| 【発明の名称】 |
交換時期判定方法および画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田中 秀樹
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| 【要約】 |
【課題】構造を複雑にすることなく、ニュートナータンク，廃トナータンク、およびそれらを具備したカートリッジの交換時期を確実に検出する。
【解決手段】記録紙の面積と、書き込まれたドット数と、現像ローラにバイアスを印加している時間とに基づいて、トナー使用量，廃トナー回収量を算出し（Ｓ７）、この算出されたトナー使用量の累計を予め設定されている使用限界量と比較すると共に、同時に算出された廃トナー回収量の累計を予め設定されている回収限界量と比較し（Ｓ８）、比較の結果、前記使用量と回収量との少なくとも一方が前記限界量を超えた場合に（Ｓ９のＹＥＳ）、報知信号を出力する（Ｓ１０）。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも感光体に一定の電荷を与えるための帯電手段と、帯電後に感光体上に形成された潜像をトナー現像する現像ローラを有する現像手段と、トナー像が記録紙に転写された後の感光体に残留しているトナーを回収するクリーニング手段と、前記現像手段に供給するニュートナーを蓄積するニュートナータンクと、回収されたトナーを蓄積する廃トナータンクとを備えた電子写真方式の画像形成装置に用いられる交換時期判定方法であって、書き込まれた画像のドット数を計数すると共に、前記現像ローラに印加された現像バイアスの印加時間を計数し、前記ドット数と印加時間との計数値によりニュートナーの使用量および廃トナーの回収量を算出し、算出された使用量を予め設定されている使用限界量と比較し、かつ算出された回収量を予め設定されている回収限界量と比較し、使用量と回収量との少なくとも一方が限界量を超えた場合に報知信号を出力することを特徴とする交換時期判定方法。
【請求項２】 前記算出された使用量および回収量と、前記使用限界量および回収限界量との比較を、予め設定された記録紙処理枚数に達したとき毎に行うことを特徴とする請求項１記載の交換時期判定方法。
【請求項３】 前記算出された使用量および回収量と、前記使用限界量および回収限界量との比較を、予め設定された枚数の記録紙を処理した後の最初のジョブ終了後に行うことを特徴とする請求項１記載の交換時期判定方法。
【請求項４】 少なくとも感光体に一定の電荷を与えるための帯電手段と、帯電後に感光体上に形成された潜像をトナー現像する現像ローラを有する現像手段と、トナー像が記録紙に転写された後の感光体に残留しているトナーを回収するクリーニング手段と、前記現像手段に供給するニュートナーを蓄積するニュートナータンクと、回収されたトナーを蓄積する廃トナータンクとを備えた電子写真方式の画像形成装置において、書き込まれた画像のドット数を計数すると共に、前記現像ローラに印加された現像バイアスの印加時間を計数し、前記ドット数と印加時間との計数値によりニュートナーの使用量および廃トナーの回収量を算出し、算出された使用量を予め設定されている使用限界量と比較し、かつ算出された回収量を予め設定されている回収限界量と比較し、使用量と回収量との少なくとも一方が限界量を超えた場合に報知信号を出力する演算処理手段と、前記報知信号を受けて報知を行う報知手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】 前記演算処理手段が、前記比較手段の比較動作を予め設定された記録紙処理枚数に達したとき毎に行わせるように制御することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】 前記演算処理手段が、前記比較手段の比較動作を予め設定された枚数の記録紙を処理した後の最初のジョブ終了後に行わせるように制御することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ装置，複写機，レーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成部に適用され、特にニュートナータンク，廃トナータンクおよびそれらが設置されたプロセスカートリッジの交換時期を判定するためのトナータンク部交換時期判定方法および画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プロセスカートリッジにおいてニュートナータンクと廃トナータンクとが一体にユニット化されたものでは、両タンク部の交換時期（寿命）をそれぞれ検知していないと、ニュートナー不足によって良好な画像形成が行われなくなることは無論のこと、廃トナータンク内に廃トナーが過剰に回収されて、廃トナーが外部にこぼれて異常画像を形成する場合がある。
【０００３】前記の現象は黒部分の割合（黒字率）が低い画像出力が多い場合に発生する。極端にいえば、白画像ばかり出力した場合には、ニュートナータンクから消費されるトナーのほとんどが廃トナータンクに回収されることになる。
【０００４】このことを、例をあげて具体的に説明する。すなわち、電子写真方式においてトナー現像するとき、感光体表面を帯電手段によって約−６００ボルトに均一に帯電し、その後、画像が書き込む部分をレーザ光などによって露光して、その部分を約−１５０ボルト程度に電位を下げる。このとき、感光体に対してトナー現像するための現像ローラには−３５０ボルト〜−４５０ボルトの電圧が印加されている。トナー自体はマイナスの電荷を有しているため、感光体表面が−６００ボルトの部分では、トナーは現像ローラから感光体へ移動しないが、露光されて−１５０ボルトに電位が下げられた部分では感光体に移動する。このことが理論的なトナー現像の現象であるが、現実には感光体表面が−６００ボルトの部分においても、トナーは微量であるが付着する。
【０００５】このように意図しない部分である感光体表面における−６００ボルトの部分にトナーが付着することは、トナーが十分な電荷を有していない場合などに生じる。すなわち、トナーは撹拌手段などによって撹拌されることによって帯電するが、初期の状態では未だ帯電が十分でない場合があり、このような状態のトナーが前記意図しない部分に付着することがある。特に感光体表面に現像ローラを接触させてトナー現像する構造のものでは、前記電気的現象とは関係なく、意図しない部分に物理的な力により擦り付けられて、さらに感光体にトナーが付着しやすい。通常、前記意図しない部分に付着する微量のトナーを地肌部付着トナーといっている。
【０００６】前記地肌部付着トナーの付着量は、黒字率の高低にかかわらず略一定であるため、黒字率が低い場合には画像部分に使用されるトナーに比べて廃トナーの量が多くなり、よって、廃トナータンクに回収される廃トナーの量も多くなるのである。
【０００７】図５は黒字率と出力可能枚数、および交換時期の関係を例示する図であり、同図のように、黒字率が高い場合にはニュートナーの使用量によって交換時期が決定されるが、黒字率が低い場合には廃トナー量によって交換時期が決定される。
【０００８】このように、ニュートナータンクにトナーがなくなったこと、および廃トナータンクに廃トナーが満杯になったことによる交換時期は、単純に出力枚数（画像形成された用紙の枚数）のみを基準として判断することができない。
【０００９】特に廃トナータンクに廃トナーが満杯になったことによってこぼれ出すことに対処するため、従来では廃トナータンクの容量をニュートナータンクに初期に収納されているトナーの量と同等以上にするか、廃トナー量検知手段を設けていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術において、廃トナータンクの容量をニュートナータンクに初期に収納されているトナーの量と同等以上にすることは、装置全体の小型化が進んでいく状況下にあって採用し難く、また廃トナー量検知手段を設置することはコストアップにつながるという問題がある。
【００１１】また特開平７−１０４６１８号公報に記載された画像形成装置は、感光体の駆動時間を検出する手段と、廃トナー量が一定量を超えたことを検知する手段と、ニュートナーが一定量以下になったことを検知する手段とを設置して、感光体あるいはトナーカートリッジの交換時期を検出することを可能にしているが、前記各検知手段を構成するには特別な部品などが必要であり、コストが高くなるという問題がある。
【００１２】本発明の目的は、前記従来の問題を解決し、構造を複雑にすることなく、ニュートナータンク，廃トナータンクおよびそれらを具備したカートリッジの交換時期を確実に検出することをできるようにした交換時期判定方法および画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、電子写真方式の画像形成装置を構成するため、少なくとも感光体に一定の電荷を与えるための帯電手段と、帯電後に感光体上に形成された潜像をトナー現像する現像ローラを有する現像手段と、トナー像が記録紙に転写された後の感光体に残留しているトナーを回収するクリーニング手段と、前記現像手段に供給するニュートナーを蓄積するニュートナータンクと、回収されたトナーを蓄積する廃トナータンクとを備えた画像形成装置に用いられる交換時期判定方法であって、書き込まれた画像のドット数を計数すると共に、前記現像ローラに印加された現像バイアスの印加時間を計数し、前記ドット数と印加時間との計数値によりニュートナーの使用量および廃トナーの回収量を算出し、算出された使用量を予め設定されている使用限界量と比較し、かつ算出された回収量を予め設定されている回収限界量と比較し、使用量と回収量との少なくとも一方が限界量を超えた場合に報知信号を出力することを特徴とし、この方法によって、新たな部品を追加することなく、ソフトウエア的に正確にニュートナータンク，廃トナータンクあるいはそれらを具備したトナーカートリッジの交換時期を判定し、報知することが可能になる。
【００１４】請求項２に記載の本発明は、請求項１記載の交換時期判定方法において、算出された使用量および回収量と、使用限界量および回収限界量との比較を、予め設定された記録紙処理枚数に達したとき毎に行うことを特徴とし、この方法によって、一定の記録紙処理枚数毎に定期的に比較判断を行うことによって、確実かつ適正に交換時期を判定することができる。
【００１５】請求項３に記載の本発明は、請求項１記載の交換時期判定方法において、算出された使用量および回収量と、使用限界量および回収限界量との比較を、予め設定された枚数の記録紙を処理した後の最初のジョブ終了後に行うことを特徴とし、この方法によって、判断時期に達してもジョブ動作に干渉することなく、交換時期の判定を行うことができる。
【００１６】請求項４に記載の本発明は、少なくとも感光体に一定の電荷を与えるための帯電手段と、帯電後に感光体上に形成された潜像をトナー現像する現像ローラを有する現像手段と、トナー像が記録紙に転写された後の感光体に残留しているトナーを回収するクリーニング手段と、前記現像手段に供給するニュートナーを蓄積するニュートナータンクと、回収されたトナーを蓄積する廃トナータンクとを備えた電子写真方式の画像形成装置において、書き込まれた画像のドット数を計数すると共に、前記現像ローラに印加された現像バイアスの印加時間を計数し、前記ドット数と印加時間との計数値によりニュートナーの使用量および廃トナーの回収量を算出し、算出された使用量を予め設定されている使用限界量と比較し、かつ算出された回収量を予め設定されている回収限界量と比較し、使用量と回収量との少なくとも一方が限界量を超えた場合に、報知信号を出力する演算処理手段と、前記報知信号を受けて報知を行う報知手段とを備えたことを特徴とし、この構成によって、新たな部品を追加することなく、ソフトウエア的に正確にニュートナータンク，廃トナータンクあるいはそれらを具備したトナーカートリッジの交換時期を判定し、その判定を受けてユーザに対して交換を促す報知を行うことができる。
【００１７】請求項５に記載の本発明は、請求項４記載の画像形成装置において、演算処理手段が、比較手段の比較動作を予め設定された記録紙処理枚数に達したとき毎に行わせるように制御することを特徴とし、この構造によって、一定の記録紙処理枚数毎に定期的に比較判断を行うことによって、確実かつ適正に交換時期を判定することができる。
【００１８】請求項６に記載の本発明は、請求項４記載の画像形成装置において、演算処理手段が、比較手段の比較動作を予め設定された枚数の記録紙を処理した後の最初のジョブ終了後に行わせるように制御することを特徴とし、この構造によって、判断時期に達してもジョブ動作に干渉することなく、交換時期の判定を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】図２は本発明の実施形態を説明するためのファクシミリ装置と複写機との複合機の概略構成図であり、１は装置本体２の上部に設置された画像読取装置部、３は装置本体２の下部に設置された画像形成装置部である。
【００２１】画像読取装置部１において、５は原稿セット部、６は原稿セット部５に積載された原稿を１枚ずつ給紙するための分離給紙部、７，８は原稿搬送ローラ、９は、原稿搬送ローラ７，８間に設けられ、原稿搬送ローラ７，８によって搬送される原稿の画像を光学的に読み取る読取センサ、１０は原稿を読取センサ９上の読取位置に押圧するローラ、１１は読取後に排出される原稿を受ける原稿受けトレイであって、読取センサ９によって読み取られた原稿情報はデータ処理されてファクシミリ電送される。
【００２２】画像形成装置部３において、１２は、装置本体２に対して着脱可能に設置され、後述する画像形成手段の一部がユニットとして組み込まれたプロセスカートリッジ（プロセスカートリッジ）、１３，１４はサイズの異なる記録紙Ｐがそれぞれ収納されている給紙カセット、１５，１６は各給紙カセット１３，１４に設けられて記録紙Ｐを搬送路１７へ送る給紙コロ、１８，１９は、搬送路１７に設置されて、給紙コロ１５，１６から送られてくる記録紙Ｐをプロセスカートリッジ１２方向へ送る搬送ローラ、２０はプロセスカートリッジ１２より記録紙搬送方向下流側に設けられた定着ユニット、２１は定着処理後の記録紙を記録紙受けトレイ２２へ排出する排出ローラである。
【００２３】さらに図２において、２３はプロセスカートリッジ１２に設けられている感光体２４を送信されてくる画像データに基づいて露光する光学系ユニット、２５は画像読取装置部１および画像形成装置部３の各部を駆動制御する電気的制御系の電気回路などが搭載されている制御ボード部、２６は、画像読取装置部１の上部に設置され、各種動作モードを設定するための入力部、および設定値，設定モードなどが表示される表示部などからなるオペレーションボード部である。
【００２４】図３は前記プロセスカートリッジの構成を示す断面図であり、３０は感光体２４の表面にマイナス電荷を与える帯電ローラ、３１は、バイアス電圧が印加され、トナー現像を行う現像ローラ、３２は現像ローラ３１に供給するニュートナーが収納されているニュートナータンク、３３はニュートナータンク３２内に設けられてニュートナーを撹拌するアジテータ、３４は現像ローラ３１表面のニュートナー層を均一に規制する現像ローラ用ブレード、３５は装置本体２に設置された転写ローラ、３６は転写後の感光体２４表面に残留したトナーを除去して回収するクリーニングブレード、３７はクリーニングブレード３６により回収されたトナーを収納する廃トナータンクである。
【００２５】前記構成のプロセスカートリッジ１２における画像形成動作は公知のものであって、帯電ローラ３０によってマイナス帯電された感光体２４に対して光学系ユニット２３から光ビームＬが出射され、感光体２４表面に潜像が形成される。現像ローラ３１は、所定のバイアス電圧が印加された状態で潜像に対してトナーを付着させ、トナー現像して可視像とする。感光体２４表面のトナー像は、転写ローラ３５によって感光体２４と転写ローラ３５のニップにおいて記録紙に転写される。ここで、転写後の感光体２４に残留したトナーは、クリーニングブレード３６により除去されて廃トナータンク３７に収納される。
【００２６】次に本実施形態におけるニュートナータンク３２，廃トナータンク３７、あるいは両タンク３２，３７が一体に設置されているプロセスカートリッジ１２に対する交換時期の判定について説明する。
【００２７】本実施形態においては、ニュートナーの使用量（トナー使用量）と廃トナー量とを次のように演算にて求める。すなわち、ｍ1：画像部付着トナー（ｍｇ／ｃｍ2）
ｍ2：地肌部付着トナー（ｍｇ／ｃｍ2）
Ｓ：記録紙面積（ｃｍ2）
ＤW：書き込まれたドット数Ｄall：記録紙１枚の全ドット数Ｋ：補正係数Ｔbias：現像ローラにバイアスを印加している時間（ｓｅｃ）
Ｖdrum：感光体の線速（ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｈ：有効現像幅（ｃｍ）
η：転写率とすると、記録紙１枚のトナー使用量は（数１）のように表すことができる。
【００２８】
【数１】ｍ1×Ｓ×（ＤW÷Ｄall）×Ｋ＋（Ｔbias×Ｖdrum×Ｈ−Ｓ×（ＤW÷Ｄall）×Ｋ）×ｍ2よって、トナー使用量の累計は（数２）として表すことができる。
【００２９】
【数２】Σ[ｍ1×Ｓ×（ＤW÷Ｄall）×Ｋ＋（Ｔbias×Ｖdrum×Ｈ−Ｓ×（ＤW÷Ｄall）×Ｋ）×ｍ2]また記録紙１枚における廃トナー量は（数３）のように表すことができる。
【００３０】
【数３】ｍ1×Ｓ×（ＤW÷Ｄall×Ｋ）×（１−η）＋（Ｔbias×Ｖdrum×Ｈ−Ｓ）×ｍ2＋Ｓ×（１−ＤW÷Ｄall×Ｋ）×（１−η）×ｍ2よって、廃トナー量の累計は（数４）として表すことができる。
【００３１】
【数４】Σ[ｍ1×Ｓ×（ＤW÷Ｄall×Ｋ）×（１−η）＋（Ｔbias×Ｖdrum×Ｈ−Ｓ）×ｍ2＋Ｓ×（１−ＤW÷Ｄall×Ｋ）×（１−η）×ｍ2]ここで、（数２），（数４）において、変数となるのは記録紙の面積Ｓと、書き込まれたドット数ＤWと、現像ローラ３５にバイアスを印加している時間Ｔbiasである。したがって、記録紙のサイズと、書き込まれたドット数と、バイアス印加時間が解れば、その画像形成時におけるトナー使用量および廃トナー量を算出することができる。
【００３２】図１は本実施形態における前記各トナー量を算出する演算処理部部分の構成を示すブロック図であり、４０は制御ボード部２５に搭載された中央演算処理ユニット（ＣＰＵ：central processing unit）であり、タイマ４１から現像ローラ３５にバイアスを印加している時間Ｔbiasを時間情報として受ける時間情報取得機能４２と、入力データから記録紙サイズを決定する記録紙サイズ決定機能４３と、各種設定データが記憶されているメモリのＲＯＭ４４のデータテーブルから記録紙の面積データを読み込む機能４５と、制御ボード部２５に搭載されたページメモリに展開した画像データから白データ数と黒データ数を計数して、ドット数を計数するドット数計数機能４６と、前記各機能からの情報を受けて、（数１）〜（数４）の式に基づく計算を行う計算機能４７と、計算機能４７からの計算結果によるトナー使用量と廃トナー量との累積情報と、ＲＯＭ４４に記憶されている予め設定されているトナー使用限界量情報と廃トナー回収限界量情報とをそれぞれ比較して、トナー使用量と廃トナー回収量との少なくとも一方が限界量を超えた場合に、オペレーションボード部２６に設けられた報知手段４８に報知信号を出力する累積結果比較機能４９、および各種構成部材をコントロールする機能を備えている。なお、図１において、ＬＤＤＲ（レーザダイオード・ドライバ）５０は、光ビームＬを出射する光学系ユニット２３の駆動部である。
【００３３】図４は本実施形態のＣＰＵ４０における各トナー量の算出などに係るフローチャートであり、このフローチャートを参照して交換時期の判断について説明する。
【００３４】すなわち、画像形成が行われるとき、現像ローラ３５に現像バイアス電圧がオン（印加）されると（Ｓ１）、タイマ４１の計数がスタートし（Ｓ２）、タイマ４１によりバイアス・オフになるまで印加時間が計数される（Ｓ３）。この計数結果を受けて現像バイアス印加時間が測定されることになる（Ｓ４）。そして出力された記録紙のサイズに基づきＲＯＭ４４のデータテーブルから記録紙の面積データを読み込み（Ｓ５）、さらにページメモリに展開された画像データの白データ数，黒データ数を計数して、出力された記録紙に書き込まれた全ドット数を計数する（Ｓ６）。
【００３５】ステップ（Ｓ４），（Ｓ５），（Ｓ６）で得られた記録紙の面積Ｓと、書き込まれたドット数ＤWと、現像ローラ３５にバイアスを印加している時間Ｔbiasとに基づいて、前記（数１）〜（数４）の式に基づいて演算を行い（Ｓ７）、この演算によって算出されたトナー使用量の累計情報を予め設定されている使用限界量情報と比較すると共に、同時に算出された廃トナー回収量の累計情報を予め設定されている回収限界量情報と比較し（Ｓ８）、比較の結果、前記使用量と回収量との累計の少なくとも一方が前記限界量を超えた場合に（Ｓ９のＹＥＳ）、報知信号を出力する（Ｓ１０）。
【００３６】報知信号は、報知手段４８である報知用ランプあるいは報知用ブザーの駆動部に送られ、報知用ランプあるいは報知用ブザーを動作させる（Ｓ１１）。この報知を受けたユーザは、ニュートナータンク３２，廃トナータンク３７あるいは両タンク３２，３７が一体に設置されているプロセスカートリッジ１２が交換時期に達したことを知ることができる。
【００３７】このように本実施形態では、新たな部品を追加することなく、ソフトウエア的にニュートナータンク，廃トナータンクあるいはそれらを具備したトナーカートリッジの交換時期を判定し、報知することが可能になる。
【００３８】なお、本実施形態における交換時期判定において、算出された使用量情報および回収量情報と、使用限界量情報および回収限界量情報との比較を、予め設定された記録紙処理枚数に達したとき毎に行うようにすることにより、一定の記録紙処理枚数毎に定期的に比較判断が行われるため、ユーザの設定を必要とすることなく、交換時期が自動的に判定されることになる。
【００３９】また、本実施形態における交換時期判定において、算出された使用量情報および回収量情報と、使用限界量情報および回収限界量情報との比較を、予め設定された枚数の記録紙を処理した後の最初のジョブ終了後に行うようにすることにより、判断時期に達してもジョブ動作に干渉することなく、交換時期の判定を行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る交換時期判定方法および画像形成装置によれば、特別な部品を追加せずに構造を複雑にすることなく、ソフトウエア的に正確にニュートナーの使用量および廃トナー量を算出することが可能であって、実際に則したニュートナータンク，廃トナータンクあるいはそれらを具備したトナーカートリッジにおける交換時期の判定，報知が実現する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１６日（２０００．３．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１２１２８
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 光威
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５１７８（Ｐ２００１−２６５１７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７４３３７（Ｐ２０００−７４３３７） |
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