JP6232720B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体に交換可能に装着される現像カートリッジを備えた画像形成装置に関する。

従来より、現像剤を収容する現像カートリッジが交換可能な画像形成装置において、装着されている現像カートリッジの交換時期を判定するように構成されたものが知られている。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置は、トナーを収納する容器に光を入射する発光素子と、容器内を透過した光を受光する受光素子とを有し、受光素子から出力される受光信号に基づいて容器内のトナー量を検出することで、トナーカートリッジが交換時期にあるか否かを判定している。

特開２０００−１０３９４号公報

上記のように、発光素子と受光素子を用いてトナーカートリッジの交換時期を判定するものは、正確なトナー量を判定することが困難な場合があった。

そこで、本発明は、現像カートリッジの交換時期をより適切に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。

前述した課題を解決するための本発明に係る画像形成装置は、現像剤収容部および現像剤担持体を有する現像カートリッジと、現像カートリッジが交換可能に装着される筐体と、筐体内の温度および／または湿度を検出するセンサと、制御装置とを備えている。制御装置は、現像カートリッジの累積使用量を推定する使用量推定手段と、現像カートリッジの累積使用量をパラメータとする閾値に基づいて現像カートリッジの交換時期を判定する交換時期判定手段と、センサが検出した温度および／または湿度に対応して閾値を決定する閾値決定手段とを有する。そして、閾値決定手段は、温度および／または湿度が高いほど、現像カートリッジの交換時期が早くなる値に閾値を決定する。

この画像形成装置では、現像カートリッジの交換時期を判定するための閾値として、現像カートリッジの累積使用量をパラメータとする閾値を閾値決定手段が決定する。一方、現像カートリッジの累積使用量を使用量推定手段が推定する。そして、使用量推定手段により推定された現像カートリッジの累積使用量を閾値決定手段により決定された閾値と比較することで、交換時期判定手段が現像カートリッジの交換時期を判定する。

その際、閾値決定手段は、センサが検出した筐体内の温度および／または湿度に対応して、温度および／または湿度が高いほど、現像カートリッジの交換時期が早くなる値に閾値を決定する。従って、この画像形成装置では、筐体内の温度および／または湿度が高く、現像剤の帯電特性の低下によるかぶり現象が発生し易くなるほど、現像カートリッジの交換時期が早く判定され、反対に筐体内の温度および／または湿度が低く、かぶり現象が発生し難いほど、現像カートリッジの交換時期が遅く判定されるのであり、現像カートリッジの交換時期が筐体内の温度および／または湿度に応じてより適切に判定される。

この画像形成装置において、閾値決定手段は、現像カートリッジの交換時期を判定するための閾値として、筐体内の温度および／または湿度の変化に応じて、段階的に変化する閾値データから閾値を決定してもよいし、連続的に変化する閾値データから閾値を決定してもよい。

ここで、センサは、記録シートへ印字させる印刷ジョブを受けた際に検出した温度および／または湿度を閾値決定手段に出力し、閾値決定手段は、取得した温度および／または湿度に応じ、印刷ジョブによる印字動作の前に閾値を決定することができる。この場合、現像カートリッジの交換時期が印刷ジョブ毎に適切に判定されるので好ましい。

また、現像カートリッジの累積使用量を推定する使用量推定手段は、現像剤担持体の累積回転回数をカウントする回転回数カウント手段とすることができる。

さらに、センサは、温度および湿度を同時に検出する温湿度センサとして一体に構成することができる。

本発明の画像形成装置によれば、現像カートリッジの交換時期を筐体内の温度および／または湿度に応じてより適切に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのレーザプリンタの概略構造を示す側断面図である。 図１に示したレーザプリンタが備える制御装置のブロック構成図である。 温度と相対湿度をパラメータとして示す絶対湿度の領域マップである。 絶対湿度に応じた現像カートリッジ交換時期の閾値を現像ローラの累積回転回数をパラメータとして示すグラフである。 図２に示した制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図４に示したグラフの変形例を示す閾値のグラフである。 温度に応じて変化する現像カートリッジ交換時期の閾値を現像ローラの累積回転回数をパラメータとして示すグラフである。 相対湿度に応じて変化する現像カートリッジ交換時期の閾値を現像ローラの累積回転回数をパラメータとして示すグラフである。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。一実施形態の画像形成装置は、例えば図１に示すようなレーザプリンタ１として具現化されている。なお、以下の説明においては、レーザプリンタ１を使用するユーザが対面する側、すなわち図１の紙面の右側を「前」とし、左側を「後」、上下方向を「上下」、手前側を「左」、奥側を「右」とする。

＜レーザプリンタの概略構成＞
図１に示すように、レーザプリンタ１は、記録シートの一例としての用紙Ｓを給紙するためのフィーダ部１０や、用紙Ｓに画像を形成するための画像形成部２０などを筐体である本体ケーシング３０内に備えている。ここで、画像形成部２０は、露光部であるスキャナ部４０、現像部および転写部を構成するプロセスカートリッジ５０、定着部６０などで構成されている。

＜フィーダ部の構成＞
フィーダ部１０は、本体ケーシング３０内の底部に着脱自在に装着される給紙トレイ１１と、給紙トレイ１１内の前部に配置された用紙押圧板１２とを備えている。また、フィーダ部１０は、給紙トレイ１１の前端部の上方に配置された給紙ローラ１３および給紙パット１４と、給紙ローラ１３に対し用紙Ｓの搬送方向の下流側に配置された紙粉取りローラ１５，１６を備えている。さらに、フィーダ部１０は、紙粉取りローラ１５，１６に対して用紙Ｓの搬送方向の下流側に配置されたレジストローラ１７を備えている。

このフィーダ部１０では、給紙トレイ１１内に収容された用紙Ｓは、用紙押圧板１２によって給紙ローラ１３側に寄せられる。そして、給紙ローラ１３と給紙パット１４との間に挟まれた用紙Ｓは、給紙ローラ１３の回転により、紙粉取りローラ１５，１６およびレジストローラ１７を経由して画像形成部２０に搬送される。

＜スキャナ部の構成＞
スキャナ部４０は、本体ケーシング３０内の上部に配置されており、図示しないレーザ発光部、ポリゴンミラー４１、レンズ４２，４３、反射鏡４４，４５，４６を備えている。このスキャナ部４０では、レーザビームが一点鎖線で示す経路を通って、プロセスカートリッジ５０内にある感光ドラム５１の表面（周面）上に高速走査にて照射される。

＜プロセスカートリッジの構成＞
プロセスカートリッジ５０は、スキャナ部４０の下方に配設されおり、本体ケーシング３０に対して前後方向の移動により着脱されることで、本体ケーシング３０に交換可能に装着される。このプロセスカートリッジ５０は、感光ドラム５１、スコロトロン型帯電器５２および転写ローラ５３を備えたドラムユニットと、このドラムユニットに対して着脱可能に構成された現像カートリッジとで構成されている。

現像カートリッジは、現像剤担持体である現像ローラ５４、層厚規制ブレード５５、供給ローラ５６、および現像剤収容部であるトナーホッパ５７（現像剤収容部）を備えている。

このような現像カートリッジを備えたプロセスカートリッジ５０では、スコロトロン型帯電器５２で帯電された感光ドラム５１の表面がスキャナ部４０からのレーザビームで露光されることにより、感光ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に、トナーホッパ５７内の現像剤であるトナーが供給ローラ５６および現像ローラ５４を介して供給されることで、感光ドラム５１の表面にトナー像（現像剤像）が形成される。その後、感光ドラム５１と転写ローラ５３との間で用紙Ｓが搬送される際に、転写ローラ５３に転写バイアスが印加されることで、感光ドラム５１の表面に担持されたトナー像が転写ローラ５３によって用紙Ｓの表面に転写され、こうして用紙Ｓの表面に画像が形成される。

＜定着部の構成＞
定着部６０は、用紙Ｓに転写されたトナー像を熱定着させるための加熱ローラ６１と、この加熱ローラ６１との間に用紙Ｓを挟んで押圧する加圧ローラ６２とを備えている。この定着部６０は、プロセスカートリッジ５０から搬送される用紙Ｓの搬送方向下流側に配置されている。定着部６０で熱定着された用紙Ｓは、用紙Ｓの搬送方向に回転する一対の排出ローラ７１によって本体ケーシング３０外の排紙トレイ７２上に排出される。

ここで、用紙Ｓの両面に画像を形成する両面印字時においては、用紙Ｓの全体を排紙トレイ７２上に排紙する前に、排出ローラ７１が逆回転することで、用紙Ｓを本体ケーシング３０内に引き戻す。本体ケーシング３０内に引き戻された用紙Ｓは、フラッパ７３の切り替えにより、定着部６０の後側を通った後、両面搬送経路ユニット８０に送られる。

＜両面搬送経路ユニットの構成＞
両面搬送経路ユニット８０は、両面搬送のための再搬送機構であり、画像形成部２０と、給紙トレイ１１との間に配設されている。ここで、「両面搬送」とは、表面が印字された用紙Ｓの裏面を印字するために、用紙Ｓを表裏反転してプロセスカートリッジ５０の感光ドラム５１と転写ローラ５３との間に戻すために行う搬送をいう。

両面搬送経路ユニット８０は、定着部６０の後側を通って下方に搬送される用紙Ｓの向きを前方に切り替えるガイド部材８１と、ガイド部材８１で案内されてきた用紙Ｓを感光ドラム５１の前側に戻すために前後に並列された複数対の戻しローラ８２とを備えている。そして、この両面搬送経路ユニット８０から排出された用紙Ｓは、両面搬送経路ユニット８０の前方にあるガイド８３により、表裏が反転された状態でレジストローラ１７に向けて案内される。これにより、用紙Ｓは、レジストローラ１７で先端が揃えられた後、再度感光ドラム５１と転写ローラ５３との間に搬送され、感光ドラム５１の表面のトナー像が用紙Ｓの裏面に転写される。

ここで、プロセスカートリッジ５０を構成する現像カートリッジのトナーホッパ５７に収容された現像剤であるトナーは、一般に、現像カートリッジの累積使用量の増大に応じて劣化が進行し、帯電性能が低下する。そして、帯電性能が低下したトナーをそのまま使用すると、用紙Ｓ上に形成される現像剤の画像以外の部分にトナーが付着するという、所謂かぶり現象が発生する。そこで、このようなかぶり現象を未然に防止するため、一実施形態の画像形成装置であるレーザプリンタ１は、トナーホッパ５７に収容されたトナーの劣化状況を推定して現像カートリッジの交換時期を報知するための制御装置を備えている。

＜制御装置の構成＞
図２に示すように、制御装置２は、累積回転回数カウント部２Ａ、ゲート部２Ｂ、交換時期閾値決定部２Ｃ、交換時期判定部２Ｄ、印刷ジョブ実行部２Ｅを備えており、これらはマイクロコンピュータのハードウェアおよびソフトウェアを利用して構成されている。なお、制御装置２を構成するマイクロコンピュータは、入出力インターフェースＩ／Ｏ、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムおよびデータを記憶したＲＯＭ(Read Only Memory)、入力データ等を一時記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)、プログラムを実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)等を備えている。

累積回転回数カウント部２Ａは、現像カートリッジの累積使用量を推定する使用量推定手段として機能するものであり、現像剤担持体の累積回転回数をカウントする回転回数カウント手段として、現像ローラ５４の累積回転回数をカウントする。この累積回転回数カウント部２Ａは、回転回数センサ４から現像ローラ５４の回転回数を取得することにより、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲを現像カートリッジの交換時から累積してカウントする。そして、この累積回転回数カウント部２Ａは、カウントした累積回転回数ＮＲの情報を交換時期判定部２Ｄに出力する。

ゲート部２Ｂは、湿度センサ５が検出した相対湿度の検出信号Ｈと、温度センサ６が検出した温度の検出信号Ｔとを常時取得している。このゲート部２Ｂは、レーザプリンタ１を出力装置とするパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３から用紙Ｓに印字させるための印刷ジョブ信号ＰＪを取得すると、その際の相対湿度の検出信号Ｈと、温度の検出信号Ｔとを交換時期閾値決定部２Ｃに出力する。

交換時期閾値決定部２Ｃは、ゲート部２Ｂから取得した相対湿度の検出信号Ｈと温度の検出信号Ｔとに基づき、図３に示すグラフを参照することにより、絶対湿度（ｇ／ｍ^３）が例えば３未満であって温度１０℃、湿度２０％のポイントを含む低温低湿の領域ＬＬと、絶対湿度が例えば３〜１０程度であって温度２３℃、湿度５０％のポイントを含む常温常湿の領域ＪＪと、絶対湿度が例えば１０以上であって温度３２℃、湿度８０％のポイントを含む高温高湿の領域ＨＨとを判別する。

そして、この交換時期閾値決定部２Ｃは、判別した低温低湿の領域ＬＬ、常温常湿の領域ＪＪおよび高温高湿の領域ＨＨに対応して段階的に変化する閾値データを参照することにより、閾値Ｔｈを決定する。すなわち、交換時期閾値決定部２Ｃは、図４のグラフに示すように、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲをパラメータとして段階的に変化する閾値データを参照することにより、低温低湿のＬＬ環境より常温常湿のＪＪ環境の値が小さく、常温常湿のＪＪ環境より高温高湿のＨＨ環境の値が小さくなる閾値を現像カートリッジの交換時期の閾値Ｔｈとして決定する。

ここで、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲをパラメータとする閾値Ｔｈは、低温低湿のＬＬ環境では例えば１００，０００回転に決定され、常温常湿のＪＪ環境では例えば７５，０００回転に決定され、高温高湿のＨＨ環境では例えば５０，０００回転に決定される。従って、現像カートリッジの交換時期は、常温常湿のＪＪ環境に較べて低温低湿のＬＬ環境では遅くなり、高温高湿のＨＨ環境では早くなる。

交換時期判定部２Ｄは、累積回転回数カウント部２Ａから取得した累積回転回数ＮＲを交換時期閾値決定部２Ｃから取得した閾値Ｔｈと比較することにより、現像カートリッジが交換時期に達したか否かを判定する。

交換時期判定部２Ｄは、現像カートリッジが未だ交換時期に達していない場合には、印刷ジョブ信号ＰＪを印刷ジョブ実行部２Ｅに出力する。これにより、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３の要求に応じた印刷ジョブが実行される。一方、現像カートリッジが交換時期に達している場合には、交換時期判定部２Ｄは、現像カートリッジの交換時期を報知するための信号を交換時期報知装置７に出力する。

なお、図示省略したが、交換時期報知装置７は、本体ケーシング３０の見やすい位置、例えば前部の上部に配置された適宜の点滅ランプで構成されている。また、回転回数センサ４、湿度センサ５および温度センサ６は、現像ローラ５４の近傍に配置されている。

以上のように構成された本実施形態の画像形成装置であるレーザプリンタ１では、用紙Ｓ上に形成される画像以外の部分にトナーが付着するという、所謂かぶり現象の発生を未然に防止するため、制御装置２がトナーホッパ５７に収容されたトナーの劣化状況を推定して現像カートリッジの交換時期を報知する。以下、制御装置２が実行する処理の手順を図５のフローチャートに沿って順次説明する。

まず、ステップＳ１では、制御装置２が印刷ジョブ信号ＰＪを取得したか否かが判定される。この判定は、ゲート部２Ｂに印刷ジョブ信号ＰＪが入力されるまで繰り返される。

ゲート部２Ｂに印刷ジョブ信号ＰＪが入力されると、湿度センサ５が検出した相対湿度の検出信号Ｈと、温度センサ６が検出した温度の検出信号Ｔとをゲート部２Ｂが交換時期閾値決定部２Ｃに出力する。これにより、交換時期閾値決定部２Ｃは、ステップＳ２として温度Ｔを取得し、ステップＳ３として相対湿度Ｈを取得する。

つぎのステップＳ４では、交換時期閾値決定部２Ｃが現像カートリッジの交換時期の閾値を決定する。その際、交換時期閾値決定部２Ｃは、温度Ｔと相対湿度Ｈとに応じた絶対湿度の領域として、図３に示す低温低湿の領域ＬＬ、常温常湿の領域ＪＪ、高温高湿の領域ＨＨの何れかを判別する。

そして、交換時期閾値決定部２Ｃは、図４のグラフに示す閾値データを参照することにより、低温低湿のＬＬ環境より常温常湿のＪＪ環境の閾値が小さく、常温常湿のＪＪ環境より高温高湿のＨＨ環境の閾値が小さくなる閾値を現像カートリッジの交換時期の閾値Ｔｈとして決定する。

ステップＳ５では、累積回転回数カウント部２Ｂが回転回数センサ４から現像ローラ５４の回転回数を取得することにより、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲを取得する。

そして、ステップＳ６では、累積回転回数カウント部２Ａから取得した累積回転回数ＮＲを交換時期閾値決定部２Ｃから取得した閾値Ｔｈと比較することにより、現像カートリッジが交換時期に達したか否かを交換時期判定部２Ｄが判定する。

ここで、交換時期判定部２Ｄによる判定結果がＮＯであって、現像カートリッジが未だ交換時期に達していない場合には、交換時期判定部２Ｄが印刷ジョブ信号ＰＪを印刷ジョブ実行部２Ｅに出力することで、ステップＳ７として、印刷ジョブ実行部２Ｅがパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３の要求に応じた印刷ジョブを実行する。

一方、交換時期判定部２Ｄによる判定結果がＹＥＳであって、現像カートリッジが交換時期に達している場合には、交換時期判定部２Ｄが現像カートリッジの交換時期を報知するための信号を交換時期報知装置７に出力することで、ステップＳ８として、交換時期報知装置７である点滅ランプが点滅して現像カートリッジの交換時期を報知する。

ここで、現像カートリッジの交換時期を判定するための閾値Ｔｈは、図４のグラフに示したように、低温低湿のＬＬ環境では例えば１００，０００回転に決定され、常温常湿のＪＪ環境では例えば７５，０００回転に決定され、高温高湿のＨＨ環境では例えば５０，０００回転に決定される。従って、現像カートリッジの交換時期は、高温高湿のＨＨ環境でもっとも早くなり、常温常湿のＪＪ環境では高温高湿のＨＨ環境よりも遅くなり、低温低湿のＬＬ環境ではもっとも遅くなる。

すなわち、本実施形態の画像形成装置であるレーザプリンタ１では、本体ケーシング３０内の温湿度環境が高温高湿のＨＨ環境であって絶対湿度が高く、現像剤の帯電特性の低下によるかぶり現象が発生し易い場合には、現像カートリッジの交換時期が早く判定され、反対に、本体ケーシング３０内の温湿度環境が低温低湿のＬＬ環境であって絶対湿度が低く、現像剤のかぶり現象が発生し難い場合には、現像カートリッジの交換時期が遅く判定される。従って、本実施形態のレーザプリンタ１によれば、現像カートリッジの交換時期を本体ケーシング３０内の絶対湿度に応じてより適切に判定することができる。

以上、本発明に係る画像形成装置の一実施形態としてのレーザプリンタ１について説明したが、本発明の画像形成装置は一実施形態のレーザプリンタ１に限定されるものではなく、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。

例えば、図２に記載した温度センサ６および湿度センサ５は、温湿度センサとして一体に構成することができる。また、交換時期報知装置７は、現像カートリッジの交換時期を文字や絵文字などで表示する液晶ディスプレイとしてもよいし、現像カートリッジの交換時期を音声により報知するスピーカとしてもよい。

さらに、図２に示した累積回転回数カウント部２Ａは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３から印刷ジョブ信号ＰＪを取得し、印刷ジョブ信号ＰＪに含まれる用紙Ｓのサイズ、印刷枚数などの情報から、印刷ジョブ毎に現像ローラ５４の回転回数を積算することで、現像カートリッジの交換時からの現像ローラ５４の累積回転回数を推定するように構成してもよい。この場合、図２に示した回転回数センサ４は、省略することができる。

ここで、図２に示した制御装置２の交換時期閾値決定部２Ｃが閾値Ｔｈを決定するために参照する閾値データは、図４のグラフに示したように段階的に変化するものに限らず、図６のグラフに示すように連続的に変化するものとしてもよい。

また、図２に示した湿度センサ５および温度センサ６は、何れか一方を省略してもよい。湿度センサ５を省略した場合、交換時期閾値決定部２Ｃは、図７のグラフに示す閾値データ、すなわち、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲと温度（℃）とをパラメータとして、温度の上昇に応じて累積回転回数ＮＲが低下する特性の閾値データを参照して現像カートリッジの交換時期の閾値Ｔｈを決定するように構成する。

一方、温度センサ６を省略した場合、交換時期閾値決定部２Ｃは、図８のグラフに示す閾値データ、すなわち、現像ローラ５４の累積回転回数ＮＲと相対湿度（％）とをパラメータとして、相対湿度の上昇に応じて累積回転回数ＮＲが低下する特性の閾値データを参照して現像カートリッジの交換時期の閾値Ｔｈを決定するように構成する。

１ レーザプリンタ
２ 制御装置
２Ａ 累積回転回数カウント部
２Ｂ ゲート部
２Ｃ 交換時期閾値決定部
２Ｄ 交換時期判定部
２Ｅ 印刷ジョブ実行部
３ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
４ 回転回数センサ
５ 湿度センサ
６ 温度センサ
７ 交換時期報知装置
３０ 本体ケーシング
５０ プロセスカートリッジ
５１ 感光ドラム
５４ 現像ローラ（現像剤担持体）
５７ トナーホッパ（現像剤収容部）
ＮＲ 累積回転回数
Ｈ 相対湿度
Ｔ 温度
Ｓ 用紙

Claims (5)

1. 現像剤収容部および現像剤担持体を有する現像カートリッジと、
   前記現像カートリッジが交換可能に装着される筐体と、
   前記筐体内の温度および／または湿度を検出するセンサと、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記現像カートリッジの累積使用量を推定する使用量推定手段と、
   前記現像カートリッジの累積使用量をパラメータとする閾値に基づいて前記現像カートリッジの交換時期を判定する交換時期判定手段と、
   前記センサが検出した温度および／または湿度に対応して、温度が１０℃かつ湿度が２０％のポイントを含む低温低湿の領域と、温度が２３℃かつ湿度が５０％のポイントを含む常温常湿の領域と、温度が３２℃かつ湿度が８０％のポイントを含む高温高湿の領域に対応した前記閾値を決定する閾値決定手段とを有し、
   前記高温高湿の領域に対応した閾値は、前記常温常湿の領域に対応した閾値よりも前期現像カートリッジの交換が早くなる値であり、
   前記常温常湿の領域に対応した閾値は、前記低温低湿の領域に対応した閾値よりも前期現像カートリッジの交換が早くなる値であり、
   記録シートに印字させるための印刷ジョブを取得した場合、前記印刷ジョブによる印刷動作の前に、前記閾値決定手段が前記閾値を決定し、当該閾値に基づいて前記交換時期判定手段が前記現像カートリッジの交換時期を判定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記閾値決定手段は、前記閾値を前記温度および／または湿度の変化に応じて段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記閾値決定手段は、前記閾値を前記温度および／または湿度の変化に応じて連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記使用量推定手段は、前記現像剤担持体の累積回転回数をカウントする回転回数カウント手段であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
5. 前記センサは、前記温度および湿度を同時に検出する温湿度センサであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。

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