像を担持した像担持体の表面近傍にこの現像剤を搬送供給し、像担持体と現像剤担持体の間に交互（交番）電界を印加しながら静電潜像を現像して顕像化する現像装置がよく知られている。

現像装置は、繰り返し画像形成を行う事によって、現像剤の劣化や現像剤担持体の劣化により寿命となる。現像剤が劣化してくると、白地部へのかぶりやトナー飛散などの不具合が生じる。また、現像剤担持体は、画像形成に伴い回転駆動され、表面の磨耗等により画像の濃度薄や画像ムラ、白地部へのかぶりと言った不具合が生じる。

そこで、特許文献１によれば、現像剤担持体の駆動時間を積算し、駆動時間の積算値を基に現像装置の寿命を判断する技術が提案されている。

特開平９−１９０１４２

表面磨耗は、駆動時の物理的な圧力により生じるため、特許文献１のように駆動時間の積算によりある程度の予測をする事ができる。しかしながら、現像剤担持体が寿命を迎える時の性能劣化は、表面の磨耗による劣化と、現像剤の表面付着による劣化がある。表面の磨耗よりも先に、現像剤が現像剤担持体の表面に付着することで寿命を迎える場合がある。このような場合、寿命を正しく検知できず、画像不良が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決するものである。即ち、表面の磨耗よりも先に、現像剤が現像剤担持体の表面に付着することで寿命を迎える場合があっても、寿命として判断可能な現像装置を提供することにある。

そのための本発明の構成は、現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備え、像担持体に形成された潜像を現像剤にて現像する現像装置であって、
前記現像剤担持体に少なくともＡＣバイアスを印加するバイアス印加手段と、
前記バイアス印加手段のＡＣバイアスを印加する時間を積算する積算手段と、
前記積算手段の積算値、もしくは前記積算値にて取得された演算値が所定値に達した場合に、現像装置の交換を促す旨を報知する報知手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、表面の磨耗よりも先に、現像剤が現像剤担持体の表面に付着することで寿命を迎える場合があっても、寿命として判断可能な現像装置を提供することができる。

本発明の第１〜５実施形態に係る画像形成ユニットの概略断面図である。 本発明の第１〜５実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。 本発明の第１〜５実施形態に係る現像装置の概略断面図である。 本発明の第１、３〜５実施形態に係る現像装置周辺のブロック図である。 本発明の第１〜５実施形態に係る画像形成時のタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る制御フローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る現像装置周辺のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る制御フローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る制御フローチャートである。 本発明の第５実施形態に係る制御フローチャートである。

（実施例１）
［画像形成装置全体構成］
図２に画像形成装置の全体図を示す。図２の前記画像形成装置には、複数の画像形成ユニット１（１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ）が設けられている。ここでは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニットが並べて設けられている。

尚、本実施例では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニットはことわりがない限り、同一の構成であるため、以下、一つの画像形成ユニットを代表して説明する。また、画像形成ユニット１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙの添え字のＫ、Ｍ、Ｃ、Ｙは画像形成に用いられる現像剤の色を表すが、以降省略して説明する。次に画像形成ユニット１について説明する。図１は画像形成ユニット１を示す模式断面図である。図１に示す画像形成ユニット１を含む電子写真画像形成装置１００は、像担持体である感光体ドラム３を回転自在に設けている。まず感光体ドラム３を帯電手段４である一次帯電器で一様に帯電する。次に、例えば露光手段５によって情報信号を露光して感光体ドラム３に静電潜像を形成する。

そして、感光体ドラム３に形成された静電潜像を、現像剤を用いて現像装置１０にて現像し可視像化する。次に可視像（トナー画像）を転写手段６である転写帯電器によりシート等の記録媒体７に転写し、更に定着手段である定着装置８にて定着して永久画像を得る。また、感光体ドラム３上の転写残トナーはクリーニング手段９であるクリーニング装置により除去する。尚、クリーニング装置９をなくしたクリーナレスの画像形成装置としてもよい。なお、画像形成ユニットは、図１に示すように、感光体ドラム３と、このドラムに作用する一次帯電器４、現像装置１０、クリーニング装置９、露光手段５を有している。

［現像装置］
次に現像装置１０についてより詳細に説明する。図３は現像装置１０の概略図である。図３のように、現像装置１０には現像剤を担持搬送する現像剤担持体２０（以下、現像スリーブ）が設けられている。そして、現像剤を攪拌搬送する攪拌搬送部材３１、３２が回転自在に設けられている。現像装置１０は、現像スリーブ２０と攪拌搬送部材３１、３２、現像ブレード３３から構成されている。

ここで、不図示であるが現像装置１０と感光ドラム３は単一の駆動手段により駆動する構成となっており、メカクラッチにて回転駆動のタイミングを制御されている。近年、小型化や低コスト化のために、複数の駆動物を単一の駆動手段により駆動する構成が多く用いられている。また、４０は現像装置には、現像剤を補給する補給装置であり、現像装置内のトナー濃度を検知するセンサ（不図示）に基いて、現像装置内のトナーとキャリアの比率が所定比率となるように補給動作が制御されている。

次に図３、４、５を用いて現像装置１０の動作詳細について説明する。

現像剤は、攪拌搬送部材３１、３２により現像装置内を循環搬送される。現像スリーブ２０近傍にきた現像剤は現像スリーブ２０に付着する。現像スリーブ２０に付着した現像剤は、現像ブレード３３により、現像剤の層厚が規制される。現像ブレード３３で規制される際に、現像剤同士の圧力が高まり、現像スリーブ２０へ現像剤からの圧力がかかる。現像ブレード３３により層厚が規制された現像剤が、感光ドラム３対向部へと搬送され現像に供される。尚、現像スリーブ２０は、表面に所定の表面粗さがあるように加工されているものを用いた。

図４は、画像形成ユニットが動作する際の周辺構成を示すブロック図である。図４によれば、画像形成ユニット１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに対して夫々のユニットに対してクラッチ２０７Ｙ、２０７Ｍ、２０７Ｃを通して第１駆動手段２０５の駆動が伝達する構成である。画像形成ユニット１Ｋは、クラッチ２０７Ｋと第２駆動手段２０６がある。駆動手段２０５と２０６は駆動回路２０４に接続され、さらにＣＰＵ２０１によりタイミング等を制御される。単一の駆動手段により複数の現像装置を駆動する構成は、コストダウン、小型化のために有益な手段である。

また、各画像形成ユニットには、現像バイアスとして、ＡＣ成分印加手段２０９とＤＣ成分印加手段２０８が接続されており、現像バイアスが印加可能となっている。ＡＣ成分印加手段２０９とＤＣ成分印加手段２０８は高圧駆動回路２１０に接続され、ＯＦＦ／ＯＮのタイミングや動作制御はＣＰＵ２０１に接続され制御される。さらにＣＰＵ２０１には、駆動回路２０４、高圧駆動回路２１０が動作した時間や設定値を計測記録するタイマー２０２が備えられている。またタイマー２０２にて計測記録した値をカウントする各色毎のカウンター２０３を備えている。さらにＣＰＵ２０１には、カウンター２０３から現像装置の寿命を計算するデータベース２００が格納されている。データベース２００には寿命計算のほかに寿命を表示・警告するデータベース等も格納されている。

具体的な常温、常湿環境における感光ドラム、現像スリーブの電位は次のような設定になっている。感光ドラム３の電位は、帯電手段４によってベタ白部の表面電位は−７００Ｖになり、露光手段５によってベタ黒部の表面電位は−２５０Ｖとなる。現像スリーブに印加される現像バイアスは、上述の高圧印加手段２０８、２０９によりＤＣ成分−５２０Ｖ、ＡＣ成分１７００Ｖが印加される。尚、これらの電位条件は一例であり、画像形成ユニットの設置環境や耐久枚数等の条件に応じて適宜変更している。

以上のような構成を備えており、ＡＣ成分の印加時間などをカウンター２０３によりカウントしていく。カウンター２０３の値は、常時、ＣＰＵ２０１とやり取りされ制御に反映される仕組みとなっている。制御の詳細は以下に説明する。

［現像動作時のタイミングチャート］
図５に現像装置１０が駆動し、感光ドラム３に現像を行い停止するまでのタイミングチャートを示す。図５に示すように、まず感光ドラムが駆動される。その後、現像スリーブにＤＣ成分印加手段によりＤＣ成分が印加される。現像スリーブへのＤＣ成分印加は、感光ドラムの電位と所定の電位差になるようにタイミングを合せて印加している。次に、クラッチにより現像装置の駆動が入る。尚、現像装置に駆動が入ると、現像スリーブと攪拌搬送部材がギヤ等により連結されており連動して駆動する駆動構成になっている。そして、現像スリーブの駆動開始後にＡＣ成分印加手段によりＡＣ成分が印加される。

しかし、現像スリーブの駆動は、メカクラッチにより回転のＯＦＦ／ＯＮが行われるため、狙いに対して数百ｍｓｅｃずれが生じる。現像スリーブが停止した状態でＡＣ成分を印加すると、感光ドラムの対向部のみに長時間のＡＣ成分が印加される。局所的にＡＣ成分が印加されると、画像スジや濃度ムラの原因となる。そのため、必ず現像スリーブの駆動開始後にＡＣ成分を印加する必要がある。

現像装置の寿命は、現像スリーブ表面への現像剤付着（以下、融着と表現）によるものが多い。現像装置の寿命判断を誤ると、画像ムラやかぶりといった不具合画像が出力され問題である。また寿命よりも早く交換されてしまう事もランニングコストが高くなり問題である。よって、寿命を正確に判断できない事は、由々しき問題である。

そこで、現像スリーブ表面の融着発生についてのメカニズム解析検討を行った。検討は、現像剤としてトナーとキャリアからなる現像剤を用いた場合について分析検討した。現像スリーブ表面への融着を分析したところ、現像スリーブ表面に主にトナーが融解した状態で付着していた。本来、現像剤はトナーとキャリアからなり、トナーはキャリアに付着している。

しかし、現像に供するために印加するＤＣやＡＣバイアスによりトナーが感光ドラム側へ移動もしくは、現像スリーブ側へ移動する力がかかる。言い方を換えると、トナーとキャリアは正逆の帯電性を有するためキャリアから分離される力がかかるとも言える。特に、ＡＣバイアスは現像する方向のバイアスと非現像方向のバイアス電界が交互に印加される。現像方向のバイアスは、感光体ドラム側にトナーが動くバイアスであり、非現像方向のバイアスは、現像スリーブ側にトナーが動くバイアスである。

理想的には、ＤＣおよびＡＣバイアスが印加され現像スリーブ上の全ての現像剤（トナー）が感光体ドラムに現像されるのが好ましい。しかし、実際の画像形成動作においては、画像比率がそれほど高くない事や、トナーが粒径分布を持ちバイアスへの反応が異なるため、全ての現像剤が現像されることは皆無に近い。そのため、現像されずに現像スリーブ上に残存する現像剤が存在する。

そのような現像剤の中で、非現像方向のバイアスが印加された際にキャリアから分離し、トナー単体が現像スリーブ表面にひきつけられる場合がある。ＡＣバイアスは現像⇔非現像方向のバイアスを交互に印加している。そのため、トナーだけでなくキャリアも動く。非現像方向のバイアスが印加された際、キャリアは現像スリーブから離れる方向の力が作用する。逆に、トナーには現像スリーブにひきつけらる方向の力が作用し、トナーとキャリアが分離するような挙動となる。

その結果、現像スリーブ表面に分離したトナー層ができ、その上層に通常のトナーとキャリアと混合した層ができてしまう。そうなると、現像に供されるのは、上層に存在するトナーであり、下層にあるトナーのみの層は、現像に供されにくい。

そのため、トナーのみの下層は、現像スリーブ表面から離れにくい。この状態において、更にＡＣバイアスが印加されるため、現像スリーブ側にひきつけられる力を受ける事になる。更に、現像スリーブがアルミなどの導体で出来ている場合は、トナーの持つ帯電性により鏡映力が発生するため、現像スリーブ表面からより離れにくくなる。また、キャリアを含む現像剤であり、かつ、現像スリーブ内にマグネットがある場合、キャリアは磁力に従った動きをする。そのため、上層のキャリアに付着しているトナーは動く。しかし、トナーのみの層は、磁力に反応しないため、現像スリーブ表面上で動きにくい。以上のように、現像スリーブ表面から離れにくいため、現像スリーブ表面に長期間滞在する。表面に滞在したトナーは、ＡＣバイアスや現像ブレード部での物理的圧力を繰り返し受ける事により、徐々に融着状態となっていく。特に、ベタ白のようにトナーが現像に供されない画像が繰り返し形成される場合は、現像スリーブ表面に長期間滞在する可能性が高くなる。

実際にＡＣバイアス印加の有り無しがどの程度、現像スリーブの融着に影響しているか検討を行った。検討は、現像スリーブへのＡＣバイアス印加有りと無しにおいて、ベタ白を出力していき、１０００枚毎に現像スリーブの表面状態を確認した。そうしたところ、ＡＣバイアス無し（ＤＣバイアスは印加）の条件では、５３０００枚まで現像スリーブ融着の発生がなかった。それに対して、ＡＣバイアス有りの条件では、３３０００枚で現像スリーブの融着が発生した。本検討は、ＡＣバイアスの影響度をみるため、ＡＣバイアス有り無し以外の条件は揃えてある。よって、ＡＣバイアスが現像スリーブの融着に大きく影響している事が上記結果より確認された。

さらに分析を進めた結果、上述のように下層トナー層の発生そして、現像スリーブの融着に対しては、特にＡＣバイアスの寄与率が大きい事が分かった。

［寿命判断検知フロー］
そこで、本実施例においては現像装置の寿命判断を現像スリーブへのＡＣバイアスの印加時間の積算で行う。まず、ＡＣバイアスのＯＦＦ／ＯＮは、制御コントローラである演算ＣＰＵユニットにより制御される。図６にＡＣバイアスの印加時間から現像装置の寿命判断までの制御フローチャートを示す。図６および図７を用いながら、本実施例における寿命判断の制御フローを説明する。まず、画像形成の信号が入力される（Ｓ８０１）。演算ＣＰＵユニットにより、画像形成の信号に対して所定のタイミングから現像スリーブへＡＣ成分を印加する（Ｓ８０２）。印加すると同時に、演算ＣＰＵユニットにてＡＣ成分の印加時間を積算していく（Ｓ８０３）。

演算ＣＰＵユニットには、ＡＣ成分の印加時間に対する現像装置の寿命を判断するデータベースが格納されている。ＡＣ成分の積算時間を読み込み（Ｓ８０４）、データベースに従い、現像装置の劣化レベルＸ１を計算する（Ｓ８０５）。また、データベースには、寿命警告枚数や寿命到達枚数も合せて格納されている。ＣＰＵは、計算された劣化レベルＸ１（演算値）が警告枚数Ｗ１（所定値）に到達しているか判断する（Ｓ８０６）。警告枚数に到達していれば、報知手段としての表示部に寿命警告（現像装置の交換を促す旨の表示）を表示する（Ｓ８０７）。警告枚数に到達していなければ、寿命に対する表示をせずに画像形成が終了となる。当然、上記の制御フローは各色毎に行い、寿命判断される。

［比較例１］
実際に、本実施例の効果を駆動時間の積算により寿命判断した場合と比較検討を行った。比較したのは、現像装置の寿命判断をＡＣ成分の積算により行う本実施例と、現像スリーブの駆動時間の積算により行う比較例１である。現像装置や画像形成ユニットの構成は同一で、寿命判断の制御のみを変更して比較を行った。そうしたところ、比較例１、本実施例ともに３８０００枚過ぎから現像スリーブ融着起因の不具合画像が発生した。

比較例１の場合、ＡＣ印加積算時間に基いて寿命検知をしていない為、融着による寿命を精度良く検知できない。このため、駆動時間とＡＣ印加時間の差分の分だけ融着による寿命もばらついてしまった。

これは、上述したように寿命を決定する因子はスリーブ駆動時間ではなく、現像スリーブへのバイアス印加時間が支配的であることによるものであると考えられる。例えば、長期間使用せずにいた画像形成ユニットにて画像形成を行う際、放置により現像剤の帯電量が低下しているため、現像スリーブの空回転駆動を行う。この際、ＡＣ成分を印加せずに行う。上記空回転駆動時間は、装置の使用状況によって変化する。このため、演算ＣＰＵユニット内のデータベースと寿命判断にズレが生じてくる。また、情報機器から送られてきた画像情報を画像形成するための画像信号に展開するのに時間がかかる場合などがある。その際も、駆動しているが、ＡＣ成分を印加しない状態もあるため、駆動時間とＡＣ成分の印加時間に差が生じる。以上のように、構成や制御による様々な要因・制約により、駆動時間とＡＣ成分の印加時間に差が生じる。

すなわち、本来の現像スリーブ融着の寿命判断にすべきＡＣ成分の印加時間と駆動時間の間に差が生じてしまうために、比較例１の構成だと寿命判断がずれてしまう。本実施例の構成に限らず、各々が駆動手段をもつような構成、制御であっても、ＡＣ成分の印加時間と駆動時間の間に差が生じる場合に本発明は適用できる。また、制御フローには、現像装置の寿命警告までを記載したが、寿命到達表示や画像形成ユニット交換表示などを出す事に対しても本発明は適用できる。

また、本実施例では、トナーとキャリアからなる二成分現像剤にて現像する現像装置に関して説明したが、これに限定されない。例えば、磁性トナーもしくは非磁性トナーの一成分現像剤を用いる現像装置であっても適用可能である。

また、本実施例では、ＡＣ印加時間のみの積算値を用いて寿命検知をする構成であったが、ＡＣバイアスとＤＣバイアスのそれぞれの印加時間に基いて寿命検知してもよい。この場合は、ＡＣバイアスの方がＤＣバイアスよりも融着の寄与レベルを大きくすることが好ましい。

（実施例２）
実施例１と駆動手段構成の異なる変形例について述べる。実施例１では、クラッチおよび複数の駆動手段により、各色毎に駆動を制御する事ができる構成であった。図７は、本実施例の画像形成ユニットが動作する際の周辺構成を示すブロック図である。実施例２は、図７に示すように、単一の駆動手段２０５にて現像装置の駆動を行う構成となっている。実施例１で存在した画像形成ユニットＫを駆動する駆動手段２の２０６は駆動手段２０５に統一されている。また、コストダウンおよび小型化のため、メカクラッチ２０７はなく、現像装置の駆動は全色同時にＯＦＦ／ＯＮする構成である。その他の構成は、実施例１における図４のブロック図と同じであるため説明は省略する。

図７の構成の場合、白黒画像を出力する時にＹ、Ｍ、Ｃの画像形成ユニットはＡＣ成分を印加せずに駆動される。本構成における、従来技術である現像スリーブの駆動時間の積算による寿命判断を述べる。たとえば、白黒画像：カラー画像の比率が、７：３とした時の場合を述べる。

Ｋの現像スリーブの積算駆動時間Ｔｋが寿命に到達した時のＹ、Ｍ、Ｃの現像スリーブの積算駆動時間は、Ｔｙ、Ｔｍ、Ｔｃ＝Ｔｋ×３／１０である。つまり、前提とした白黒カラー比率だと、実際の寿命の３／１０の時点でＹ、Ｍ、Ｃの現像装置は寿命警告の表示が発生してしまう。本来の寿命の半分も使われずに寿命表示が出てしまうため、ユーザーにとって大きな不利益となる。白黒：カラー画像比率が０：１０であれば、誤差は生じないが、実際のユーザーの使用用途を考えると白黒：カラー画像比率が０：１０で使用される事は考えにくい。

本構成においても、ＡＣ成分の積算印加時間により現像装置の寿命を判断すれば、上述のような白黒カラー比率における誤差の問題も解決できる。その際の制御フローは、実施例１の図６と同様でよい。現像装置の寿命を正確に判断し、不具合画像の発生を防止できる。また、交換タイミングを適切化し、不必要なランニングコストを低減させ、本体の小型化と低コスト化を達成できる。

（実施例３）
発明者らは、本発明で課題としている現像装置の寿命律速の現像スリーブ融着について分析を行った。現像スリーブに融着している成分を分析したところ、現像剤の中でも主にトナー成分が融着していた。トナー成分の中でも特に、粒径の小さいものが融着している割合が高かった。本実施例は、トナーとキャリアを混合した現像剤を用いており、トナーは平均粒径５．９μｍのものを用いた。融着もしくは融着しかけているトナーの粒径は３．５μｍ未満の粒径のものが多数観察された。上述のように、現像スリーブ近傍のトナーは鏡映力が働く。特に小粒径のトナーは摩擦帯電されやすいため、鏡映力が大きく現像スリーブ表面に滞在しやすい事も影響していると思われる。

そこで、小粒径トナーと現像スリーブの融着の関係を調査した。調査は、小粒径トナーの含まれる割合が２０％のトナーと５０％のトナーにて同一枚数の画像形成を行った。小粒径トナーの割合が５０％の方が、小粒径トナーの割合２０％のトナーに対して、現像スリーブの融着が２倍強レベルが悪い事がわかった。尚、現像スリーブの融着レベルは、現像スリーブの表面を光学顕微鏡で観察し、一定面積当たりの融着面積を算出して判断した。

更に、小粒径トナーの含まれる割合は５０％で一緒だが、一方は画像比率５％にて画像形成を行い、もう一方は画像比率５０％にて同一枚数の画像形成を行い融着レベルの比較検討を行った。結果は、画像比率５０％の方が画像比率５％に比べ、融着レベルが悪かった。即ち、同一画像形成枚数（同一駆動時間）で、同一ＡＣ印加時間であっても、低画像比率時（トナー消費量少）に比べて高画像比率（トナー消費量大）の方が融着レベルを悪化させることがわかった。そこで、本実施例では、ＣＰＵはトナー消費量の積算値が高くなるほど劣化レベル（現像スリーブの劣化度）が大きくなるように補正する。

以上の結果から、現像スリーブの融着は、ＡＣ成分の印加時間のほかに小粒径トナーの到来率も影響することがわかった。小粒径トナーの到来率とは、ＡＣ成分の単位印加時間に対するスリーブに供給される小粒径トナー量のことをさす。

スリーブに供給される小粒径トナー量は、トナー消費量に比例する為、画像情報に基いて算出できる。そこで、現像装置の寿命判断をＡＣ成分の積算時間だけで行うのではなく、トナー消費量も考慮して行った。すなわち、本実施例では、画像比率が高いほど、小粒径トナーが現像スリーブに供給される量が多くなるため、寿命が短くなるように補正する。また補給するトナーに含有されるトナーの小粒径率が分かるのであれば、それをデータとして取り込むことにより、寿命判断をより正確に行う事が出来る。本実施例では、補給するトナーの小粒径率は一定とみなして制御フローを説明する。

［寿命検知フロー］
図８に本実施例における制御フローチャートを示す。図８を用いながら、本実施例における寿命判断の制御フローを説明する。尚、制御フロー以外のその他構成は実施例１と同じである。

まず、画像形成の信号が入力される（Ｓ９０１）。演算ＣＰＵユニットにより、画像形成の信号に対して所定のタイミングから現像スリーブへＡＣ成分を印加する（Ｓ９０２）。演算ＣＰＵユニット前回の画像形成終了から今回の画像形成終了までに印加すると同時に、演算ＣＰＵユニットにてＡＣ成分の印加時間を積算していく（Ｓ９０３）。演算ＣＰＵユニットには、ＡＣ成分の印加時間と、現像時に消費されるトナー消費量に対する現像装置の寿命を判断するデータベースが格納されている。

印加されたＡＣ成分の今までの積算時間を読み込む（Ｓ９０４）。次に、ＣＰＵ２０１には、画像情報取得手段としての画像情報カウント２１１から入力されるビデオカウント数に基いて一枚毎のトナー消費量を算出（Ｓ９０５）し、トナー消費量に関する積算値を出す（Ｓ９０６）。ビデオカウント数とは、画像信号処理回路の出力信号のレベルが画素毎にカウントされるものであり、このカウント数を原稿紙サイズの画素分積算されることにより、原稿１枚当たりのビデオカウント数が求まる。例えばＡ４サイズ、１枚最大ビデオカウント数は４００ｄｐｉ、２５６階調で３８８４×１０６である。次に、データベースに従い、現像装置の劣化レベルＸ２を計算する（Ｓ９０７）。

演算値としての劣化レベルＸ２は具体的には、以下の式のように演算される。即ち、現像スリーブ寿命に影響度の大きいＡＣ成分の積算時間と、トナー消費量の積算値と、に基いて現像装置の劣化レベルＸ２を算出する。
劣化レベルＸ２＝（ＡＣバイアス印加時間）＋（ｋ０×トナー消費量）
ここでｋ０はトナー消費量の積算値から寿命に対する影響度係数であり、装置によって変わる定数である。

尚、データベースには、寿命警告枚数や寿命到達枚数も合せて格納されている。ここで、寿命警告枚数とは、現像装置が寿命に近づいていることを警告する（スリーブ交換を促す）劣化レベルであり、画像形成は継続可能である。また、寿命到達枚数とは、現像装置が寿命に到達したことを報知する劣化レベルであり、画像形成は禁止されるレベルである。そして、計算された寿命Ｘ２が警告枚数Ｗ２に到達しているか判断する（Ｓ９０８）。警告枚数に到達していれば、表示部に寿命警告を表示する（Ｓ９０９）。警告枚数に到達していなければ、寿命に対する表示をせずに画像形成が終了となる。本実施例において、実際の現像器の寿命と上述の構成制御により検出した寿命との誤差を比較したところ、約３％におさえることができた。

以上のようにして、現像スリーブへのＡＣ成分の印加時間だけでなく、トナー消費量も考慮する事によって、より正確に現像装置の寿命を判断する事ができる。

尚、本実施例では、各現像器で使用されるトナーの小粒径の割合が同一として扱ったが、小粒径の割合が異なる場合にはそれを考慮しても良い。具体的には、小粒径の割合が多くなるに従ってｋ０の値を大きくするように設定すればよい。

（実施例４）
発明者らは、本発明における課題である現像装置の寿命（現像スリーブの融着）について更なる検討を行った。前述のように、ＡＣ成分の印加のありなしで現像スリーブの融着レベルが異なる事はわかっている。ＡＣ印加していない場合は、ＡＣ印加している場合に比べて融着の進行レベルは小さいが、ＡＣ成分なしの状態において長期にわたって現像スリーブを駆動していると、徐々に融着してくる事がわかった。つまり、ＡＣ成分の印加時間と寄与率は異なるが、現像スリーブの駆動自体も現像スリーブの融着に寄与している事がわかった。そこで本実施例では、現像スリーブの駆動時間に基いて、劣化レベルを変更させる。具体的には、現像スリーブの駆動時間が長くなるほど、劣化レベルが大きくなるようにしている。また、現像スリーブの融着はトナーが融けている状態にあるため、現像スリーブが動作している際の温湿度にも寄与率があると予想した。そこで、画像形成する環境を高温高湿下（３０℃、７０％）と常温常湿下（２３℃、４５％）にて同一条件にて画像形成を繰り返し行い環境の比較検討を行った。結果は、高温高湿下の方が、常温常湿下に比べ現像スリーブの融着レベルは悪かった。より調査すると画像形成動作に伴い、現像装置の温度が上昇してくる。現像装置の温度・湿度によって現像スリーブの融着が悪化していた。そこで、本実施例では、ＣＰＵは画像形成中の平均温度が高くなるほど、劣化レベルが大きくなるようにする。

以上から、現像装置の設置されている環境、現像スリーブＡＣ成分の印加時間、駆動時間とトナー消費量から現像装置の寿命を判断する事が必要である。そこで、本実施例では、動作環境、現像スリーブＡＣ成分の印加時間、駆動時間とトナー消費量の現像装置の寿命に対するデータベースを作成し、演算ＣＰＵユニットのデータベースに格納した。

図９に本実施例における制御フローチャートを示す。図９を用いながら、本実施例における寿命判断の制御フローを説明する。尚、制御フロー以外のその他構成は実施例１と同じであるが、本実施例は動作環境を識別する環境検知手段（温度検知手段）としての環境センサー２１２にて環境情報（現像装置の周囲の温度情報）が検知可能となっている。

まず、画像形成の信号が入力される（Ｓ５０１）。次に動作する環境を識別する（Ｓ５０２）。そして、演算ＣＰＵユニットにより、画像形成の信号に対して所定のタイミングから現像スリーブへＡＣ成分を印加し、演算ＣＰＵユニットにてＡＣ成分の印加時間の積算値を算出する（Ｓ５０３）。ＣＰＵは、タイマ２０２から入力に基いて前回の画像形成終了時から今回の画像形成終了までに印加された印加時間を算出する。続いて、画像情報入力手段としてのビデオカウント２１１から入力された画像信号に基づいて、トナー消費量が計算される。そして、ＣＰＵは今回の画像形成で消費されたトナー消費量の積算値を算出する（Ｓ５０４）。さらに、ＣＰＵ２０１は、駆動検知手段としてのタイマ２０２により現像スリーブの駆動時間の積算値を算出する（Ｓ５０５）。

演算ＣＰＵユニットには、ＡＣ成分の印加時間とトナー消費量、現像スリーブの駆動時間、環境（温度）に対する現像装置の寿命を判断するデータベースが格納されている。（Ｓ５０２）から（Ｓ５０５）の過程において、そして、ＣＰＵは、計測もしくは算出された値からデータベースに従い、現像装置の劣化レベルＸ３を計算する（Ｓ５０６）。劣化レベルＸ３は、ＡＣ成分の印加時間とトナー消費量、現像スリーブの駆動時間、環境の複数項からなる以下の演算式により計算される。
劣化レベルＸ３＝（ｋ１×ＡＣバイアス印加時間）＋（ｋ２×トナー消費量）＋（ｋ３×現像スリーブ駆動時間）＋（ｋ４×環境情報）＋前回計算劣化レベルＸ３’
（ｋ１〜ｋ４は、劣化レベルに対する影響度に関する係数であり、装置によって決まる定数である。これらは、データベースに格納されている。）

尚、センサの検知結果（平均温度）が高い程、劣化レベルが大きくなるように設定されている。従って、スリーブの駆動時における環境が高温の場合の方が、低温の場合よりも劣化レベルが大きくなるように設定されている。本実施例では、温度情報のみを用いたが湿度情報もしくはその両方を用いてもよい。

ここで、ＡＣバイアス、トナー消費量など夫々の因子の寿命に対する影響度を調べｋ１〜ｋ４のデータベースを作成している。劣化レベルは、毎回の画像形成において計算を行っている。特に、劣化レベル計算は、前回計算分の劣化レベルを加算する事により、時系列により変化するトナー消費量や環境の劣化レベルへの影響を考慮し計算している。

尚、演算式は一例であり、各要因を加算する方式に限定されない。また他にＤＣバイアス印加時間等の項目を追加してもよい。

また、データベースには、寿命警告枚数や寿命到達枚数も合せて格納されている。計算された寿命Ｘ３が警告枚数Ｗ３に到達しているか判断する（Ｓ５０７）。警告枚数に到達していれば、表示部に寿命警告を表示する（Ｓ５０８）。警告枚数に到達していなければ、寿命に対する表示をせずに画像形成が終了となる。

実施例において、実際の現像器の寿命と上述の構成制御により検出した寿命との誤差を比較したところ、約２％におさえることができた。以上のようにして、より正確に現像装置の寿命を判断する事ができる。

尚、現像装置の寿命は現像スリーブの融着だけでなく、現像スリーブの表面削れや現像剤の劣化などによって寿命となる場合がある。よって、演算用ＣＰＵに格納されているデータベースは融着に対するデータだけでなく、現像スリーブの表面削れ、現像剤劣化に対するデータベースも格納してある。その上で、（Ｓ５０３）から（Ｓ５０５）において求めた値から、現像装置の寿命に対する計算を行い、どれかの値が寿命に到達したら現像装置の寿命となる。

また、画像形成ユニットとして、現像装置と感光ドラムを含む帯電手段、クリーニング手段を一体化したプロセスカートリッジの構成をとる場合もある。プロセスカートリッジ構成は、画像形成ユニットが寿命もしくはなんらかの不具合が生じた際、ユーザー自身で簡単に交換できるメリットがある。そのため、ユーザービリティが高く、汎用の画像形成装置でよく使われる技術である。

プロセスカートリッジ構成の場合は、現像装置の寿命だけでなく、感光ドラム、帯電手段、クリーニング手段のいずれかが寿命になっても交換となる。よって、現像装置の寿命だけなく感光ドラム、帯電手段、クリーニング手段の全ての寿命を演算用のＣＰＵにて統合制御する必要がある。制御により、いずれかが寿命と判断された時点で寿命警告や交換表示を出す事により不具合画像の発生を防止できる。当然ながら、プロセスカートリッジ構成においても本発明は適用できる。

（実施例５）
更なる実施例として、上述のような制御により現像装置の寿命を判断し、判断結果に基づいて不具合画像の発生を延長させる例を述べる。具体的には、寿命判断結果に基づいてトナー補給量や画像形成するための高圧設定を変更し、不具合画像の発生を延長させる。

現像スリーブの融着が悪化してくると、かぶりや画像濃度薄、画像ムラ、トナー飛散といった不具合が生じる。トナー飛散やかぶり画像は現像剤の帯電量が低いために発生する現象である。現像剤の帯電は、現像剤同士による摩擦と現像スリーブ表面と現像剤との摩擦により帯電される。現像スリーブ表面が融着してしまうと、現像スリーブ表面がトナーで覆われてしまうため、現像スリーブ表面との摩擦帯電が行われない。そのため、現像スリーブの融着が発生すると、現像剤の帯電量が低下し、トナー飛散やかぶりといった不具合が発生しやすくなる。また、不具合として、現像スリーブ表面との搬送性が損なわれ、現像スリーブ上の現像剤量が所定量から変化し、濃度変動を引き起こす可能性もある。

本実施例は、露光電位にトナーが現像される構成であり、かぶりが発生しないように感光ドラムの帯電電位（非画像部電位）と現像スリーブに印加するＤＣ成分の電位差を所定の範囲で制御している。この電位差を以下、かぶり取り電位と呼ぶ。本実施例では、電位制御部としてのＣＰＵが上記かぶり取り電位を制御する。具体的には、現像装置の使い始めは、かぶり取り電位を１５０Ｖになるように制御している。現像装置の寿命が進み、かぶりが悪化してきたら、かぶり取り電位を大きくする事によって、かぶり画像の発生を防止できる。

また、現像スリーブの融着は、トナーとキャリアの重量比率において、キャリアに対するトナーの重量比率が低い方が発生しにくい。

トナーの重量比率が低い方が、現像スリーブへの小粒径トナーの到来率が低減するためである。またキャリア１つに対して保持できるトナーの量は決まっている。全体のキャリアに対するトナーの割合が低いほど、トナーが現像スリーブ表面に付着する前に、キャリアがトナーを保持する確率が上がる。そのため、トナーが現像スリーブ表面に付着する前にキャリアがトナーを保持し、現像スリーブの融着を防止する効果がある。そこで、現像スリーブの融着が悪化し始めたら、補給制御部としてのＣＰＵユニットは、現像装置内のトナーとキャリアの重量比率を下げるようトナー補給を制御する。

それによって、現像スリーブの融着の進行を遅くすることができる。トナーとキャリアの重量比率を検出する透磁率センサーや光学センサーなどの手段があれば、より正確に制御できる。

上述のかぶり取り電位やトナー補給を途中から制御するのは理由がある。まず、かぶり取り電位について述べる。感光ドラムに形成される露光手段と帯電手段によって形成される潜像電位は小さい方が好ましい。感光ドラムの静電容量の限界近くまで用いて潜像電位を形成すると、電位が安定せずに不安定になる。また、帯電手段の印加電圧も高くなり感光ドラムを傷つける原因となる。現像装置が寿命に近づいた状態では、現像剤の劣化などにより帯電量が低下しているため、現像に要する電位差が小さくなる。その分、かぶり取り電位を大きくしても潜像電位は大きくならないため、途中からかぶり取り電位を大きくしても問題ない。

次にトナー補給について述べる。まず現像剤の帯電量は一定である事が望ましい。帯電量が変化すると、現像性が変化し、出力画像の色味が変化するためである。帯電量は、トナーとキャリアの摩擦帯電などによって決まる。現像剤が劣化してくると、帯電量が低下してくる。そこで、帯電量を一定に保つため、トナーとキャリアの摩擦帯電の回数を多くするために、トナーのキャリアに対する重量比率を低くする。

また帯電量は、現像スリーブ表面との摩擦帯電にも影響される。そこで、トナーのキャリアに対するの重量比率（以下ＴＣ比とも呼ぶ）を低くし、現像スリーブの融着を防止し、正常なスリーブ表面との摩擦帯電を維持している。初めからトナーのキャリアに対する重量比率を低くしておくと、現像剤が劣化してきた際に帯電量を一定に保つ事が出来なくなるため、途中から制御している。以下に本実施例における具体的な制御を説明する。

図１０に本実施例における制御フローチャートを示す。図１０を用いながら、本実施例における寿命判断の制御フローを説明する。尚、制御フロー以外のその他構成は実施例１と同じであるが、本実施例も不図示の動作環境を識別する環境センサーが装着されている。

まず、画像形成の信号が入力される（Ｓ４０１）。次に動作する環境を識別する（Ｓ４０２）。そして、演算ＣＰＵユニットにより、画像形成の信号に対して所定のタイミングから現像スリーブへＡＣ成分を印加し、演算ＣＰＵユニットにてＡＣ成分の印加時間の積算値を算出する（Ｓ４０３）。続いて、入力された画像信号に基づいてトナー消費量が計算され、トナー消費量の積算値が算出する（Ｓ４０４）。さらに、現像スリーブの駆動時間の積算値が算出する（Ｓ４０５）。

演算ＣＰＵユニットには、ＡＣ成分の印加時間とトナー消費量、現像スリーブの駆動時間、環境に対する現像装置の寿命を判断するデータベースが格納されている。（Ｓ４０２）から（Ｓ４０５）の過程において、計測もしくは算出された値からデータベースに従い、現像装置の寿命Ｘ４を計算する（Ｓ４０６）。

ここで、計算された現像装置劣化レベルＸ４に応じて、画像形成における高圧制御を以下のように行う（Ｓ４０７）。本実施例では、上述のかぶり取り電位を、現像装置劣化レベルＸ４が大きくなるに従って大きくなるように設定する。本実施例では、通常１５０Ｖだったのを最大１８０Ｖまで大きく設定可能となっている。

これにより、現像スリーブの融着や現像剤の劣化要因により帯電量が低下していても、かぶりの発生を防止できる。次に、計算された現像装置寿命Ｘ４に応じて、画像形成時のトナー補給量を以下のように行う（Ｓ４０８）。通常時は、トナーとキャリアの重量比率が１０％となるようにトナーを補給している。現像装置劣化レベルＸ４の増加に伴って、トナーとキャリアの重量比率を９％、８％、７％と低くするように制御する（Ｓ４０９）。

従来は、上述のように帯電量一定にすることによって画像濃度を一定にする事を目指し、トナーのキャリアに対する重量比率を制御していた。しかし、画像濃度が一定であっても、現像スリーブの融着が発生する可能性がある。現像スリーブ融着によりトナー飛散や、かぶりといった不具合画像が生じてしまったのでは意味がない。

本実施例によれば、現像装置寿命Ｘ４に基いてＴＣ比を低くなるよう制御し、現像スリーブの融着を防止する。それによって、かぶり、トナー飛散などの不具合画像の発生を防止できる。さらに、ＴＣ比を変更すると、現像剤の帯電量が変化するので、画像濃度が変化する可能性がある。そこで、トナーとキャリアに対する重量比率を変更にあわせて、現像するための電位差を調整するなど画像濃度を一定するための制御を行う。それによって、現像スリーブ融着を防止しながら、画像濃度を一定にすることができる。

（Ｓ４０８）と（Ｓ４０９）の工程において、寿命時に出る不具合画像の発生を防止するとともに、現像スリーブ融着の進行を遅くしている。また高圧制御においては、小粒径トナーを優先的に使う高圧設定にする制御も現像スリーブ融着の発生を防止するのに有効である。

その後、計算された寿命Ｘ４が警告枚数Ｗ４に到達しているか判断する（Ｓ４０９）。尚、寿命を判断するデータベースには、（Ｓ４０８）と（Ｓ４０９）の作用も考慮したデータベースが格納されている。警告枚数に到達していれば、表示部に寿命警告を表示する（Ｓ４１０）。警告枚数に到達していなければ、寿命に対する表示をせずに画像形成が終了となる。

実施例において、実際の現像器の寿命と上述の構成制御により検出した寿命との誤差を比較したところ、約３％におさえることができた。また、上述の制御を投入する事により現像装置の寿命を１．２倍にすることができた。以上のように、現像装置の寿命を延命させ、正確に現像装置の寿命を判断する事によって、ランニングコストの低減、生産性、ユーザービリティの向上を可能とする。

１ 画像形成ユニット
３ 感光体ドラム（潜像担持体）
４ 帯電手段
５ 露光手段
６ 記録媒体
７ 転写手段
８ 定着手段
９ クリーニング手段
１０ 現像手段
２０ 現像剤担持体（現像スリーブ）
３１、３２ 攪拌搬送部材
３３ 現像ブレード
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備え、像担持体に形成された潜像を現像剤にて現像する現像装置であって、
   前記現像剤担持体に少なくともＡＣバイアスを印加するバイアス印加手段と、
   前記バイアス印加手段のＡＣバイアスを印加する時間を積算する積算手段と、
   前記積算手段の積算値、もしくは前記積算値にて演算された演算値が所定値に達した場合に、現像装置の交換を促す旨を報知する報知手段と、を有することを特徴とする現像装置。
2. 現像時に消費される現像剤量に関する情報を取得する画像情報取得手段を有し、前記画像情報取得手段に基いて、消費される現像剤量の積算値が大きい方が、小さい場合に比べて、前記演算値が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤担持体の駆動時間に関する情報を検知する駆動検知手段を有し、前記現像剤担持体の駆動時間の積算値が多い場合の方が、少ない場合に比べて前記演算値が大きくなることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 現像装置の周囲の温度を検出する温度検知手段を有し、前記現像剤担持体の駆動時における前記環境検知手段の検知結果が高温の場合の方が、低温の場合よりも前記演算値が大きくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの現像装置と、前記現像装置に現像剤を補給する補給装置と、前記現像装置内のトナーとキャリアの比率が所定比率となるように前記補給装置の補給動作を制御する補給制御部と、を備える画像形成装置において、前記補給制御部は、前記積算値もしくは前記演算値が大きい場合の方が、小さい場合よりも前記所定比率を小さくすることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかの現像装置と、画像形成時における前記像担持体の非画像部電位と、前記現像剤担持体に印加される電位と、の電位差を制御する電位制御部と、を有する画像形成装置において、前記電位制御部は、前記積算値もしくは前記演算値が大きい場合の方が、小さい場合よりも前記電位差を大きくすることを特徴とする画像形成装置。

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