JPH0736323A

JPH0736323A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH0736323A
Application number: JP5182516A
Authority: JP
Inventors: Norio Hashimoto; 典夫橋本; Hiroaki Sakai; 宏明酒井; Minoru Matsukuma; 稔松隈; Kazuro Ono; 和朗小野; Masaharu Okubo; 正晴大久保; Takayasu Yunamochi; 貴康弓納持; Hiroto Hasegawa; 浩人長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】プロセスカートリッジの交換時期を的確に判
別し得る画像形成装置を提供する。【構成】着脱可能なプロセスカートリッジを装着して
記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、像担
持体と、前記像担持体に作用する少なくとも１つのプロ
セス手段を有するプロセスカートリッジを装着するため
の装着手段と、記録媒体を搬送するための搬送手段と、
画像形成により変化する物理量のうち、少なくとも２つ
以上を用いて前記プロセスカートリッジの寿命を検出す
るための検出手段とを設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロセスカートリッジを
装着して画像を形成する画像形成装置に関し、更に詳し
くはプロセスカートリッジの交換時期を的確に判別し得
る画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ等の画像形成装置は、一様に帯
電させた像担持体に選択的な露光をして潜像を形成し、
この潜像を現像剤（以下「トナー」という）で顕像化す
ると共に、該トナー像を記録媒体に転写して画像記録を
行う。このような装置にあっては、トナーが無くなる都
度補給しなければならないが、このトナーの補給作業が
煩わしいばかりか、汚れを伴うこともある。また各部材
のメンテナンスは専門のサービスマンでなければ行うこ
とが出来ず、ユーザには不便を伴うことが多かった。

【０００３】そこで、前記像担持体、帯電器、現像器、
クリーニング部等を一体構造にまとめてカートリッジ化
することにより、ユーザが前記カートリッジを装置本体
に装着することによって、トナーの補給や寿命に達した
像担持体の部品交換可能とし、メンテナンスを容易にし
たものが実用化されている。

【０００４】前記プロセスカートリッジの交換時期とし
ては、従来は記録された画像が例えば白抜けしている場
合やカブリを生じている場合等の劣化したときに、使用
者が適宜交換している。また画像を形成するに従ってト
ナーが減少していくために、このトナーの残量を検出
し、トナー残量が一定以下になった場合にカートリッジ
の交換を促す信号を出力する方法がある（特開昭63−21
0870号等）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成にあっては、トナーの消費が少ない画像形成動作が
繰り返し行われる場合、トナーが一定量以下になる前
に、カートリッジを構成する他の部品が劣化してしまう
おそれがあり、良好な画像形成が行えなくなってしまう
ことがある。

【０００６】また画像劣化の状態を見てカートリッジを
交換することは、使用者の好みであり、パーソナルユー
スの画像形成装置では受け入れられる場合があるが、近
年受容が増大しているオフィスにおけるネットワークプ
リンタ（ネットワーク内に接続され、多数のコンピュー
タの出力として用いられる）においては、プリンタの設
置場所が必ずしもコンピュータの近くにあるとは限ら
ず、使用者はすぐに出力画像を確認するわけではないた
め（使用者によっては、複数の出力をしておいて、後で
一度に出力画像を取りに行くこともある）、不都合が生
ずる。更に使用者は多数であるため、画像劣化の許容レ
ベルは区々となる。

【０００７】本発明は従来の前記課題を解決するもので
あり、その目的とするところは、プロセスカートリッジ
の交換時期を的確に判別し得る画像形成装置を提供せん
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る代表的な構成は、着脱可能なプロセスカ
ートリッジを装着して記録媒体に画像を形成する画像形
成装置において、像担持体と、前記像担持体に作用する
少なくとも１つのプロセス手段を有するプロセスカート
リッジを装着するための装着手段と、記録媒体を搬送す
るための搬送手段と、画像形成により変化する物理量の
うち、少なくとも２つ以上を用いて前記プロセスカート
リッジの寿命を検出するための検出手段とを設けたこと
を特徴としてなる。

【０００９】

【作用】前記構成にあっては、例えばトナーの残量が一
定以下になったとき以外にも、例えば像担持体が一定以
下に劣化したとき、或いは現像剤担持体が一定以下に劣
化したときにカートリッジ交換信号を出力するようにな
り、トナーが一定以上残っていてもカートリッジを構成
する部品が劣化した場合には、カートリッジの交換信号
を出力するようになる。

【００１０】

【実施例】次に本発明に係る一実施例を図面を参照して
具体的に説明する。

【００１１】〔第一実施例〕図１は本発明に係るプロセ
スカートリッジを装着した画像形成装置の構成模式説明
図、図２はプロセスカートリッジの構成模式説明図、図
３はカートリッジの寿命検出手段の説明図である。

【００１２】第一実施例の説明の順序として、まずプロ
セスカートリッジを装着した装置の全体構成を説明し、
次に画像形成装置Ａ及びプロセスカートリッジＢの各部
の構成について説明し、次にカートリッジの寿命検出手
段について説明する。

【００１３】｛全体構成｝この画像形成装置Ａは、図１
に示すように、光学系１から画像情報に基づいた光像を
照射して像担持体である感光体ドラムに現像剤（以下ト
ナー）による像を形成する。そして前記トナー像の形成
と同期して記録媒体２を搬送手段３によって搬送し、且
つプロセスカートリッジＢとしてカートリッジ化された
画像形成部において前記感光体ドラムに形成したトナー
像を転写手段４によって記録媒体２に転写し、その記録
媒体２を定着手段５に搬送し、転写トナー像を定着して
排出部６へ排出する。

【００１４】前記画像形成部を構成するプロセスカート
リッジＢは、図２に示すように、感光体ドラム７を回転
してその表面を帯電手段８によって一様に帯電し、前記
光学系１からの光像を露光部９を介して感光体ドラム７
に露光して潜像を形成し、現像手段10で前記潜像に応じ
たトナー像を形成することにより可視像化する。そして
前記転写手段４でトナー像を記録媒体２に転写した後
は、クリーニング手段11によって感光体ドラム７に残留
したトナーを除去する。尚、前記感光体ドラム７等の各
部品はハウジング12を構成する樹脂製のトナー枠体12ａ
とクリーニング枠体12ｂ内に収納されてカートリッジ化
されている。

【００１５】前記プロセスカートリッジは使用によりト
ナーが減少すると共に、部品が劣化する。このため、プ
ロセスカートリッジの交換が必要になったときに、その
旨の信号を出力し、カートリッジの的確な交換を可能に
している。

【００１６】｛画像形成装置｝前記画像形成装置Ａの各
部の構成について、光学系、搬送手段、転写手段、定着
手段、カートリッジ装着手段の順に説明する。

【００１７】（光学系）光学系１は外部装置等から読み
込んだ画像情報に基づいて光照射することによって感光
体ドラム７へ光像を照射するものであり、図１に示すよ
うに、装置本体13の光学ユニット１ａ内にレーザーダイ
オード１ｂ、ポリゴンミラー１ｃ、スキャナーモータ１
ｄ、結像レンズ１ｅが収納してある。

【００１８】そして例えばコンピュータやワードプロセ
ッサ等の外部機器から画像信号が与えられると、レーザ
ーダイオード１ｂが前記画像信号に応じて発光し、ポリ
ゴンミラー１ｃに画像光として照射する。このポリゴン
ミラー１ｃはスキャナーモータ１ｄによって高速回転
し、該ポリゴンミラー１ｃで反射した画像光が結像レン
ズ１ｅ及び反射ミラー１ｆを介して回転する感光体ドラ
ム７へ照射し、該ドラム７の表面を選択的に露光して画
像情報に応じた潜像を形成する。

【００１９】（記録媒体搬送手段）次に記録媒体２（例
えば記録紙、ＯＨＰシート、布或いは薄板等）を搬送す
るための搬送手段３は、装置本体13にカセット３ａの装
着部を有し、この装着部に装着したカセット３ａ内の記
録媒体２をピックアップローラ３ｂによって上部から一
枚ずつレジストローラ対３c1，３c2へ給送し、このレジ
ストローラ対３c1，３c2が画像形成動作と同期するよう
に記録媒体２を画像転写部に搬送する。そして画像転写
後の記録媒体２を、搬送ローラ３ｄ及びガイド板３ｅに
よって定着手段５に搬送し、定着後の記録媒体２を排出
ローラ３ｆによって装置上部に形成した排出部６に排出
する。

【００２０】（転写手段）転写手段４は画像形成部で感
光体ドラム７に形成されたトナー像を記録媒体２に転写
するものであり、本実施例の転写手段４は図１に示すよ
うに、転写ローラ４によって構成している。即ち、装着
したプロセスカートリッジＢの感光体ドラム７に転写ロ
ーラ４によって記録媒体２を押圧し、該転写ローラ４に
対して転写電源30（図３参照）から感光体ドラム７に形
成されたトナー像と逆極性の電圧を印加することによ
り、感光体ドラム７上のトナーを記録媒体２に転写す
る。

【００２１】（定着手段）定着手段５は前記転写ローラ
４の電圧印加によって記録媒体２に転写したトナー像を
定着させるものである。その構成は図１に示すように、
駆動回転する駆動ローラ５ａと、内部にヒータ５ｂを有
し、前記駆動ローラ５ａと圧接して従動回転する定着ロ
ーラ５ｃとからなる。即ち、画像形成部でトナー像を転
写された記録媒体２が前記駆動ローラ５ａと定着ローラ
５ｃ間を通過する際に、両ローラ５ａ，５ｃの押圧によ
って圧力が印加され、且つ定着ローラ５ｃの発熱によっ
て熱を印加され、記録媒体２上のトナーが記録媒体２に
定着する。

【００２２】（プロセスカートリッジ装着手段）前記画
像形成装置Ａ内にはプロセスカートリッジＢを装着する
ためのカートリッジ装着手段が設けてある。プロセスカ
ートリッジＢの装置本体に13に対する着脱は、開閉カバ
ー14を開くことによって行う。即ち、装置本体13の上部
にはヒンジ14ａによって開閉可能な開閉カバー14が取り
付けてある。そして前記開閉カバー14を開くと装置本体
13内にはカートリッジ装着スペースが設けてあり、開閉
カバー左右壁面には図示しない左右ガイド部材が取り付
けてある。この左右ガイド部材にはプロセスカートリッ
ジＢを挿入するためのガイドが設けてあり、プロセスカ
ートリッジＢを前記ガイドに沿って挿入し、開閉カバー
14を閉じることによってプロセスカートリッジＢを画像
形成装置Ａに装着するようにしている。

【００２３】｛プロセスカートリッジ｝次に前記画像形
成装置Ａに装着されるプロセスカートリッジＢの各部の
構成について説明する。

【００２４】このプロセスカートリッジＢは像担持体
と、少なくとも１つのプロセス手段を備えたものであ
る。ここでプロセス手段としては、例えば像担持体の表
面を帯電させる帯電手段、像担持体にトナー像を形成す
る現像手段、像担持体表面に残留したトナーをクリーニ
ングするためのクリーニング手段等がある。本実施例の
プロセスカートリッジＢは図２に示すように、像担持体
である電子写真感光体ドラム７の周囲に帯電手段８、露
光部９、現像手段10、クリーニング手段11を配置し、こ
れらをトナー枠体12ａ及びクリーニング枠体12ｂからな
るハウジングで覆って一体化し、装置本体13に着脱可能
に構成してる。

【００２５】次にプロセスカートリッジＢの各部の構成
を、感光体ドラム７、帯電手段８、露光部９、現像手段
10、クリーニング手段11の順に説明する。

【００２６】（感光体ドラム）本実施例に係る感光体ド
ラム７は直径30mmの円筒状のアルミニウムからなるドラ
ム基体の外周面に負帯電のＯＰＣ層を塗布形成したもの
であり、このＯＰＣ層は電荷発生層の上に厚さｄ＝25μ
m の電荷輸送層（Carrier Transfer Layer 以下「ＣＴ
層」という）を配置したものである。

【００２７】本実施例では前記ＣＴ層バインダとしてポ
リカーボネイト樹脂を用いており、画像形成動作を繰り
返すことにより、少しずつ削れを生じ、厚みが減少して
いく。この感光体ドラム７を枠体に回動可能に取り付
け、感光体ドラム７の長手方向一方端に固着したフラン
ジギヤに装置本体側に設けた駆動モータの駆動力を伝達
することにより、感光体ドラム７を画像形成動作に応じ
て図１の矢印方向へ回転させる。尚、本実施例ではプロ
セススピードとして感光体ドラム７を95mm／secで回転
させるようにしている。

【００２８】（帯電手段）帯電手段は前記感光体ドラム
７の表面を一様に帯電させるためのものであり、本実施
例では枠体に帯電ローラ８を回動自在に取り付けた、所
謂接触帯電方法を用いている。帯電ローラ８は金属製の
ローラ軸８ａに導電性の弾性層を設け、更にその上に高
抵抗の弾性層を設け、更にその表面に保護膜を設けてな
る。導電性の弾性層はＥＰＤＭやＮＢＲ等の弾性ゴム層
にカーボンを分散したもので構成し、ローラ軸８ａに供
給されるバイアス電圧を導く作用をなす。また高抵抗の
弾性層はウレタンゴム等で構成し、微量の導電性微粉末
を含有するものが一例としてあげられ、感光体ドラム７
のピンホール等導電度の高い帯電ローラが相対した場合
でも、感光体ドラム７へのリーク電流を制限してバイア
ス電圧の急降下を防ぐ作用をなす。また保護層はＮ−メ
チルメトキシ化ナイロンで構成し、導電性弾性層や高抵
抗の弾性層の塑性物質が、感光体ドラム７に触れて感光
体ドラム７の表面を変質させることがないように作用す
る。

【００２９】そして前記帯電ローラ８を感光体ドラム７
に接触させ、画像形成に際しては帯電ローラ８が感光体
ドラム７の回転に従動して回転し、このとき帯電ローラ
８に帯電電源31（図３参照）から直流電圧と交流電圧と
を重畳して印加することにより感光体ドラム７の表面を
所定の電位に均一に帯電させる。

【００３０】（露光部）露光部９は前記帯電ローラ８に
よって均一に帯電した感光体ドラム７の表面に、光学系
１から照射される光像を露光して該ドラム７表面に静電
潜像を形成するためのものであり、カートリッジ枠体の
上面に前記光像を導くための開口９を設けることによっ
て露光部を構成している。

【００３１】（現像手段）現像手段10は、図２に示すよ
うに、トナー（本実施例ではスチレン−アクリル系共重
合体樹脂を主成分とし、マグネタイト、荷電制御剤、ワ
ックス等からなる粉体の１成分絶縁性磁性トナーを用い
ている）ｔを収納するトナー枠体12ａ内にトナーを収納
してあり、このトナーを送り出すトナー送り部材10ａが
回転可能に設けてある。そしてトナー枠体12ａの開口部
には内部に非回転の磁石10ｂを有し、回転することによ
って表面に薄いトナー層を形成する現像スリーブ10ｃが
感光体ドラム７と微小間隔を隔てて設けてある。この微
小間隔は、現像スリーブ10ｃの長手方向両端部に筒状の
キャップコロ（図示せず）を取り付け、このキャップコ
ロを感光体ドラム７に当接させ、コロの厚さ分だけ感光
体ドラム７と現像スリーブ10ｃとが隔たるようにしてい
る。

【００３２】尚、本実施例では厚さ300 μm のＰＯＭ製
のキャップコロを使用し、この現像スリーブ10ｃを加圧
１kgf で感光体ドラム７に押し当てることにより、前記
コロの厚み分の間隔が形成されるようにしていた。

【００３３】現像スリーブ10ｃは直径16mmのアルミニウ
ム製円筒状部材の表面をサンドブラスト処理等により粗
面化し、その上にフェノール樹脂を主成分とするバイン
ダにカーボンを分散させたコート材をコートした、コー
トスリーブを用いている。この現像スリーブ10ｃの表面
にトナー層が形成されるとき、トナーと現像スリーブ10
ｃとの摩擦によって感光体ドラム７上の静電潜像を現像
するのに充分な摩擦帯電電荷を得る。またトナーの層厚
を規制するために現像ブレード10ｄが設けてある。この
現像スリーブ10ｃに形成されたトナー層は、現像電源32
に接続された現像スリーブ10ｃに現像バイアスが印加さ
れ、感光体ドラム７に形成された潜像に対してジャンピ
ング方式により、反転現像される。

【００３４】またトナー枠体12ａの内部であって、現像
スリーブ10ｃの近傍にはアンテナ線10ｅが設けてあり、
後述するようにトナー残量を検出するようにしている。

【００３５】（クリーニング手段）クリーニング手段11
の構成は、図２に示すように、感光体ドラム７の表面に
接触し、該ドラム７に残留したトナーを掻き落とすため
のクリーニングブレード11ａと、前記掻き落としたトナ
ーを掬い取るために前記ブレード11ａの下方に位置し、
且つ感光体ドラム７の表面に弱く接触したスクイシート
11ｂと、前記掬い取った廃トナーを溜めるための廃トナ
ー溜め11ｃとで構成している。

【００３６】｛カートリッジ寿命検出手段｝本実施例に
おけるカートリッジの寿命判別は、画像形成によって変
化する２つの物理量によって行うものであり、物理量の
１つは感光体ドラム７の膜厚であり、１つはトナー量で
ある。即ち、本実施例では、図３に示すように、感光体
ドラム７の膜厚を検出し、前記膜厚が一定以下になった
ときにカートリッジ交換信号を出力する膜厚検出回路40
と、トナーｔの残量を検出し、トナー残量が一定以下に
なったときにカートリッジ交換信号を出力するトナー検
出回路50を有している。

【００３７】（感光体ドラムの膜厚検出回路）感光体ド
ラム７の膜厚検出は帯電ローラ８を流れる帯電電流によ
って行う。ここで、帯電ローラ８による感光体ドラム７
の表面への帯電は放電によって行われており、あるしき
い値以上の電圧を印加することにより開始される。本実
施例のようにＣＴ層の膜厚が25μm の場合、約640 Ｖが
しきい値となる（これをＶ_thとする）。

【００３８】印加電圧はＶ_th以上にすれば、印加電圧に
比例して感光体ドラム７の表面電位が増加する。従っ
て、直流帯電方式にあっては画像形成に必要とされる感
光体ドラム表面電位Ｖ_dを得るためには、帯電ローラ８
にＶ_th＋Ｖ_dの直流電圧を印加すればよいことになる。

【００３９】一方、本実施例のように所望のドラム表面
電位Ｖ_dに相当する直流電圧にＶ_th×２以上のピーク間
電圧をもつ交流成分を重畳した電圧を印加する、交流帯
電方式にあっては、交流による電位のならし効果によ
り、感光体ドラム７の電位はドラム表面電位Ｖ_dに収束
する。感光体ドラム７にドラム表面電位Ｖ_d分の帯電を
させる場合に必要な帯電電流Ｉは次のようにして求めら
れる。

【００４０】感光体ドラム７の膜厚をｄ、比誘電率をε
_s、真空中の誘電率をε₀、帯電ローラ８の有効帯電幅
をＬ、感光体ドラム７の回転スピードをＶ_pとすると、
感光体ドラム７の静電容量Ｃは以下の関係式で導かれ
る。

【００４１】帯電電荷量Ｑ＝∫Ｉ・dt＝Ｃ・Ｖ_d、帯電電流Ｉ＝ｄ／dt（Ｃ・Ｖ_d）ここで、 dＣ／dt＝ε_s・ ε₀・Ｌ・Ｖ_p／ｄ、Ｖ_d＝一定であるので、帯電電流Ｉ＝ε_s・ε₀・Ｌ・Ｖ_p・Ｖ_d／ｄ …………（１）この（１）式において、ε_s、ε₀、Ｌ、Ｖ_pは装置に
おいては定数であり、Ｖ_dは固定出来る。従って、帯電
電流Ｉは感光体ドラム７の膜厚ｄのみの関数となり、帯
電電流を測定することによって感光体ドラム７の膜厚ｄ
を検出することが可能となる。

【００４２】本実施例では、まず予め膜厚を測った感光
体ドラム７を用意し、Ｖ_d＝−700Ｖとし、1800Ｖ_pp定
電圧の交流を重畳し、感光体ドラム７の表面電位を除電
電位０ＶからＶ_dにするために必要な電流を求めた。

【００４３】ここで、本実施例ではε_s＝３、ε₀＝8.
85×10^-12(F/m) 、Ｌ＝230(mm) 、Ｖ_p＝95(mm/s)であ
る。

【００４４】従って、帯電電流Ｉ（μA ）＝406 ／ｄ
（μm ）となり、膜厚ｄに対して帯電電流は、図４に示
すグラフのように変化する。

【００４５】尚、前記帯電電流は、装置環境によって若
干変化し、図４に示すグラフの「Ｎ／Ｎ環境」は25℃−
60％RHの通常環境で測定した結果であり、「Ｈ／Ｈ環
境」は32.5℃−85％RHの高温高湿環境で測定した結果で
あり、「Ｌ／Ｌ環境」は15℃−10％RHの低温低湿環境で
測定した結果を示す。

【００４６】図４に示す結果から、感光体ドラム７の寿
命と考えられる膜厚ｄ＝15μm に対応する帯電電流Ｉ＝
27μA を越えた場合には、図３に示す、膜厚検出回路40
が感光体ドラム７の膜厚不足信号を出力するようにして
いる。

【００４７】即ち、図３に示す膜厚検出回路40は、10 k
Ωの抵抗Ｒ₁の両端に発生する電圧Ｖ_DCが27μA に相当
する、0.27Ｖを越えたとき、膜厚不足信号が出力される
ようにする。具体的には、基準電圧電源41の電圧Ｖ_ref
を0.27Ｖとし、コンパレータ42によって前記比較電圧Ｖ
_DCを基準電圧Ｖ_refと比較し、Ｖ_DC＞Ｖ_refとなったと
きに制御部60へ膜厚不足信号を出力する。尚、43は交流
成分カット用のＡＣフィルターである。実際に耐久試
験を行ったところ、約１万枚相当の画像形成をしたとき
に、感光体ドラム７は10μm 削れ、残り15μm となった
ときに膜厚検出回路40は膜厚不足信号を出力した。

【００４８】（トナー残量の検出回路）本実施例では前
述したように、現像スリーブ10ｃの近傍にアンテナ線10
ｅが設けてあり、アンテナ線10ｅと現像スリーブ10ｃ間
の静電容量を検出し得るようにしている。この静電容量
は、現像スリーブ10ｃとアンテナ線10ｅ間にトナーｔが
存在する場合には該トナーが比誘電体となるために大き
くなり、トナーが存在しなくなるに従って小さくなる。
従って、静電容量の変化を検出することにより、トナー
残量を検出することが出来る。

【００４９】図３に示す回路50は前記静電容量の変化を
検出し、トナー残量が一定以下になったことを検出する
ためのトナー残量検出回路である。この回路は、現像電
源32からの電流及び現像スリーブ10ｃとアンテナ線10ｅ
間で形成されるコンデンサからの誘起電流をそれぞれ整
流回路51，52で整流し、電流電圧変換回路53，54で電圧
変換して両電圧Ｖ_DC，Ｖ_sをコンパレータ55で比較する
ものである。

【００５０】アンテナ線10ｅには現像スリーブ10ｃとア
ンテナ線10ｅ間の静電容量に比例した電流が誘起され、
この電流を電圧変換することによってトナー残量を電圧
変化として検出出来る。従って、前記電圧変化を比較電
圧Ｖ_DCとし、現像電源32からコンデンサＣ_Sを介した基
準電圧Ｖ_Sと比較することによって、トナーが一定量以
下になったことを検出し得る。

【００５１】本実施例ではアンテナ線10ｅを現像スリー
ブ10ｃから４mm離れた位置に、現像スリーブ10ｃと平行
に配置し、現像電源32は直流−500 Ｖに1800Hz−1600Ｖ
_ppの交流成分を重畳した定電圧を現像スリーブ10ｃに供
給し、トナーｔの量に対する現像スリーブ10ｃ−アンテ
ナ線10ｅ間の静電容量の変化を測定した結果、図５のグ
ラフに示す結果を得た。

【００５２】ここでトナー量が減少して画像形成に白抜
けを起こすトナー量は約18ｇであった。そこでトナー量
20ｇに相当する静電容量10pFのとき、コンパレータ55か
らトナー残量不足信号を出力するように、コンデンサＣ
_Sの容量を10pFとした。

【００５３】実際、トナー枠体12ａにトナーｔを 420ｇ
充填し、５％印字率の画像で耐久試験をしたところ、約
８千枚の記録をしたときにトナー残量不足信号を出力
し、このときトナー残量は約20ｇであった。

【００５４】｛制御部｝ここで前記各部の駆動を制御す
る制御部の概略構成について図６のブロック図を参照し
て説明する。

【００５５】図６において、60は制御部であって、ＣＰ
Ｕ60ａ、ＲＯＭ60ｂ、ＲＡＭ60ｃからなる。

【００５６】ＣＰＵ60ａは中央演算処理装置であり、後
述のＲＯＭ60ｂやコンピュータ、ワードプロセッサ等の
ホスト65からプログラムや各種データを読み出し、必要
な演算や判断を行い、各種制御を行うものである。

【００５７】ＲＯＭ60ｂは読み出し専用メモリーであ
り、ＣＰＵ60ａが動作するための各種プログラムや文字
コード、ドットパターン記録等に必要な各種データを格
納している。

【００５８】ＲＡＭ60ｃはリードライトメモリーであ
り、前記ＣＰＵ60ａが命令中のデータや演算結果を一時
貯えておくワーキングエリア、ホスト等から入力された
各種データを格納しておくバッファエリア、文書等を保
存しておくテキストエリア等からなっている。

【００５９】前記制御部60は、例えば紙詰まりセンサ等
を備えたセンサ群61から信号を受け、またホスト65から
画像情報等を受ける。更に制御部60は前述した膜厚検出
回路40及びトナー残量検出回路50からの信号を受け、表
示部66にカートリッジＢの寿命を表示してカートリッジ
Ｂの交換を促す。そして制御部60は、それらの情報等に
基づいて、例えば光学系１、帯電手段８、現像手段10、
転写手段４及び定着手段５等の各プロセス工程及び記録
媒体搬送手段３を制御する。また更に、制御部60からド
ライバ62に与える駆動パルス数をカウントするカウンタ
63を介して駆動モータ64を制御し、感光体ドラム７や現
像スリーブ10ｃ、或いは駆動ローラ５ａや搬送ローラ等
を駆動させる。

【００６０】ここで前記制御部60により、プロセスカー
トリッジＢの寿命判断をする場合の制御手順について、
図７のフローチャートを参照して説明する。

【００６１】通常の画像形成処理において、図７に示す
膜厚とトナー残量の物理量モニタルーチンを定期的に呼
び出し、この物理量モニタルーチンが呼び出されると、
まずステップＳ１では感光体ドラム７の膜厚不足信号が
膜厚検出回路40から出力されているか判別し、出力され
ていないときはステップＳ２へ進む。ステップＳ２で
は、トナー残量検出回路50よりトナー残量不足信号が出
力されているか否かを判別し、出力されていない場合は
この物理量モニタルーチンを終了し、通常の画像形成処
理を行う。そして前記ステップＳ１及びステップＳ２で
検出信号が出力されている場合は、ステップＳ３へ進
み、カートリッジ交換信号を出力する。

【００６２】本実施例にあっては、前述したように感光
体ドラム７の膜厚が一定以下になったとき及びトナー残
量が一定以下になったときのいずれかの場合にプロセス
カートリッジの交換を促す信号を出力する。

【００６３】実際、前述した実施例の装置により、印字
率１％の画像形成をして耐久試験をしたところ、約１万
枚で感光体ドラム７の膜厚不足信号が出力され、制御部
60がカートリッジ交換信号を出力した。このとき、トナ
ー枠体12ａ内にはまだ300 ｇのトナーが残っていた。従
って、従来のようにトナー残量の検出のみでは感光体ド
ラム７の寿命を越えて使用してしまうことが判明した。

【００６４】尚、本実施例では物理量モニタルーチンを
定期的に呼び出す方式としたが、これにとらわれるもの
でなく、例えば割り込み等によって行うようにしてもよ
い。

【００６５】〔第二実施例〕次に第二実施例として、図
８及び図９を参照して画像形成によって変化する物理量
として、キャップコロの介在によって形成される感光体
ドラム７と現像スリーブ10ｃ間の間隔（以下「ＳＤギャ
ップ」という）を用い、感光体ドラム７の膜厚が不足し
た場合、トナー残量が不足した場合の他に、ＳＤギャッ
プが不足した場合もプロセスカートリッジＢの寿命と判
断する例を示す。尚、前述した第一実施例と同一機能を
有する部材は同一符号を付して説明を省略する。

【００６６】前述した第一実施例のプロセスカートリッ
ジＢを装着した画像形成装置Ａを用い、第一実施例と同
一の条件で画像形成を行う耐久試験を行った。このと
き、プロセススピードは95mm/sであるが、現像手段10に
おける現像性を高めるために現像スリーブ10ｃの回転ス
ピードをプロセススピードに対して50％アップさせて試
験した。

【００６７】このとき、非常に稀ではあるが、画像形成
中にＳＤギャップを形成するためのキャップコロが潰さ
れてきて所望のＳＤギャップをとれない事態が生じ、結
果として画像不良を発生することがあった。これはキ
ャップコロの製造バラツキによる強度不足、プロセス
カートリッジＢの製造バラツキによる現像スリーブ10ｃ
と感光体ドラム７の加圧量の加減、現像スリーブ10ｃ
の回転速度をアップさせていることによる摺擦の加減、
等が微妙に関係していることが判明した。更に前記ＳＤ
ギャップ不良は高温高湿環境で発生し易いことも判明し
た。

【００６８】第二実施例では前記事態に鑑み、ＳＤギャ
ップを検出してこのギャップが一定以下になったときに
プロセスカートリッジの交換を促す信号を出力するＳＤ
ギャップ検出回路70を更に設けたものである。

【００６９】このＳＤギャップは現像電源32から現像ス
リーブ10ｃへ供給される交流電流の変化によって検出す
ることが出来る。即ち、図９に示すように、現像電源32
の現像交流成分Ｖ_ppをパラメータとしたとき、ＳＤギャ
ップに応じて交流電流の値が変化する。

【００７０】従って、第二実施例では、図８に示すよう
に、現像電源32に抵抗Ｒ₂を接続し、この抵抗Ｒ₂に流
れる交流電流を整流回路71で整流すると共に、電流電圧
変換回路72で直流電圧に変換し、この電圧がコンパレー
タ73に入力するように構成している。また、基準電源74
はＳＤギャップが 200μm に相当するときの電流に対応
した電圧がコンパレータ73に入力するようにしている。
尚、本実施例では基準電圧として 2.2Ｖに設定してい
る。

【００７１】従って、ＳＤギャップが 200μm よりも小
さくなると、コンパレータ73からＳＤギャップ不足信号
が出力され、制御部60からカートリッジＢの交換を促す
信号が出力されるようにしている。

【００７２】尚、この実施例ではＳＤギャップが 300μ
m になるように設計しており、組立て公差及び耐久変動
を加えて悪くとも 250μm 〜 350μm の範囲に、好まし
くは270μm 〜 330μm の範囲に収まることが望まし
い。ただし、本実施例では誤検出を考慮して前記基準電
圧をＳＤギャップが 200μm になったときに相当する値
に設定してカートリッジＢの寿命を検出するようにして
いる。

【００７３】ここで前記制御部60により、プロセスカー
トリッジＢの寿命判断をする場合の制御手順について、
図10のフローチャートを参照して説明する。尚、この実
施例の場合は、図６に示すブロック図において、制御部
60にＳＤギャップ検出回路70からの信号が出力されるよ
うになっていることはいうまでもない。

【００７４】さて通常の画像形成処理において、図10に
示す膜厚とトナー残量及びＳＤギャップの物理量モニタ
ルーチンを定期的に呼び出し、この物理量モニタルーチ
ンが呼び出されると、第一実施例と同様にステップＳ１
及びステップＳ２で感光体ドラム７の膜厚検出及びトナ
ー残量検出を行い、それぞれの不足信号が出力されてい
ない場合はステップＳ３へ進む。ステップＳ３ではＳＤ
ギャップ検出回路70からＳＤギャップ不足信号が出力さ
れているか否かを判別し、出力されていない場合には、
この物理量モニタルーチンを終了し、通常の画像形成処
理を行う。そして前記ステップＳ１及びステップＳ２及
びステップＳ３で検出信号が出力されている場合は、ス
テップＳ４へ進み、カートリッジ交換信号を出力する。

【００７５】この第二実施例にあっては、前述したよう
に感光体ドラム７の膜厚が一定以下になったとき及びト
ナー残量が一定以下になったとき、更にはＳＤギャップ
が一定以下になったときのいずれかの場合にプロセスカ
ートリッジの交換を促す信号を出力する。

【００７６】この実施例の構成に基づき、高温高湿環境
で画像形成の耐久試験を行ったところ、約９千枚の画像
形成によってＳＤギャップ不足信号が出力されるものが
あった。このとき画像は未だ良好な状態であったが、キ
ャップコロを取り出して観察したところ、キャップコロ
は潰れぎみで、その肉厚は 240μm であった。

【００７７】このように、第二実施例にあっては、画像
形成によって変化する物理量として３つの値（感光体ド
ラムの膜厚、トナー残量、ＳＤギャップ）を検出し、そ
れぞれの値のうち、１つでも一定以下になったときにプ
ロセスカートリッジＢの交換を促す信号を出力するた
め、従来のトナー残量のみによってカートリッジ寿命を
判別する場合に比べ、プロセスカートリッジの寿命をよ
り的確に判別することが出来る。

【００７８】尚、本実施例の場合も物理量モニタルーチ
ンを定期的に呼び出す方式としたが、これにとらわれる
ものでなく、例えば割り込み等によって行うようにして
もよいことは当然である。

【００７９】〔他の実施例〕前述した第一実施例及び第
二実施例の検出回路はコンパレータ等を使用する回路に
限定する必要はない。例えば、感光体ドラムの膜厚を測
定するには、うず電流を用いるようにしてもよく、また
トナー残量を測定する場合も、ピエゾ素子や光素子等を
用いる構成にしてもよい。

【００８０】また前述した本発明に係るプロセスカート
リッジＢは前述のように単色の画像を形成する場合のみ
ならず、現像手段を複数設け、複数色の画像（例えば２
色画像、３色画像或いはフルカラー等）を形成するカー
トリッジにも好適に適用することが出来る。

【００８１】また現像方法としても、公知の２成分磁気
ブラシ現像法、カスケード現像法、タッチダウン現像
法、クラウド現像法等の種々の現像法を用いることが可
能である。

【００８２】尚、前記帯電手段としては前記ローラ型以
外にも、ブレード型（帯電ブレード）、パッド型、ブロ
ック型、ロッド型、ワイヤ型等のものでも良い。

【００８３】また感光体ドラムに残存するトナーのクリ
ーニング方法としても、ブレード、ファーブラシ、磁気
ブラシ等を用いてクリーニング手段を構成しても良い。

【００８４】また前述したプロセスカートリッジとは、
像担持体としての例えば電子写真感光体等と、少なくと
もプロセス手段の１つを備えたものである。従って、そ
のプロセスカートリッジの態様としては、前述した実施
例のもの以外にも、例えば像担持体と帯電手段とを一体
的にカートリッジ化し、装置本体に着脱可能にするも
の。像担持体と現像手段とを一体化的にカートリッジ化
し、装置本体に着脱可能にするもの。像担持体とクリー
ニング手段とを一体的にカートリッジ化し、装置本体に
着脱可能にするもの。更には像担持体と、前記プロセス
手段の２つ以上のものを組み合わせて一体的にカートリ
ッジ化し、装置本体に着脱可能にするもの等がある。

【００８５】即ち、前述したプロセスカートリッジと
は、帯電手段、現像手段又はクリーニング手段と電子写
真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリ
ッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするもので
ある。及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少
なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッ
ジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものであ
る。更に少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体
的にカートリッジ化して装置本体に着脱可能とするもの
をいう。

【００８６】更に前述した実施例では画像形成装置とし
てレーザービームプリンタを例示したが、本発明はこれ
に限定する必要はなく、例えば電子写真複写機、ファク
シミリ装置、或いはワードプロセッサ等の他の画像形成
装置に使用することも当然可能である。

【００８７】

【発明の効果】本発明は前述したように、画像形成によ
り変化する物理量のうち、少なくとも２つ以上を用いて
プロセスカートリッジの寿命を検出するようにしたため
に、例えばトナーの残量が一定以下になったとき以外に
も、例えば像担持体が一定以下に劣化したとき、或いは
現像剤担持体が一定以下に劣化したときにカートリッジ
が寿命に達したことを検出する。このため、カートリッ
ジの寿命を的確に判別することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の構成説
明図である。

【図２】プロセスカートリッジの構成説明図である。

【図３】カートリッジ寿命判別機構の説明図である。

【図４】感光体ドラムの膜厚と帯電電流の関係を示すグ
ラフである。

【図５】現像スリーブとアンテナ線間の静電容量とトナ
ー量の関係を示すグラフである。

【図６】制御ブロック図である。

【図７】カートリッジ寿命判断手順を示すフローチャー
トである。

【図８】ＳＤギャップの検出回路を設けた、第二実施例
の構成説明図である。

【図９】ＳＤギャップと交流電流との関係を示すグラフ
である。

【図１０】第二実施例に係るカートリッジ寿命判断手順
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

Ａ…画像形成装置、Ｂ…プロセスカートリッジ、１…光
学系、１ａ…光学ユニット、１ｂ…レーザーダイオー
ド、１ｃ…ポリゴンミラー、１ｄ…スキャナーモータ、
１ｅ…結像レンズ、１ｆ…反射ミラー、２…記録媒体、
３…搬送手段、３ａ…カセット、３ｂ…ピックアップロ
ーラ、３c1，３c2…レジストローラ、３ｄ…搬送ロー
ラ、３ｅ…ガイド板、３ｆ…排出ローラ、４…転写手
段、５…定着手段、５ａ…駆動ローラ、５ｂ…ヒータ、
５ｃ…定着ローラ、６…排出部、７…感光体ドラム、、
８…帯電ローラ、８ａ…ローラ軸、９…露光部、10…現
像手段、10ａ…トナー送り部材、10ｂ…磁石、10ｃ…現
像スリーブ、10ｄ…現像ブレード、10ｅ…アンテナ線、
11…クリーニング手段、11ａ…クリーニングブレード、
11ｂ…スクイシート、11ｃ…廃トナー溜め、12…ハウジ
ング、12ａ…トナー枠体、12ｂ…クリーニング枠体、13
…装置本体、14…開閉カバー、14ａ…ヒンジ、30…転写
電源、31…帯電電源、32…現像電源、40…膜厚検出回
路、41…基準電圧電源、42…コンパレータ、43…ＡＣフ
ィルター50…トナー検出回路、51，52…整流回路、53，
54…電流電圧変換回路、55…コンパレータ、60…制御
部、60ａ…ＣＰＵ、60ｂ…ＲＯＭ、60ｃ…ＲＡＭ、61…
センサ群、62…ドライバ、63…カウンタ、64…駆動モー
タ、65…ホスト、66…表示部、70…ＳＤギャップ検出回
路、71…整流回路、72…電流電圧変換回路、73…コンパ
レータ、74…基準電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野和朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大久保正晴東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者弓納持貴康東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者長谷川浩人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】着脱可能なプロセスカートリッジを装着
して記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、像担持体と、前記像担持体に作用する少なくとも１つの
プロセス手段を有するプロセスカートリッジを装着する
ための装着手段と、記録媒体を搬送するための搬送手段と、画像形成により変化する物理量のうち、少なくとも２つ
以上を用いて前記プロセスカートリッジの寿命を検出す
る検出手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記像担持体として電子写真感光体を用
い、前記画像形成により変化する物理量の１つが前記感
光体の膜厚であることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項３】前記像担持体に作用するプロセス手段の
１つは、前記像担持体に接触する帯電手段であることを
特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記画像形成により変化する物理量の１
つが現像剤量であることを特徴とする請求項１記載の画
像形成装置。
【請求項５】前記１つのプロセス手段が現像手段であ
り、前記画像形成により変化する物理量の１つが前記像
担持体と現像手段を構成する現像剤担持体との間隔であ
ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】前記プロセスカートリッジとは、前記プ
ロセス手段としての帯電手段、現像手段またはクリーニ
ング手段と前記像担持体としての電子写真感光体とを一
体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成
装置本体に対して着脱可能とするものである請求項１記
載の画像形成装置。
【請求項７】前記プロセスカートリッジとは、前記プ
ロセス手段としての帯電手段、現像手段、クリーニング
手段の少なくとも一つと、前記像担持体としての電子写
真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置
本体に対して着脱可能とするものである請求項１記載の
画像形成装置。
【請求項８】前記プロセスカートリッジとは、少なく
とも前記プロセス手段としての現像手段と、前記像担持
体としての電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化
して画像形成装置本体に対して着脱可能とするものであ
る請求項１記載の画像形成装置。
【請求項９】前記画像形成装置は、電子写真複写機で
あることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記画像形成装置は、レーザービーム
プリンタであることを特徴とする請求項１記載の画像形
成装置。
【請求項１１】前記画像形成装置は、ファクシミリ装
置であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装
置。