JP2006243492A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 低印字率のプリントが続いた場合に、トナーよりもドラムが先に寿命に達し、トナーが余ることを防止する。
【解決手段】 トナー使用の履歴（トナー残量、印字率等）とドラム使用量の情報に基づき、画像形成のバイアスを制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザービームプリンタ、複写機やファクシミリ、又はこれらを組み合わせたマルチファンクションプリンタ等の電子写真方式による電子写真画像形成装置に関する。

ホストコンピュータから送られる画像信号に基づいて画像を形成する画像形成装置には、電子写真方式、インクジェット方式、感熱方式等様々な方式の装置がある。これらの中で電子写真方式の画像形成装置は、高速、高画質、静粛性等の利点から近年大いに普及している。

＜画像形成プロセスについて＞
図８は、従来の電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の一例を示す構成概略図である。

この画像形成装置１１１は、プロセスカートリッジ１１０を着脱自在として備えている。感光ドラム１０１を矢印方向（時計方向）に回転駆動し、その表面を帯電バイアスが印加された帯電ローラ１０２で均一に帯電した後、レーザー露光装置１０３によって入力画像信号に応じた画像露光Ｌを行い、静電潜像を形成する。この静電潜像は、トナー１０４ａを表面に薄層担持した現像装置１０５の現像スリーブ１０６によりトナー像１０４ｂとして現像される。感光ドラム１０１上に形成されたトナー像１０４ｂは、感光ドラム１０１と転写ローラ１０７間の転写ニップ部Ｎに搬送される用紙などの転写材Ｐに、転写バイアスが印加された転写ローラ１０７によって転写される。

即ち、転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１０１に接する転写ローラ１０７には、トナーと逆極性の転写バイアスが印加され、転写材Ｐのトナー像が形成されていない背面側からトナーと逆極性の電荷が付与されることにより、感光ドラム１０１上のトナー像１０４ｂが転写材Ｐ表面に転写される。

転写材Ｐは転写されたトナー像１０４ｃを保持し定着装置１０８に搬送され、この定着装置１０８でトナー像を転写材Ｐ表面に熱定着した後、外部に排出される。また、上記転写後に感光ドラム１０１上に残留している転写残トナー１０４ｄは、クリーニングブレード１０９で除去されて回収される。これら一連の画像形成プロセスの内、感光ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像装置１０５、現像スリーブ１０６、クリーニングブレード１０９を一体的に包含してプロセスカートリッジ１１０としている。

このようなレーザー露光方式による画像形成装置１１１は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の外部情報処理機器（不図示）から送られた画像データをビットマップデータに展開し、ビットマップデータに基づいてレーザーＯＮ／ＯＦＦ信号を生成して、レーザー駆動回路（不図示）へと入力する。これによって半導体レーザーダイオードを駆動して発光させることで画像露光Ｌを行い、入力した画像データに対応したレーザー露光によって静電潜像を形成し画像形成を行っている。

＜プロセスカートリッジについて＞
電子写真方式の画像形成装置の各構成部品は、画像形成を行う度に磨耗若しくは消耗していく為、一定量の画像形成を行った後にメンテナンスを行う必要がある。特に感光ドラムは画像形成を行う毎に、表面がクリーニングブレードと摺擦し磨耗する。又、トナーも画像形成によって消費されていく為、他の部品に比べ消耗の度合いも大きく、交換の頻度は高くなる。

そこで、これら消耗品の交換を出来るだけ容易に行う為に、感光ドラムユニットとトナーカートリッジを独立に交換可能に構成した方式や、前述のように感光ドラム、帯電ローラ、現像装置、現像スリーブ、クリーニングブレード等をコンパクトに一体化したプロセスカートリッジ方式を採る場合が多い。前者は主に複写機等で用いられており、感光ドラムが寿命に達した場合は感光ドラムユニットのみ、トナーが無くなった場合はトナーカートリッジのみ交換する。各々の寿命は各寿命検知手段によって画像形成装置の表示パネル等によって警告を発するなどしてユーザーに知らしめる。この方法によれば感光ドラム、トナーを各々独立に交換することが出来、経済的である。しかし、トナーカートリッジを交換する際にはユーザーがトナーに触れないように慎重に作業する必要がある。

一方、後者のプロセスカートリッジ方式では、トナーが無くなった場合にプロセスカートリッジごと交換する為、扱いが容易であるという長所を有する。又、装置のメンテナンスをサービスマンによらずユーザー自身で行うことが出来る為操作性を格段に向上することが可能となる。近年、レーザービームプリンタをはじめとする小型の画像形成装置を中心に広く普及している。

このようなプロセスカートリッジではトナーの枯渇、感光ドラムの磨耗による画像不良発生を防ぐ為、何らかの手段によってトナー残量、感光ドラム寿命に関する情報を検知し、その結果を画像形成装置、若しくは接続しているホストコンピュータ等に報知し、ユーザーに知らしめることが多い。

トナー残量の検知手段としては各種の方式があり、例えばトナーが接しているか否かでトナーの有無を検知する圧電センサー方式、トナーの有無による静電容量の変化を検知するアンテナ感知方式、トナーを収容するトナー容器内部を透過する光量を検知する光学方式、ドットを形成する個々の画像信号をカウントし、そのカウント数に所定の係数を乗じてトナーの消費量を求める画素信号積算方式等がある。

感光ドラム寿命の検知手段としては、例えば感光ドラムの膜厚を検知する方式、プリント枚数に応じて感光ドラムの膜厚を算出する方式、感光ドラムの駆動時間、帯電時間の積算により寿命を検知する方式等がある。

ところで、トナーを含んだ現像手段、感光ドラム、若しくはその他のプロセス手段を一体化したプロセスカートリッジでは、その寿命は必ずしもトナー残量によって決定されるとは限らない。例えば、印字率の低い画像のプリントが続いた場合、トナーの消費よりも先に感光ドラムが磨耗し寿命を迎える可能性がある。現像剤プリント一枚当りの消費量は印字率によってほぼ一定に決まるので、予め一枚あたりの感光ドラムの削れ量とトナーの消費量を見込んで、プロセスカートリッジの寿命にあった感光ドラム膜厚、充填されるトナー量を決定しておけば良い。双方の寿命が等しければ資源的、経済的に無駄が無いのは云うまでも無い。

そこで、これらの検知手段の内それぞれの寿命の長短を比較し、最も残り寿命が少ないものをプロセスカートリッジの寿命とする方法が開示されている（特許文献１）。又、各種の消耗品の消耗度を推定し、消耗品の寿命を自動的に判断する方法が開示されている（特許文献２）。又、感光ドラムを寿命まで使い切るように現像剤補給を行う方法も開示されている（特許文献３）。
特開平１０−２７４９０８（第６頁、第１図） 特開平９−１７９４５８（第１２〜１４頁、第１〜６図） 特開平９−１９００６８（第７〜８頁、第１〜６図）

感光ドラムと現像剤が独立していないプロセスカートリッジ方式では、トナーの寿命よりも感光ドラムの寿命に余裕を持たせておく場合が多い。これは、ユーザーの使用用途によってプリントされる印字率は異なっている為、現像剤を無駄に余らせることが無いように配慮したものである。しかしながら、低印字率の画像をプリントしつづけた場合には、トナーの消費量は低く抑えられ、トナーが十分に余っていても感光ドラムの損耗は変わらない為、感光ドラムが寿命に達し、画像不良を引き起こしたり、プロセスカートリッジの交換を余儀無くされる、という状況が起こる可能性があった。

又、低消費のプリントが続いた場合、現像装置の現像スリーブによりトナーが現像部に搬送されても感光ドラムへ飛翔しないトナーが増え、そのトナーが現像装置内を循環し、熱や機械的ストレスを受けて次第にトナーが劣化し、現像性が低下してしまうことがあった。

本発明は係る問題点に鑑みて為されたものであり、低印字率の画像をプリントすることが多くても、プロセス条件を制御することによりプロセスカートリッジが寿命に達した時点での現像剤残量を極力抑え、より経済的な画像形成装置、プロセスカートリッジを提供することにある。

上記目的は、入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置において、少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含したプロセスカートリッジを画像形成装置本体に着脱自在として備え、前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御することで達成できる。

又、少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含し、入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御することで達成できる。

以上説明したように本発明によれば、入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置において、少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含したプロセスカートリッジを画像形成装置本体に着脱自在として備え、前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御すること、によりトナーを極力無駄に余らすこと無く、経済的に画像形成装置を使用することが可能となる。

又、少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含し、入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御すること、によりトナーを極力無駄に余らすこと無く、経済的にプロセスカートリッジを使用することが可能となる。

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明に於ける第１の実施例について説明する。

＜画像形成装置及び画像形成プロセス説明＞
図２は本実施例の画像形成装置の概略機構を示す模式断面図である。電子写真技術を利用した画像形成装置１３は、像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には感光ドラム１の回転方向に沿って順に、帯電ローラ２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニングブレード５が配設されており、帯電ローラ２と現像装置３間の上方には露光装置６が配設されている。感光ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップＮの転写材搬送方向の下流側には、定着装置７が配設されている。そしてこれらの内、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、クリーニングブレード５が一体的に包含され、画像形成装置１３本体に着脱自在なプロセスカートリッジ１４を形成している。

感光ドラム１は、本実施の形態では直径３０ｍｍの負帯電の有機感光ドラムで、アルミニウム製のドラム基体上にＯＰＣ感光層を有しており、画像形成装置１３側に設けられた駆動手段（不図示）により所定の周速１５０ｍｍ／ｓｅｃ．（プロセススピード）で矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。

帯電手段としての帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で当接して従動回転し、帯電バイアス電源８から印加される帯電バイアスによって感光ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する。帯電ローラ２は直径６ｍｍの芯金周面に厚さ３ｍｍのウレタンゴム、ＥＰＤＭ等に導電性のカーボンを分散させた弾性層を有し、その表面に接着部材を介さずに１００〜５００μｍのエピクロルヒドリンゴム等の高抵抗の表層を被覆して構成されており、外形１２ｍｍ、長手方向の長さ２５０ｍｍのローラ形状とした。帯電バイアスとしては帯電ローラ２が十分に放電するＡＣ電圧Ｖｐｐに、ドラム上暗部電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧Ｖｐｒｄｃを重畳印加する。本実施例ではＶｐｒｄｃ＝−６５０Ｖとした。ＡＣ電圧波形としては周波数１３００Ｈｚの正弦波を用いている。帯電バイアスの交流ＡＣ成分は、感光ドラム１、帯電ローラ２間に常に一定の電流が流れるような定電流制御を行っている。本実施例においては定電流値を１２００μＡとし、この時常温常湿環境下において均一で良好な帯電が得られた。

露光装置６は、パーソナルコンピュータ（不図示）等から入力される画像情報をビデオコントローラ２７によって時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザー光（露光ビーム）をレーザー出力部（不図示）から出力し、帯電された感光ドラム１表面を走査露光Ｌすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。本実施例ではレーザー光量を２．５ｍＪ／ｍ^２とし、レーザー露光部の感光ドラム上の明部電位ＶｌをＶｌ＝−２００Ｖとした。又、画像解像度は６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）とした。

現像装置３は、開口部に感光ドラム１表面と対向し配接され、所定の間隔を保持して回転自在な現像スリーブ９、現像剤としてのトナー１０、トナーを攪拌する回転自在な攪拌部材１１、現像スリーブ９上のトナーを摩擦帯電する為の現像ブレード１２を備えている。攪拌部材１１によって現像スリーブ９へと搬送され、トナー１０は現像スリーブ９に取り込まれ、その際にトナー１０は現像ブレード１２によって層厚を規制され、同時に摩擦によって帯電され現像領域に送られる。現像領域において感光ドラム１上の静電潜像にトナー１０を付着させてトナー像として顕像化する。現像スリーブ９中には、磁極Ｎ・Ｓが交互に複数個形成されたマグネットローラ（不図示）が現像スリーブ９に対して不動に配設されている。マグネットローラは回転動作を行わず、常に一定の位置に保持され、同じ磁極の方向に保たれる。現像ブレード１２はトナー１０に現像に必要な電荷を与え、現像スリーブ９上のトナーの層厚規制をする。トナー１０には１成分磁性現像剤を用い、反転現像を行う。尚、トナーは１成分磁性現像剤を用いたが、これに限られたものではない。現像スリーブ９からは不図示の電源から直流ＤＣと交流ＡＣを重畳印加した現像バイアスにより、現像領域内に送られたトナーは感光ドラム１上に飛翔する。現像バイアスはＤＣ電圧をＶｄｃ＝−５００Ｖとして、現像コントラストは│Ｖｄｃ−Ｖｌ│＝３００Ｖとした。ＡＣ電圧のＶｐｐはＶｐｐ＝１５００Ｖで、周波数２５００Ｈｚの矩形波を用いた。

ここで、現像に必要の十分な電荷を持たないトナーは現像スリーブ９に留まったままか、あるいは感光ドラム１上に飛翔してもマグネットローラの磁力及び現像バイアスの交流引き戻し成分によって現像スリーブ９上に引き戻される。一方、十分な電荷を持ったトナー１０は静電潜像を可視トナー像化する。

転写手段としての転写ローラ４は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成し、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光ドラム１と転写ローラ４間の転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のトナー像を用紙などの転写材Ｐに転写する。

定着装置７は、内部にハロゲンヒータ（不図示）を備えた加熱ローラと加圧ローラを有しており、定着ローラと加圧ローラ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱、溶融、加圧して熱定着させ、永久画像とする。定着が終了した転写材Ｐ上の永久画像は、画像形成装置１３外へと排出される。

クリーニング手段としてのクリーニングブレード５は、本実施例では、ウレタンゴム製の注型タイプのものを用いており、感光ドラム１に対する当接圧は４０〜５０ｇｆ／ｃｍで、感光ドラム１の回転方向と逆の方向から圧接している。感光ドラム１上に転写されずに残留したトナーはクリーニングブレード５によってクリーニングされ、感光ドラム１は再度画像形成に供される。

＜現像剤残量検知及び感光ドラム寿命検知＞
次に、図３及び図４を用いて本実施例に使用されるトナー残量検知機構の一例を説明する。

プロセスカートリッジ１４には、現像装置３内に現像剤残量検知の為のプレートアンテナ板金（以下ＰＡと略記する）１５と、ＰＡ板金１６の２枚の平行板金がプロセスカートリッジ内の長手方向に伸び、互いが対向するように固定配設されている。

現像バイアスには電源１７から直流と交流成分を重畳した現像バイアスが印加され、トナーを感光ドラム１へと飛翔させる。ＰＡ１６には現像バイアスと同一の電源１７から残量検出バイアスを印加する。その際にＰＡ１５に誘起される電流値を測定し、現像剤残量検知回路１８によってＰＡ１５，１６間、又はＰＡ１５、現像スリーブ９間の静電容量を測定する事が出来る。

トナー残量は、トナー残量が多い場合には現像装置３内に十分にトナーが充填されている状態であるので、ＰＡ１５，１６間の静電容量を測定する事により検知し、トナー残量が少ない場合には現像装置３内にはトナーが少なく、現像スリーブ９近傍にある程度なので、ＰＡ１５、現像スリーブ９間の静電容量を測定する事により検知する事が出来る。ＰＡの位置や枚数を変えるこことで、より細かく精度の良い残量検知も可能である。

ＰＡ１６は画像形成装置１３の現像剤残量検知機構における、検出電圧が入力される入力電極部材であり、ＰＡ１５はＰＡ１６、又は現像スリーブ９との間に存在する現像剤量（トナー残量）に応じた静電容量を画像形成装置１３に出力する出力電極部材として機能するのである。

２枚の電極部材である板金間の静電容量Ｃは、板金の面積Ｓ、距離ｄ、２枚の板金間の比誘電率Ｋεと以下の式（１）の関係にある。

Ｃ＝Ｋε×Ｓ／ｄ ・・・（１）
比誘電率Ｋεは板金間のトナーの量に応じて変化する値である。板金間でのトナーの割合が多いとＫεは大きくなり、少ないとＫεは小さくなる事からトナー残量と静電容量が関係付けられ、比誘電率Ｋεよりトナー残量を換算する。

本実施例で用いた構成としては、ＰＡ１５及びＰＡ１６に面積Ｓ＝１５ｃｍ^２の非磁性のＳＵＳ板を用いた。現像スリーブ５とＰＡ１５の距離が２ｍｍ、ＰＡ１５とＰＡ１６の距離は５０ｍｍである。これによって逐次トナーの残量を検知し、ユーザーにその旨を警告することが出来るのである。

現像剤残量検知回路は図４に示すように、ＰＡ１５からの電流量を検出する電流量検出部２０と、検出された電流量に対して所定の演算処理を行う事によって上記の（１）式より静電容量をトナー残量に換算する演算制御部２３と、トナー残量検出の結果を記憶する記憶手段２４と、トナー残量を例えば百分率表示に換算して画像形成装置本体に表示する表示手段２５と、から構成されている。このＰＡ方式ではトナー残量が少量となった時点からの検知が可能となるトナーニアエンド方式である。

次に、図３及び図４を用いて本実施例に使用される感光ドラム寿命検知機構の一例を説明する。

感光ドラム１表面は帯電ローラ２からＡＣ＋ＤＣ帯電、特にＡＣの成分を受けることによって表面が劣化し、クリーニングブレード５による磨耗が促進される。従って感光ドラム１の磨耗は、感光ドラム駆動時間積算値ｔ１、帯電ＡＣバイアス印加時間積算値ｔ２によって決まる。各々の駆動によって感光ドラムの削れる量は異なるので、それぞれを重み付けした係数Ａ，Ｂ、感光ドラムの膜厚、帯電ローラの特性等による固有の定数αを合わせる事で感光ドラム１の使用量を算出できる。即ち下記の演算式から演算する。

Ｔ＝Ａ×ｔ１＋Ｂ×ｔ２＋α ・・・（２）
本実施例において、感光ドラムの削れ量について、駆動時間と帯電ＡＣバイアス印加時間の寄与から、Ａ＝１、Ｂ＝４とした。

それぞれの時間は、１枚あたり間欠プリント時ｔ１＝１０ｓｅｃ．、ｔ２＝５ｓｅｃ．、連続プリント時ｔ１＝ｔ２＝２．５ｓｅｃ．であった。感光ドラムが寿命に達するのに最も短いのは全て１枚間欠プリントの場合で、最も長いのは全て連続プリントの場合となる。

これらの値と、感光ドラムの膜厚、各プリントでの駆動時間、帯電バイアスの印加時間から、感光ドラムが寿命に達するＴの値は算出できる。この値をＴ０とし、逐次算出したＴの値と比較することで間欠プリント何枚分の使用量、又残りの使用可能枚数も算出出来るのである。Ｔ／Ｔ０によって感光ドラム使用率を百分率として算出することも可能である。

感光ドラム寿命検知回路は図４に示すように、感光ドラム１から駆動時間を検知する感光ドラム駆動時間検出部２１と、帯電ローラ２に印加された帯電ＡＣバイアス印加時間を検知する帯電ＡＣバイアス検知部２２と、所定の演算処理を行う事によって上記の（２）式より感光ドラム使用量を感光ドラム使用率に換算する演算制御部２３と、感光ドラム使用率を記憶するする記憶手段２４と、感光ドラム使用率を画像形成装置本体に表示する表示手段２５と、から構成されている。

＜プロセス条件制御＞
本実施例では感光ドラムが先に寿命を迎えるような場合にプロセス制御を行う。即ち感光ドラムの使用量が、プロセスカートリッジ寿命、即ち通常モードのＡ４用紙４％印字率のプリントでのトナー寿命の８０％に達した時点で、トナーの消費量が８０％に満たない、即ちトナー残量が２０％よりも多い場合にそれまでよりも、より消費量の多いプロセス条件へと切替えることで、トナーを無駄に余らせることが無いようにする。トナーは通常モードのＡ４用紙４％印字率のプリントで６０００枚で寿命を迎えるように充填しており、これをプロセスカートリッジの寿命としている。これに対し感光ドラムは、この１，５倍、即ち間欠１枚プリント９０００枚で寿命を迎えるように設定した。連続プリントが多ければ感光ドラムの寿命に達するのもプリント枚数９０００枚を超えるが、間欠プリントが多い場合には感光ドラムの削れ量は多くなり、低印字率のプリントが多いユーザーにはトナーの余る状態が起き易くなる。

プロセス条件の切替について図１のフローチャートを用いて説明する。画像形成装置駆動中、適宜プロセス条件変更判断を開始する（ステップ１）。先ずドラム使用量を前述の方法に従って検知し（ステップ２）、これによってその時までの積算した感光ドラム使用量を算出し、感光ドラム寿命９０００枚の所定割合、本実施例では８０％にドラム使用量が達しているかどうかを判断する（ステップ３）。この場合間欠プリント７２００枚相当以上であればＹＥＳ、それよりも小さい場合ＮＯと判断し、ＮＯであった場合はトナー残量検知を行い（ステップ４）プロセス条件を保持する（ステップ５）。一方、ＹＥＳであった場合にもトナー残量検知を行い（ステップ６）、トナー残量が所定割合、本実施例では２０％以上であった場合ＹＥＳ、２０％以下の残量であればＮＯと判断する（ステップ７）。ＮＯであった場合はプロセス条件を保持する（ステップ５）。一方、ＹＥＳであった場合はプロセス条件を変更する（ステップ８）。以上でプロセス条件変更判断を終了する（ステップ９）。

変更するプロセス条件としては、本実施例では現像バイアスのＤＣ電圧値を変更し、トナーの消費量を変更した。この時の特性を図５に示した。縦軸に感光ドラム上潜像電位、横軸に画像のライン幅をとっている。現像バイアスのＤＣ成分Ｖｄｃを変え、現像コントラスト│Ｖｄｃ−Ｖｌ│を変更することでライン幅を変え、トナー消費量を変えることが出来る。現像コントラストによる４ｄｏｔライン幅の可変量は図６に示した通りであった。それぞれの現像コントラストを濃度調整値（１）〜（４）とした時、Ａ４用紙４％印字でのトナー消費量は表１のようになった。トナー消費比率は、通常のコントラストの場合（濃度調整値（１））を１とした場合の比率を示している。

この消費量を参照して、プロセス条件の変更を行う。例えば、平均印字率２．５％でプリントを続けた場合、約９６００枚でトナーは全て消費され寿命となる。感光ドラムは１枚間欠プリント９０００枚相当で寿命となるので、これでは感光ドラム寿命時にトナーが残ってしまう。感光ドラム寿命の８０％、７２００枚時点までの平均印字率２．５％であれば、その時点でのトナー残量は２５％（４％印字では４５００枚相当）であり、プロセス制御を行うと判断する。

どの濃度調整値を選択するかは、
Ｗ＝（トナー残りプリント可能枚数／感光ドラム残りプリント可能枚数）
の値を表１のトナー消費比率と比較すれば良い。トナー消費比率の内、Ｗの値に最も近いものを選択すればよい。

この場合は感光ドラムの残りプリント可能枚数は１８００枚、トナーの残りプリント可能枚数は４％印字で１５００枚、２．５％で２４００枚となる。従って、トナー消費量としてはＷ＝２４００／１８００＝１．３３・・・倍とすれば、トナーを余らせること無く、感光ドラムを寿命まで用いることが可能となる。この場合は濃度調整値（４）を選択する。これによってトナーを極力無駄に余らすこと無く、経済的にプロセスカートリッジを使用することが可能となる。更に低印字率のプリントが多い場合には、現像装置の現像スリーブによりトナーが現像部に搬送されても感光ドラムへ飛翔しないトナーが増え、そのトナーが現像装置内を循環し、熱や機械的ストレスを受けて次第にトナーが劣化してしまうことがある。この場合にも、現像コントラストを変えてトナー消費量の多い、濃度の濃い方向へ制御することで現像性の低下も補うことが出来るのである。

又、このプロセス条件変更判断を８０％以降複数回行えば、印字率が変わっていった場合にもそれに応じてトナー消費量を制御できる。更にこのプロセス条件変更時に、表示手段にその旨をユーザーに警告しても良い。更に、ユーザーが変更を行うか否かを選択するようにすればユーザビリティを向上させることが出来る。又、本実施例では現像バイアスのＤＣ電圧を変更し、現像コントラストを調整したが、現像バイアスのＡＣ成分のＶｐｐ、周波数、レーザーの光量、照射時間等を変更してもトナー消費量が変更されるものであれば何ら本発明の効果を損なうものではない。

本発明に於ける第２の実施例について説明する。

本実施例が実施例１と異なる点は、トナー残量検知をＰＡによるものに加え、画素信号積算方式を用い、プリントの平均印字率を適宜求め、プロセス条件を制御する点にある。ＰＡ方式ではトナー残量が約３０％以下程度にならないと検知の精度が十分とならない。従って、現像バイアスを制御出来るのはトナー残量がそれ以降になってしまう。そこで、ＰＡによるトナー残量検知が可能となる前に画素信号積算方式によって平均印字率を求め、現像バイアスの制御を行うのである。

画像形成装置の構成、画像形成方法、及び感光ドラム寿命検知、ＰＡによるトナー残量検知については実施例１と同様であるので省略し、画素信号積算によるトナー残量検知、及びプロセス制御について説明する。

寿命は実施例１と同様に、トナーは通常モードのＡ４用紙４％印字率のプリントで６０００枚、これをプロセスカートリッジの寿命とし、感光ドラムは間欠１枚プリント９０００枚で寿命を迎えるように設定した。

本実施例に於ける、画素信号積算による平均印字率検知について説明する。プリント１ページ当りの画像信号のドット数を計数し、１ドット当りのトナー消費量を予め定めておき、これをドット数に乗じて１ページ当りの消費量を求める。これを積算していき、トナーの残量を検知するものである。プリント枚数情報も合わせれば、積算された平均印字率も算出することが出来る。記録紙がＡ４の用紙（２１０×２９７ｍｍ）である場合、画像形成可能領域は２００×２８７ｍｍであり、ドットで換算すると４７２４×６８００ドット＝３２１２３２００ドット（総ドット数）である。

ここで、トナー消費量を求める為のフローを図７を用いて説明する。ホストコンピュータからプリント出力するデータが電気信号として画像信号処理部２６に送られてくる。画像信号処理部２６でこのデータを１走査ライン毎のビデオ信号に変換し、ビデオ信号に応じたレーザーの駆動信号を生成し、レーザーのＯＮ／ＯＦＦ信号を制御して感光ドラムに照射する。ビデオ信号がレーザー発光をさせる信号となった時、水平同期信号（ＢＤ信号）が走査ラインの先頭に来る。ＢＤ信号から一定時間後にビデオ信号が来るので、ビデオ信号の開始位置はＢＤ信号を検知することにより分かる。ドット数計数手段２７において、各ページのドットの数を計数し、ドット数記憶メモリ２８へ送る。ここで１ページ毎のドット数を記憶する。このドット数に乗算手段２９において、１ドット当りのトナー消費量を乗算することによって１ページ当りのトナー消費量が算出される。この１ドット当りのトナー消費量は本実施例においては４１×１０^−９ｇとした。この値は画像形成装置によって異なるものであり、予め測定して数値を定める必要がる。又、これをドットの面積毎（例えばライン画像とベタ黒画像）に変換しても良い。このトナー消費量を消費量記憶メモリ３０によって記憶する。次に、それまでのトナー消費量を積算手段３１によって積算し、積算消費量記憶メモリ３２において積算されたトナー消費量を記憶する。ここで、プリント枚数計数手段３３からそれまでのプリント枚数と積算ドット数とを合わせて、平均印字率を算出し、平均印字率記憶メモリ３４で平均印字率を記憶する。尚、上述した各記憶メモリは図４の記憶手段と兼ねても何ら問題はない。

上記の手段によって、ある時点までの積算トナー消費量、平均印字率を求めることが可能となる。トナーを感光ドラムの寿命である９０００枚で丁度消費するようにプリントする場合、平均印字率は２．６６・・・％となる。ドラム使用率が所定の割合に達した時点で平均印字率を参照する。この時、平均印字率が２．６６％を下回っていた場合、トナー消費の多い方向へと現像バイアスを制御する。２．６６％を上回っていた場合はその時点でのプロセス条件を保持する。

どの濃度調整値を選択するかは、以下のようにして行う。ドラム使用量Ｎ枚相当の時点で処理を行ったとする。平均印字率を算出すると、その印字率でのトナーとしての残りプリント可能枚数Ｍは、
Ｍ＝６０００×（４％／平均印字率％）−Ｎ
として算出できる。一方、感光ドラムの残りプリント可能枚数Ｄは、
Ｄ＝９０００−Ｎ
である。平均印字率が２．６６％を下回っている場合、Ｍ＞Ｎとなり、感光ドラム寿命時にトナーが残ってしまう。感光ドラムの残りプリント可能枚数Ｄに合わせてトナー消費量を調整するには、トナー消費量をＭ／Ｄ倍にすれば良い。

例えば、感光ドラム使用量が感光ドラム寿命の５０％の４５００枚時点で平均印字率を参照する。平均印字率が２．５％であった場合、２．６６％を下回っているので現像バイアス制御を行う。この場合２．５％印字率での残りプリント可能枚数Ｍは、
Ｍ＝６０００×（４％／２．５％）−４５００＝５１００枚
となり、感光ドラムの残りプリント可能枚数Ｄは、
Ｄ＝９０００−４５００＝４５００枚
である。従って、Ｍ／Ｄ＝５１００／４５００＝１．１３・・・倍のトナー消費量、即ち２．５×１．１３＝２．８３・・・％にすれば感光ドラム寿命時に、トナーを余らせることが無い。

本実施例では表２を参照して、濃度調整値を選択する。個々の値は実施例１と同様のものである。

Ｍ／Ｄの値を表右のトナー消費増加率の最も近い値を選択すればよい。この場合は（３）を選択する。

平均印字率を画素信号積算方式によって求める処理を、ＰＡによるトナー残量検知が開始されるまで行う。ＰＡでのトナー残量検知は、トナー残量２０％から開始されるので、その後は実施例１の方法で現像バイアスを制御する。画素信号積算方式では、トナー消費量の誤差、トナーの劣化による誤差、感光ドラムの感度変化等によって誤差が生じ、それが積算されていく為に平均印字率からだけではトナー残量検知が精度を欠いてしまう可能性がある。そこで、直接静電容量を測定し、トナー残量を測定するＰＡ方式によってトナー残量を検知し、現像バイアスの制御を行うのである。

これによってトナーを極力無駄に余らすこと無く、経済的にプロセスカートリッジを使用することが可能となる。更に低印字率のプリントが多い場合には、現像装置の現像スリーブによりトナーが現像部に搬送されても感光ドラムへ飛翔しないトナーが増え、そのトナーが現像装置内を循環し、熱や機械的ストレスを受けて次第にトナーが劣化してしまうことがある。この場合にも、現像コントラストを変えてトナー消費量の多い、濃度の濃い方向へ制御することで現像性の低下も補うことが出来るのである。又、このプロセス条件変更時に、表示手段にその旨をユーザーに警告しても良い。更に、ユーザーが変更を行うか否かを選択するようにすればユーザビリティを向上させることが出来る。

（他の実施例）
第１、２の実施例の場合に於いて、画像形成装置は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、画像形成装置においても適用する事ができる。

又、感光ドラム寿命検知手段として、感光ドラムの膜厚検知、電流値を検知して静電容量を算出する方法等でも問題ない。トナー残量検知手段としても、各種センサーによる残量検知、画素信号のドットをカウントしていく方法等でも何ら本発明の効果を損なうものではない。

又、現像方法としても、本実施例の１成分磁性トナーを用いたジャンピング現像のみならず、公知の２成分磁気ブラシ現像法等種々の現像法を用いる事が可能である。

又、電子写真感光体としては、本実施例の感光ドラムに限定される事無く、例えば光導電体のものを用いても良い。例えば、アモルファスシリコン、アモルファスセレン、酸化亜鉛、酸化チタン及び有機光導電体等が含まれる。又、感光体を搭載する形状としては、例えばドラム状、ベルト状等の回転体及びシート状等が含まれる。尚、一般的にはドラム状又はベルト状のものが用いられており、例えばドラム状の感光体にあっては、アルミ合金等のシリンダー上に光導電体を蒸着又は塗工等を行ったものである。

又、感光ドラムのクリーニング手段としては、本実施例のブレード形状の他に、ファーブラシ、磁気ブラシ等を用いて構成しても良い。

更に、実施例中において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されるものではなく、トナーと感光ドラムを用い、双方が一体的に包含されたプロセスカートリッジを用いていれば良い。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可能な事は云うまでも無い。

実施例１に係るプロセス条件変更判断を示すフローチャート 実施例１、２に係る画像形成装置の断面概略図 実施例１、２に係るプロセスカートリッジの断面概略図 実施例１、２に係る感光ドラム寿命検知回路及びトナー残量検知回路の概略図 実施例１、２に係るライン画像の感光ドラム上潜像電位と現像バイアスとの関係を示す図 実施例１、２に係る現像コントラストとライン幅の関係を示す図 実施例２に係る画素信号積算手段による平均印字率の算出方法を示す図 従来の画像形成装置の断面概略図

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 現像装置
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 露光装置
７ 定着装置
８ 帯電バイアス電源
９ 現像スリーブ
１０ 現像剤（トナー）
１１ 現像剤攪拌棒
１２ 現像ブレード
１３ 画像形成装置
１４ プロセスカートリッジ
１５ ＰＡ１（入力側電極部材）
１６ ＰＡ２（出力側電極部材）
１７ 現像バイアス電源
１８ 現像剤残量検知回路
１９ 感光ドラム寿命検知回路
２０ 電流量検知部
２１ 感光ドラム駆動検知部
２２ 帯電ＡＣバイアス検知部
２３ 演算制御部
２４ 記憶手段
２５ 表示手段
２６ 画像信号処理部
２７ ドット数計数手段
２８ ドット数記憶メモリ
２９ 乗算手段
３０ 消費量記憶メモリ
３１ 加算手段
３２ 積算消費量記憶メモリ
３３ プリント枚数計数手段
３４ 平均印字率記憶メモリ
Ｎ 転写ニップ
Ｐ 転写材
Ｌ 走査露光

Claims (14)

1. 入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置において、
   少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含したプロセスカートリッジを画像形成装置本体に着脱自在として備え、
   前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、
   前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、
   前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、
   前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、
   前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、
   画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像剤印字率履歴は、
   前記現像剤収容部の現像剤残量を逐次検知する検知手段と、印字した枚数を計数する検知手段の少なくとも２つから算出することを特徴とする、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤印字率履歴は、
   前記画像データの画素信号ドット数を計上する検知手段と、印字した枚数を計数する検知手段の少なくとも２つから算出することを特徴とする、
   請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記プロセス条件を切替える時点で、使用者にその内容を警告する警告表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の画像形成装置。
5. 前記プロセス条件は、前記現像剤を前記像担持体上に形成された静電潜像を可視化する為の、現像剤担持体に印加される現像バイアスを変化させる事を特徴とする、
   請求項１乃至４に記載の画像形成装置。
6. 前記プロセス条件は、前記像担持体を露光し、静電潜像を形成させる為の露光手段の光量を変化させる事を特徴とする、
   請求項１乃至４に記載の画像形成装置。
7. 前記プロセス条件を、少なくとも１つ、若しくは複数を組み合わせて使用することを特徴とする、
   請求項１乃至６に記載の画像形成装置。
8. 少なくとも静電潜像を保持する為の像担持体と、現像剤を収容する現像剤収容部と、を一体的に包含し、入力された画像データに基づいて所定の記録媒体上に可視画像を形成する画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
   前記像担持体の寿命に関する情報を検知する検知手段と、
   前記現像剤収容部の現像剤印字率履歴に関する情報を検知する検知手段の少なくとも２つの検知手段を備え、
   前記画像データの濃度を補正することによって前記現像剤の消費量を抑制する画像形成モードを複数有し、
   前記像担持体寿命検知手段の検知結果が所定の値に達した時点において、
   前記現像剤印字率履歴の検知結果に応じて、
   画像形成に係るプロセス条件を前記現像剤の消費量を前記像担持体の寿命に合わせた条件へ制御すること、
   を特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 前記現像剤印字率履歴は、
   前記現像剤収容部の現像剤残量を逐次検知する検知手段と、印字した枚数を計数する検知手段の少なくとも２つから算出することを特徴とする、
   請求項８に記載のプロセスカートリッジ。
10. 前記現像剤印字率履歴は、
    前記画像データの画素信号ドット数を計上する検知手段と、印字した枚数を計数する検知手段の少なくとも２つから算出することを特徴とする、
    請求項８に記載のプロセスカートリッジ。
11. 前記プロセス条件を切替える時点で、使用者にその内容を警告する警告表示手段を有することを特徴とする請求項８乃至１０に記載のプロセスカートリッジ。
12. 前記プロセス条件は、前記現像剤を前記像担持体上に形成された静電潜像を可視化する為の、現像剤担持体に印加される現像バイアスを変化させる事を特徴とする、
    請求項８乃至１１に記載のプロセスカートリッジ。
13. 前記プロセス条件は、前記像担持体を露光し、静電潜像を形成させる為の露光手段の光量を変化させる事を特徴とする、
    請求項８乃至１１に記載のプロセスカートリッジ。
14. 前記プロセス条件を、少なくとも１つ、若しくは複数を組み合わせて使用することを特徴とする、
    請求項８乃至１３に記載のプロセスカートリッジ。

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