JP2004309533A

JP2004309533A - トナーカートリッジ寿命管理装置および方法と画像形成装置

Info

Publication number: JP2004309533A
Application number: JP2003098827A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Okamura; 岳彦岡村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】精度よく寿命を管理するトナーカートリッジ寿命管理装置と方法。
【解決手段】画像データがコントローラのＣＰＵ１１１に設けられている画像処理部１２１に入力されると、露光信号（ａ）を構成してカウンタ１２０に入力する。カウンタ１２０は各色、各頁毎の画素数をカウントしてカウント値をＣＰＵ１０１に送信する（ｄ）。エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１は、メモリ１０７から、各色毎のトナー量の初期値と係数を読み出し（ｂ）、トナー消費量を算出する。メモリ１０７には各色で異なる値に設定されたトナー残量のニアエンド値を設定したテーブルが記憶されており、トナー残量とニアエンド値とを比較し、トナー残量がニアエンド値に到達している場合には、トナーカートリッジの寿命が近づいていることを報知する信号を出力する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トナーカートリッジの寿命を精度良く管理する、トナーカートリッジ寿命管理装置および方法と画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トナーを使用して画像を形成する画像形成装置においては、トナー補給などのメンテナンスや画質の維持などの理由で、トナーの消費量または残量を確認し、トナーカートリッジの寿命を管理する必要がある。本件出願人は、簡単な構成で精度よくトナーの消費量を求めることのできるトナー消費量検出方法および装置をすでに開示している（特許文献１参照）。
【０００３】
この検出方法および装置においては、印刷ドットの値とトナー消費量の関係が非線形で、しかも当該印刷ドットに隣接する印刷ドットの状態によっても変化することに鑑み、印刷ドット列を孤立ドット、２連続ドット、中間値ドットの３つのパターンに分け、これらのパターン毎にその形成個数を計数し、それらの計数値に基づいてトナーの消費量を求めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７４９２９号公報（第４頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような画像形成装置においては、画像形成が繰り返されることにより、トナーカートリッジに充填されているトナーが消費されて徐々に減少する。トナーカートリッジに充填されているトナー量があるレベルよりも少なくなると、「トナーカートリッジを交換して下さい」などのメッセージが画像形成装置の表示部に表示され、ユーザに注意を促している。
【０００６】
ユーザとしては、資源を有効に利用するとの観点からも、トナー残量を正確に把握して適性な時期にトナーカートリッジの交換を行いたいという要請がある。
前記特許文献１に記載の発明においては、印刷ドット列の配列パターンを３種類に分けて、１頁単位あるジョブ期間におけるトナー消費量を、前記印刷ドット列の配列パターンに基づいて求めることが開示されている。
【０００７】
しかしながら、トナーカートリッジ内に収納されているトナー残量がどれだけになっていて、トナーカートリッジの交換はどの時点で行うのかを判断する構成については記載されていない。このため、前記特許文献１に記載の発明においては、トナーカートリッジの寿命管理を精度良く適正に行うことができないという問題があった。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、トナーカートリッジの寿命管理を精度よく行うトナーカートリッジ寿命管理装置および方法と画像形成装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のトナーカートリッジ寿命管理装置は、複数色に対応したトナーがそれぞれ充填されたトナーカートリッジを具備するロータリー現像ユニットと、同量の記録媒体に画像形成を行うことで消費される各色のトナーの量を求めるトナーカウンタと、前記トナーカートリッジに充填された各色のトナー残量が所定値に到達したときに、当該トナーカートリッジの交換時期と判定する判定手段とを備えたトナーカートリッジ寿命管理装置において、
各色毎の前記所定値を記憶する記憶手段を設け、当該所定値は前記画像形成に用いる色により異なる値に設定したことを特徴とする。このように、トナーカートリッジの交換時期を判定するためのトナー残量所定値を、各色同一ではなく画像形成に用いる色により異なる値に設定しているので、画像形成の実態に即して精度良くトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１０】
また、前記所定値は、トナー残量が多い順に設定される、ニアエンド値、エンド値、エンドエンド値のいずれかとすることを特徴とする。このように、トナーカートリッジの交換時期を判定するためのトナー残量所定値を、トナー残量に応じて３段階に設定している。このため、トナーカートリッジの交換時期をきめ細かに判定し報知することができるので、ユーザに対する利便性が向上する。
【００１１】
また、前記所定値は、ブラック（黒）を他色と異なる値に設定することを特徴とする。画像形成においては、各色で同量のシート（記録媒体）に画像形成する際に、印字部領域の大きさ、非画像領域へのトナー付着量（オフセット）などの特性の関係で、黒色が他色よりもトナー消費量が多くなることから、トナー残量は各色で同じにはならない。このような画像形成の実情に合わせて、前記所定値はブラック（黒）を他色と異なる値に設定しているので、ユーザは使い勝手の良いトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１２】
また、前記所定値は、ブラック（黒）のニアエンド値が他色よりも小さな値に設定されていることを特徴とする。このように、ブラック（黒）のニアエンド値を他色のニアエンド値よりも小さな値に設定しているので、同量のシートに画像形成する際に、ニアエンド値に到達するまでにブラック（黒）のトナー消費量を大きくすることができる。
【００１３】
また、前記所定値は、記録媒体に形成される画像の割合の画占率により異なる値としたことを特徴とする。トナー消費量は、シートの画像形成領域の大きさ（画占率）により定められる。すなわち、トナー消費量はシートに形成された全体の画像量により異なるが、画占率が異なる種々の画像形成に対応したトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１４】
また、前記トナーカートリッジは、多数の記録媒体に画像を形成する大容量トナーカートリッジと、少数の記録媒体に画像を形成する小容量トナーカートリッジの複数のトナーカートリッジを交換して使用するものであって、前記所定値は、複数のトナーカートリッジで同色に対してそれぞれ異なる値に設定したことを特徴とする。このため、大容量トナーカートリッジまたは小容量トナーカートリッジのいずれを使用する場合でも、適切なトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１５】
また、本発明のトナーカートリッジ寿命管理方法は、複数色に対応したトナーがそれぞれ充填されたトナーカートリッジを具備するロータリー現像ユニットにより、同量の記録媒体に画像形成を行うことで消費される各色のトナーの量を演算し、前記トナーカートリッジに充填された各色のトナー残量が所定値に到達したときに、当該トナーカートリッジの交換時期と判定するトナーカートリッジ寿命管理方法であって、
トナーが消費される画素数をカウントする段階と、前記カウント値を必要に応じて補正してトナー消費量を積算する段階と、トナー消費量が記憶手段に記憶されている前記所定値に到達したかどうかを判定する段階ととからなり、
前記所定値は、前記画像形成に用いる色により異なる値に設定されていることを特徴とする。このように、画素数のカウントとオフセットなどの補正とを併用してトナー消費量を積算しているので、正確に累積のトナー消費量が求められ、精度の良いトナーカートリッジ寿命管理を行うことができる。
【００１６】
また、前記所定値はトナー残量のニアエンド値であって、前記トナー消費量が前記所定値に到達した場合に、その旨を報知する段階を含むことを特徴とする。このため、ユーザはトナー残量がニアエンド値に到達したことを的確に把握することができる。
【００１７】
また、本発明の画像形成装置は、前記請求項１ないし６のいずれかに記載のトナーカートリッジ寿命管理装置と、静電潜像を担持可能に構成された像担持体とを備え、前記ロータリー現像ユニットは、前記複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、前記像担持体と前記ロータリー現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリー現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする。このため、ロータリー現像ユニットを用いて複数色のトナーで同量の記録媒体に画像形成を行う画像形成装置において、画像形成の実態に即して精度良くトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体に形成されたトナー像を、中間転写部材に転写することを特徴とする。このため、中間転写部材を用いる画像形成装置において、精度良くトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図５は本発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す縦断側面図である。また、図６は図５の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像の形成や、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像の形成を行う。
【００２０】
本発明の画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じて、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられる。この際に、メインコントローラ１１からエンジンコントローラ１０に指令信号が送信される。この指令信号に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御することにより、シートＳ（記録媒体）に画像信号に対応する画像を形成する。
【００２１】
このエンジン部ＥＧでは、「像担持体」として機能する感光体２が図５の矢印方向Ｄ１に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３は帯電制御部１０３から帯電バイアスが印加されており、感光体２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。
【００２２】
そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、露光制御部１０２から与えられる制御指令に応じて光ビームＬを感光体２上に露光して、画像信号に対応する静電潜像を形成する。露光ユニット６には、レンズ、ミラーなどの適宜の光学素子が設けられている。
【００２３】
ホストコンピュータなどの外部装置より、インターフェース１１２を介してメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に画像信号が与えられると、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が露光制御部１０２に対し所定のタイミングで画像信号に対応した制御信号を出力する。この制御信号に応じて露光ユニット６から光ビームＬが感光体２上に照射されて、画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に形成される。
【００２４】
こうして形成された静電潜像はロータリ現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、ロータリー現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、図示を省略する回転駆動部が設けられている。
【００２５】
また、支持フレーム４０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵する、イエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている（本明細書においては、前記各色用現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋをトナーカートリッジということがある）。
【００２６】
このロータリー現像ユニット４は、図６に示すように、現像器制御部１０４により制御されている。そして、この現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、ロータリー現像ユニット４が回転駆動される。また、これらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と対向する所定の現像位置に位置決めされて、選択された色のトナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。
【００２７】
この現像位置では、当該位置に位置決めされた現像器（図５の例ではイエロー用現像器４Ｙ）に設けられた現像ローラ４４が感光体２と当接して、または所定のギャップを隔てて対向配置されている。この現像ローラ４４は、その表面に摩擦帯電されたトナーを担持するトナー担持体として機能している。そして、現像ローラ４４が回転することによって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に、トナーが搬送される。
【００２８】
ここで、現像器制御部１０４から直流電圧と交流電圧とが重畳された現像バイアスが現像ローラ４４に印加される。このような現像バイアスによって、現像ローラ４４上に担持されたトナーは、感光体２の表面各部にその表面電位に応じて部分的に付着し、こうして感光体２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。
【００２９】
上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１（中間転写部材）上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。さらに、中間転写ベルト７１を挟んでローラ７３と対向する位置には、該ベルト７１表面に対して図示を省略した電磁クラッチにより、当接・離間移動可能に構成された二次転写ローラ７８が設けられている。
【００３０】
カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成する。そして、カセット８から取り出されて中間転写ベルト７１と二次転写ローラ７８との間の二次転写領域ＴＲ２に搬送されてくるシートＳ上に、カラー画像を二次転写する。また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。
【００３１】
なお、中間転写ベルト７１へトナー像を一次転写した後の感光体２は、図示を省略した除電手段によりその表面電位がリセットされる。さらに、感光体２の表面に残留したトナーがクリーニング部５により除去された後、帯電ユニット３により次の帯電を受ける。クリーニング部５により除去されたトナーは、図示を省略したトナータンクに回収される。
【００３２】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６、濃度センサ６０および垂直同期センサ７７が配置されている。これらのうち、クリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。クリーナ７６のブレードで除去されたトナーは、転写廃トナータンクに回収される。
【００３３】
垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト（中間転写部材）７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを得るための垂直同期センサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいて制御される。さらに、濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、濃度制御処理において、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるパッチ画像の光学濃度を測定する。
【００３４】
図６に示すように、各現像器（トナーカートリッジ）４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶する「記憶素子」であるメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋには、コネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。
【００３５】
そして、必要に応じて、これらのコネクタ４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋが選択的に本体側に設けられたコネクタ１０８と接続される。このため、インターフェース１０５を介して、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って、該現像器（トナーカートリッジ）に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この実施形態では本体側コネクタ１０８と各現像器側のコネクタ４９Ｋ等とが機械的に嵌合することで相互にデータ送受を行っているが、例えば無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行うようにしてもよい。
【００３６】
また、各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋに固有のデータを記憶するメモリ９１〜９４は、電源オフ状態や該現像器が本体から取り外された状態でもそのデータを保存できる不揮発性メモリであることが望ましい。このような不揮発性メモリとしては、例えばフラッシュメモリや強誘電体メモリ（ＦＲＡＭ）、ＥＥＰＲＯＭなどを用いることができる。
【００３７】
また、図５では記載を省略しているが、この画像形成装置では表示部１２が設けられている（図６）。そして、必要に応じＣＰＵ１１１から与えられる制御指令に応じて所定のメッセージを表示することで、必要な情報をユーザに対し報知する。例えば、装置の故障や紙詰まり等の異常が発生したときにはその旨をユーザに知らせるメッセージを表示する。また、いずれかの現像器内のトナー残量が所定値以下、例えば後述するニアエンド値まで低下したときには、当該現像器の交換を促すメッセージを表示する。
【００３８】
この表示部１２としては、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置を用いることができるが、これ以外に、必要に応じて点灯あるいは点滅する警告ランプを用いてもよい。さらに、メッセージを表示することで視覚によりユーザに報知する以外に、予め録音された音声メッセージやブザー等の音声による警報装置を用いたり、これらを適宜組み合わせて使用してもよい。
【００３９】
メインコントローラ１１には、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するために、画像メモリ１１３が設けられている。符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。ＲＡＭ１０７は、不揮発性のＦＲＡＭ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＲａｍｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ：強誘電体メモリ）を用いても良い。
【００４０】
次に、上記のように構成された画像形成装置において、各現像器（トナーカートリッジ）４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋそれぞれについて、トナー残量の求めかたを説明する。この種の画像形成装置においては、同じ装置に、トナー収容量が多い大容量のトナーカートリッジと、トナー収容量が少ない小容量のトナーカートリッジの２種類の異なる容量のトナーカートリッジを交換して装着できる機種が開発されている。このような場合には、大容量または小容量のトナーカートリッジのトナー収容量に応じてその寿命が相違する。
【００４１】
図２は、本発明によるトナーカートリッジ寿命管理の基本的構成を示す特性図である。図２において、横軸にはトナーカウンタカウント値を設定する。また、縦軸には、現像ローラ駆動時間（累積値ｓｅｃ）を設定する。横軸のトナーカウンタカウント値は、一例として、Ａ４用紙換算で６０００枚の画像形成用大容量トナーカートリッジは、最大値１３０００万に設定する。また、同一装置に装着されるＡ４用紙換算で２０００枚の画像形成用小容量トナーカートリッジにおいては、トナーカウンタのカウント値は最大値５００万に設定する。本発明においては、このような大容量トナーカートリッジまたは小容量トナーカートリッジのいずれを使用する場合でも、適切なトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００４２】
縦軸の現像ローラ駆動時間は、前記大容量トナーカートリッジでは、例えば最大値１２０００ｓｅｃに設定する。また、小容量トナーカートリッジにおいては、現像ローラ駆動時間は例えば最大値４０００ｓｅｃに設定する。トナーカートリッジの寿命は、横軸に設定されたトナーカウンタカウント値と、縦軸に設定された現像ローラ駆動時間のいずれかのパラメータが、規定値に達したかどうかで判定される。すなわち、トナーカートリッジの寿命判定は、トナーカウンタカウント値と現像ローラ駆動時間のいずれかが規定値に到達したかの論理和の判定により行われる。
【００４３】
本発明においては、このようなトナーカートリッジの寿命判定の際に、トナー残量に応じて大小３段階のレベルを設定する。すなわち、トナー残量が多い順序に（１）ニアエンド値のレベル、（２）エンド値のレベル、（３）エンドエンド値のレベルを設定する。初期値から、トナーの残量が減少して（１）ニアエンド値のレベルに達すると、「トナー残量が少なくなりました」、「トナーカートリッジの交換時期が近づきました」などの警告を表示部に表示する。
【００４４】
また、トナーの残量が（１）ニアエンド値のレベルからさらに低下して、（２）エンド値のレベルに達すると「トナーカートリッジを交換して下さい」などのオペレーションコール（オペコール）を表示部に表示する。前記オペコールをシート１枚に画像形成する毎に表示して、連続した画像形成ができなくする機能を付与することもできる。
【００４５】
更にトナーの残量が減少して、（３）エンドエンド値のレベルに達した場合には、シートに画像形成が出来なくなるように制御される。このように、本発明の図２の実施形態では、トナーカートリッジの交換時期をトナー残量に応じて３段階のレベルで設定している。このため、ユーザは段階的にトナーカートリッジの交換時期を認識できるので、使い勝手が良くユーザの利便性を向上させることができる。
【００４６】
図２において、破線Ｒはニアエンド値のレベル、一点鎖線Ｓはエンド値のレベル、実線Ｔはエンドエンド値のレベルを示している。横軸のトナーカウンタカウント値は、最大値Ａ３、ニアエンド値Ａ２、エンド値Ａ１の数値に設定されている。また、縦軸の現像ローラ駆動時間は、最大値Ｂ３、ニアエンド値Ｂ２、エンド値Ｂ１の数値に設定されている。
【００４７】
トナーカウンタカウント値は、画像が形成される記録紙（シート）の枚数と、シートの画像形成領域の大きさ（画占率）により定められる。すなわち、シートに形成された全体の画像量によりトナーカウンタカウント値は変動する。図２において、Ｕは画占率１％、Ｖは画占率５％、Ｗは画占率２０％の特性を示している。なお、特性Ｕは１ジョブあたりＡ４シート４枚の画像形成を行い、他のＶ、Ｗの特性では１ジョブあたりＡ４シート１枚の画像形成を行うものとする。図２から、画占率が高いほどトナーカウンタカウント値が増大していき、トナー残量が少なくなることがわかる
【００４８】
図２の例では、ニアエンド値Ａ２に達するのは、画占率１％の特性Ｕではシート６４００枚（Ｕａ）、画占率５％の特性Ｖではシート４８００枚（Ｖａ）、画占率２０％の特性Ｗではシート１２００枚（Ｗａ）である。また、エンド値Ａ１に達するのは、画占率１％の特性Ｕではシート８０００枚（Ｕｂ）、画占率５％の特性Ｖではシート６０００枚（Ｖｂ）、画占率２０％の特性Ｗではシート１５００枚（Ｗｂ）である。さらに、エンドエンド値に達するのは、特性Ｕではシート９０９０枚（Ｕｃ）、特性Ｖではシート６８００枚（Ｖｃ）、特性Ｗではシート１７００枚（Ｗｃ）である。
【００４９】
このように、図２の例では画占率１％の特性Ｕにおいては、ニアエンド値Ａ２とエンド値Ａ１間では６４００枚（Ｕａ）と８０００枚（Ｕｂ）で、２０％の差が存在している。また、エンド値Ａ１とエンドエンド値間では、８０００枚（Ｕｂ）と９０９０枚（Ｕｃ）で１０９０枚の差が存在している。さらに、画占率５％の特性Ｖにおいては、ニアエンド値Ａ２とエンド値Ａ１間では４８００枚（Ｖａ）と６０００枚（Ｖｂ）で、２０％の差が存在している。また、エンド値Ａ１とエンドエンド値間では、６０００枚（Ｖｂ）と６８００枚（Ｖｃ）で８００枚の差が存在している。
【００５０】
また、縦軸の現像ローラ駆動時間は、前記各特性Ｕ、Ｖ、Ｗ毎に最大値（エンドエンド値）Ｂ３、Ｂ２、Ｂ１が設定されている。例えば、特性Ｕのエンドエンド値Ｂ３は１２０００ｓｅｃである。各特性Ｕ、Ｖ、Ｗ毎にエンドエンド値に対応して適宜のニアエンド値、エンド値が設定されている。この現像ローラ駆動時間によるトナーカートリッジ寿命判定においては、画占率が小さいシートほど寿命が短くなる傾向があることがわかる。すなわち、トナーカウンタカウント値と、現像ローラ駆動時間は、同じ画占率ではトナーカートリッジの寿命は相反する特性を有している。
【００５１】
前記のように、トナーカートリッジの寿命判定は、トナーカウンタカウント値、または、現像ローラ駆動時間が所定レベルに達したかどうかにより行うことができる。本発明においては、この中でトナーカウンタカウント値によるトナーカートリッジ寿命管理装置とその方法を対象としている。以下、本発明の構成について説明する。
【００５２】
図３は、トナーカウンタカウント値と、トナー残量との関係を示す特性図である。横軸には、トナーカウンタカウント値を設定し、縦軸にはトナー残量（ｇ）を設定している。この場合においても、前記大容量トナーカートリッジの場合と小容量トナーカートリッジの場合では特性が相違する。図３は、例えば大容量トナーカートリッジの特性を示すものであり、Ａ４サイズのシートに５％の画占率で画像形成する場合を対象としている。
【００５３】
図３の例では、トナーエンド量として標準値と、この標準値の±１２．５％の数値を設定している。特性Ｙが標準値、特性Ｘが標準値の＋１２．５％、特性Ｚが標準値のー１２．５％のトナー残量を示している。図３において、トナー量の初期値Ｃ４は例えば２２５ｇとする。また、トナー残量の標準エンド値Ｃ２は５４ｇ、特性Ｘのエンド値Ｃ３は７９ｇ、特性Ｚのエンド値Ｃ１は３０ｇに設定している。
【００５４】
横軸には、図２と同様の最大値Ａ３、ニアエンド値Ａ２、エンド値Ａ１が設定されている。標準特性Ｙのニアエンド値Ｙａは、この例では８３ｇである。本発明におては、トナー残量のニアエンド量を判定する際のトナーカウンタカウント値を各色毎にどのように設定するか、画像形成の実情に即して設定しているところに特徴を有している。
【００５５】
図４は、トナー残量のニアエンド値を設定するトナーカウンタカウント値のテーブルの例を示す説明図である。このようなテーブルは、例えば図６のメモリ（ＦＲＡＭ）１０７に格納される。図４において、「種類」の欄はトナーカートリッジの容量を示すもので、例えばＰａは大容量トナーカートリッジ、Ｐｂは小容量トナーカートリッジである。「色」の欄は、前記イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の区別を設定している。「カウント値」の欄は、各色の前記トナー残量のニアエンド値が設定されている。
【００５６】
図４の例では、トナーカートリッジＰａのＹ、Ｃ、Ｍ各色のトナー残量のニアエンド値はそれぞれａ_１で等しく設定されており、Ｋのトナー残量のニアエンド値はａ_２である。また、トナーカートリッジＰｂのＹ、Ｃ、Ｍ各色のトナー残量のニアエンド値はａ_３でそれぞれ等しく設定されている。ａ_１とａ_２の大小関係は、ａ_１＞ａ_２である。なお、ａ_３はａ_２よりも小さい数値で設定される。
【００５７】
本発明においては、図５に示したようなロータリ現像ユニット４を用いる画像形成装置により、各色で同数のシート（記録媒体）に画像形成する際に、各色毎の特性を考慮して前記トナー残量のニアエンド値を設定している。すなわち、この特性には、印字部領域の大きさ、非画像領域へのトナー付着量（オフセット）などが含まれる。
【００５８】
前記のような特性を考慮すると、同数のシートに画像形成する際にブラック（Ｋ）のトナー消費量が多くなることから、トナー残量は各色で同じにはならない。このため、図５の例では、ブラック（Ｋ）のトナー残量のニアエンド値を他の色よりも少ない数値に設定して、すなわち、寿命カウント値を他色よりも大きく設定して、トナー消費量の実態に合わせている。
【００５９】
このように、本発明においては、ブラック（Ｋ）のニアエンド値を他色のニアエンド値とは異なる値に設定している。このため、シートに画像形成すことにより、各色のトナー消費量が増大していく際に、その実情に適合した精度の高いトナーカートリッジ寿命管理を行うことが可能となる。
【００６０】
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。図１は、図６のブロック図を一部拡大して示している。この装置においては、ＲＯＭ１０６（図６）に記憶されたプログラムに基づいてエンジンコントローラ１０が動作を開始する。また、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１が動作する。ＣＰＵ１１１には、カウンタ１２０、画像処理部１２１が設けられている。このトナーカウンタは、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１にソフトウエアまたはハードウエアで構成されている。
【００６１】
外部装置から与えられた画像データが画像処理部１２１に入力されると、画像処理部１２１は、露光信号（ａ）を構成してカウンタ１２０に入力する。露光信号（ａ）により、カウンタ１２０は各色、各頁毎の画素数をカウントしてカウント値をＣＰＵ１０１に送信する（ｄ）。エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１は、メモリ（ＦＲＡＭ）１０７から、各色毎のトナーカートリッジに充填されているトナー量の初期値と係数を読み出す（ｂ）。
【００６２】
係数は、画像形成の際の重み付け係数などであり、詳細な説明は後述する。また、カウント値に係数を付与した演算結果をカウンタ１２０に送信する（ｃ）。このように、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１は、（ｄ）でカウンタ１２０から送信されてきた各色、各頁毎のカウント値と、メモリ（ＦＲＡＭ）１０７から読み出した係数に基づいてドットカウント値、すなわち、トナーカウンタカウント値（トナー消費量）を算出する。
【００６３】
そして、旧トナー残量からトナー消費量を減算して新トナー残量をメモリ（ＦＲＡＭ）１０７に記憶させる（ｅ）。メモリ１０７には、図４で説明したトナー残量のニアエンド値を設定したテーブルが記憶されている。前記のようにして、メモリ１０７に新しいトナー残量が記憶されると、ＣＰＵ１０１は更新されたトナー残量とニアエンド値と比較し、トナー残量がニアエンド値に到達している場合には、トナーカートリッジの寿命が近づいていることを報知する信号を出力する。すなわち、ＣＰＵ１０１はトナーカートリッジの交換時期を判定する判定手段として機能している。
【００６４】
なお、図示を省略しているが、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１には、現像ローラが動作しているときにその駆動時間についてのタイマの信号が入力される。前記駆動時間は、ジョブ毎に累積されてメモリ（ＦＲＡＭ）１０７に記憶されている。そして、当該駆動時間が前記ニアエンド値に到達するとその旨を表示部に表示している。
【００６５】
次に、トナーカウンタの構成と動作について説明する。図７はトナーカウンタの構成を示すブロック図である。この装置においては、図６に示されているＲＯＭ１０６に記憶されたプログラムに基づいて、ＣＰＵ１０１が所定の演算を行うことによりトナー消費量を求めている。すなわち、トナーカウンタとしての全ての構成をＣＰＵ１０１のソフトウェア上で実現しているが、ハードウェアにより構成することも可能である。
【００６６】
前記ハードウェアで場合した場合の回路構成例を示すのが図７である。ここでは、図７に示すハードウェア構成のトナーカウンタ２００をモデルとして本発明にかかるトナーカウンタの動作原理を説明する。図７の回路をソフトウェアにより実現する場合にも、ハードウェアの場合と同様の原理に基づきトナー消費量を求めることが可能である。
【００６７】
このトナーカウンタ２００では、ＣＰＵ１０１から露光制御部１０２に与えられるものと同一の制御信号、すなわち、外部装置から与えられた画像信号に基づいて、各トナー色毎の階調値に展開された信号が入力される。比較回路２０１はその制御信号に基づき、階調値が所定の閾値以上の印刷ドットに対応する信号のみを通過させ、判別回路２０２に入力する。判別回路２０２は、比較回路２０１の出力信号に基づき印刷ドットの配列状態を判別する「パターン判別手段」としての機能を有している。
【００６８】
すなわち、判別回路２０２は、印刷ドット列を構成するドット数を検知して、閾値以上のドット、４連続ドット、孤立ドット、の３パターンに分類し、そのパターンに応じてカウンタ２０３〜２０５のいずれかに「１」を出力する。ここで、孤立ドットは、ある閾値以上の画素の両隣の画素が閾値未満のものである。これらのカウンタ２０３、２０４および２０５は、それぞれ閾値以上のドット、４連続ドット、孤立ドット、の各パターンに対応して設けられたものである。各カウンタ２０３〜２０５は、判別回路２０２から随時出力される信号をカウントすることによって、当該パターンの印刷ドット列の形成回数を計数する「カウント手段」としての機能を有している。
【００６９】
例えば、比較回路２０１に入力された制御信号が、孤立ドットに対応したものであったときには、比較回路２０１からの出力信号に基づいて判別回路２０２は当該印刷ドットが孤立ドットであることを判別する。そして、カウンタ２０５に対して「１」を出力する一方、他のカウンタ２０３、２０４に対しては「０」を出力する。このような処理により、孤立ドットの形成回数を示すカウンタ２０５のカウント値のみを１つ増加させる。
【００７０】
しかしながら、この際に他のカウンタ２０３、２０４のカウント値は変化しない。同様に、比較回路２０１に入力された制御信号が４連続ドットに対応したものである場合には、対応したカウンタ２０４のカウント値が１つずつ増加してゆく。このようにして、各パターン毎の印刷ドットの形成回数が個別にカウントされる。
【００７１】
これらのカウント値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３は、演算回路２０６に入力される。この演算回路２０６には、カウント値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３以外に、ＣＰＵ１０１から与えられるオフセット値Ｎｏと、係数テーブル２０７からの出力とが入力される。また、演算回路２０６からの出力は、ＣＰＵ１０１および係数テーブル２０７に入力されている。この係数テーブル２０７には、「重み付け係数」Ｋｘ、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３（下記（１）式）の候補となる複数組の数値が予め記憶されており、演算回路２０６の出力値に応じてそのうちの１組が選択される。
【００７２】
そして、演算回路２０６は、各カウンタ２０３〜２０５から出力されるそれぞれのカウント値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、係数テーブル２０７から選択されて出力される重み付け係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３とを乗じるとともにそれらの和を求める。更に、その和と係数Ｋｘとの積に、ＣＰＵ１０１から与えられるオフセット値Ｎｏを加算する。このような演算によって、（１）式に定義するトナー消費量が求められる。（トナー消費量）＝Ｋｘ・（Ｋ１・Ｃ１＋Ｋ２・Ｃ２＋Ｋ３・Ｃ３）＋Ｎｏ…（１）ただし、Ｋｘは各色により異なる色依存係数である。
【００７３】
なお、この実施形態においては、上記トナーカウンタ２００の「カウント手段」、「係数設定手段」等に相当する機能を全てソフトウェアで実現していることは上記したとおりである。このような構成によって、トナー消費量を算出するための特別なハードウェアを追加する必要はなく、装置が簡単な構成となるので装置の低コスト化を図ることができる。
【００７４】
図８はこの画像形成装置におけるトナーカウント動作を示すフローチャートである。この画像形成装置では、一定期間毎に図８に示すトナーカウント動作を実行しており、これにより随時トナーの消費量を求めるとともに、その結果に基づいてトナー残量のニアエンド、エンド、エンドエンドの判定や画像濃度の調整を行っている。
【００７５】
このトナーカウント動作では、まず印刷ドット列の各パターン毎のカウント値の増分を求める（ステップＳ１）。これにより、先のトナーカウント動作から現在までの間（以下、「対象期間」という）に形成された印刷ドットの数を各パターン毎に求めることができる。次に、これらの値と予め設定された所定の重み付け係数とを乗じるとともに、それらの和を求める（ステップＳ２）。そして、その結果に、対象期間内における画像形成枚数に比例するオフセット値を加えると（ステップＳ３）、当該対象期間におけるトナー消費量が求められる。
【００７６】
したがって、各対象期間におけるトナー消費量を積算することにより（ステップＳ４）、現在までの総トナー消費量を求めることができる。さらに、このようにして求めた総トナー消費量の数値によって以後の動作は異なる。すなわち、総トナー消費量が所定の閾値に達したかどうかを判定し（ステップＳ５）、その結果がＹＥＳの場合には、その時点のトナー消費量に応じた新たな重み付け係数を設定する（ステップＳ６）。
【００７７】
重み付け係数を変更したときには（ステップＳ６）、引き続いて濃度制御処理を実行し（ステップＳ７）、画像濃度の変動を抑制している。この濃度制御処理は、パッチ画像としてのトナー像を形成するとともに、その濃度を濃度センサ６０により検出し、その検出結果に基づいて、画像濃度に影響を与える因子（例えば、現像バイアス）を調整することにより、所望の画像濃度を得るものである。
このような濃度制御技術については、従来より種々の手法が提案されており、この装置においてもこれらの公知技術を適用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００７８】
一方、ステップＳ５において、求めた総トナー消費量が上記した閾値でなかった場合、すなわち、そのレベル変更がなかったときの動作は以下のとおりである。まず、求めた総トナー消費量が、当該現像器における上限値に達しているか否かを判断する（ステップＳ８）。この上限値とは、当該現像器において使用可能なトナー量の最大値で例えばニアエンド値を設定する。
【００７９】
すなわち、総トナー消費量がこの上限値に達している場合には、現像器内のトナーは残り僅かとなっており、このまま画像形成を続けることは好ましくない。そこで、このような場合には、ニアエンドを表すメッセージを表示部１２（図２）に表示し（ステップＳ９）、ユーザに対し現像器交換の注意を促す。また、トナー消費量が上限値に達していなければ、現像器内には画像形成を行うに足るだけのトナーが残っているので、そのまま処理を終了する。
【００８０】
なお、前記上限値として図８の例ではニアエンド値を設定しているが、ニアエンド値に代えてエンド値、またはエンドエンド値を設定する構成とすることもできる。図８の例では、画素数のカウントとオフセットなどの補正とを併用してトナー消費量を積算しているので、正確に累積のトナー消費量が求められ、精度の良いトナーカートリッジ寿命管理を行うことができる。
【００８１】
以上説明したように、本発明によれば、ロータリー現像ユニットを用いて複数色のトナーで同量の記録媒体に画像形成を行う画像形成装置において、画像形成の実態に即して精度良くトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。また、中間転写部材を用いる画像形成装置においても、精度良くトナーカートリッジの寿命管理を行うことができる。
【００８２】
上記した実施形態は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナーを用いてフルカラー画像を形成可能に構成された画像形成装置を対象としている。本発明は、使用するトナー色およびその色数はこれに限定されるものでなく任意であり、例えばブラックトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する装置に対しても本発明を適用することが可能である。また、単一のハードウェア構成により複数の現像器のトナー消費量をそれぞれ個別に求めることができる。
【００８３】
さらに、上記実施形態では、装置外部からの画像信号に基づき画像形成動作を実行するプリンタに本発明を適用しているが、ユーザの画像形成要求、例えばコピーボタンの押動に応じて装置内部で画像信号を作成し、その画像信号に基づき画像形成動作を実行する複写機や、通信回線を介して与えられた画像信号に基づき画像形成動作を実行するファクシミリ装置に対しても本発明を適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】トナーカートリッジの寿命管理を行う例を示す特性図である。
【図３】トナーカートリッジの寿命管理を行う例を示す特性図である。
【図４】カウント値を設定するテーブルの例を示す説明図である。
【図５】画像形成装置の一例を示す縦断側面図である。
【図６】図５の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】図６を部分的に拡大して示すブロック図である。
【図８】本発明の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…感光体（像担持体）、４Ｃ、４Ｋ、４Ｍ、４Ｙ…現像器（トナーカートリッジ）、４４…現像ローラ（トナー担持体）、１０…エンジンコントローラ、１１…メインコントローラ、１０１…エンジンコントローラのＣＰＵ、１０７…メモリ（ＦＲＡＭ）、１１１…メインコントローラのＣＰＵ、１２０…カウンタ、２００…トナーカウンタ、２０２…判別回路（パターン判別手段）、２０３〜２０５…カウンタ（カウント手段）、２０６…演算回路

Claims

複数色に対応したトナーがそれぞれ充填されたトナーカートリッジを具備するロータリー現像ユニットと、同量の記録媒体に画像形成を行うことで消費される各色のトナーの量を求めるトナーカウンタと、前記トナーカートリッジに充填された各色のトナー残量が所定値に到達したときに、当該トナーカートリッジの交換時期と判定する判定手段とを備えたトナーカートリッジ寿命管理装置において、各色毎の前記所定値を記憶する記憶手段を設け、当該所定値は前記画像形成に用いる色により異なる値に設定したことを特徴とする、トナーカートリッジ寿命管理装置。
前記所定値は、トナー残量が多い順に設定される、ニアエンド値、エンド値、エンドエンド値のいずれかとすることを特徴とする、請求項１に記載のトナーカートリッジ寿命管理装置。
前記所定値は、ブラック（黒）を他色と異なる値に設定することを特徴とする、請求項１または２に記載のトナーカートリッジ寿命管理装置。
前記所定値は、ブラック（黒）のニアエンド値が他色よりも小さな値に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載のトナーカートリッジ寿命管理装置。
前記所定値は、記録媒体に形成される画像の割合の画占率により異なる値としたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のトナーカートリッジ寿命管理装置。
前記トナーカートリッジは、多数の記録媒体に画像を形成する大容量トナーカートリッジと、少数の記録媒体に画像を形成する小容量トナーカートリッジの複数のトナーカートリッジを交換して使用するものであって、前記所定値は、複数のトナーカートリッジで同色に対してそれぞれ異なる値に設定したことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のトナーカートリッジ寿命管理装置。
複数色に対応したトナーがそれぞれ充填されたトナーカートリッジを具備するロータリー現像ユニットにより、同量の記録媒体に画像形成を行うことで消費される各色のトナーの量を演算し、前記トナーカートリッジに充填された各色のトナー残量が所定値に到達したときに、当該トナーカートリッジの交換時期と判定するトナーカートリッジ寿命管理方法であって、
トナーが消費される画素数をカウントする段階と、前記カウント値を必要に応じて補正してトナー消費量を積算する段階と、トナー消費量が記憶手段に記憶されている前記所定値に到達したかどうかを判定する段階と、トナー消費量が前記所定値に到達した場合にその旨を報知する段階とからなり、
前記所定値は、前記画像形成に用いる色により異なる値に設定されていることを特徴とする、トナーカートリッジ寿命管理方法。
前記所定値はトナー残量のニアエンド値であって、前記トナー消費量が前記所定値に到達した場合に、その旨を報知する段階を含むことを特徴とする、請求項７に記載のトナーカートリッジ寿命管理方法。
前記請求項１ないし６のいずれかに記載のトナーカートリッジ寿命管理装置と、静電潜像を担持可能に構成された像担持体とを備え、前記ロータリー現像ユニットは、前記複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、
前記像担持体と前記ロータリー現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリー現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする、画像形成装置。
前記像担持体に形成されたトナー像を、中間転写部材に転写することを特徴とする、請求項９に記載の画像形成装置。