(A)主たる実施形態
以下では、本発明に係る画像形成装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施形態では、例えば電子写真方式を採用し、カラー画像を形成する印刷装置に本発明を適用する場合を例示する。また、この実施形態の印刷装置の転写方式は、中間転写方式を採用する場合を例示する。さらに、この実施形態では、現像剤が、非磁性1成分負帯電性トナーとする場合を例示する。
(A−1)実施形態の構成
図1は、実施形態に係る画像形成装置100の基本構成を示す概略断面図である。
図1において、画像形成装置100は、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)、ホワイト(W)の5色の現像剤を用いて、各色の画像を形成する画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wを有する。画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wは、画像形成装置100に対して着脱自在となっている。また、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wは、中間転写ベルト14の移動方向の上流から下流に向けて、この順に1列に配列されている。
画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wは、それぞれ異なる色の現像剤を使用するが、基本的な構成は同一である。そのため、以下では、画像形成ユニットの共通構成を説明するときには、「画像形成ユニット10」と表記して説明する。
なお、この実施形態では、5個の画像形成ユニット10を備える場合を例示するが、画像形成ユニット10の数、画像形成ユニット10の配列順序などは、図1に限定されるものではない。
また、画像形成装置100は、ロール紙フィーダー11、リワインダー12、カッター13、中間転写ベルト14、1次転写ローラ15Y、15M、15C、15K、15W、2次転写ローラ16、バックアップローラ45、加熱ローラ17及び加圧ローラ18、ベルトクリーニング部材43、ベルト廃トナー収容部44を有する。
画像形成装置100において、ロール紙フィーダー11は、印刷媒体としてのロール紙Pを搭載及び保持しており、リワインダー12が印刷されたロール紙Pを巻き取る。また、カッター13は、1ページ分の印刷終了時にロール紙Pを切断する。なお、ロール紙Pの搬送路には図示しない搬送ローラが配置されており、搬送ローラがロール紙フィーダー11から繰り出されるロール紙Pを搬送する。この実施形態において、ロール紙Pの主走査方向の幅が、例えば105mmであるものとする。勿論、印刷媒体は、ロール紙Pに限定されるものではない。また、印刷媒体のサイズもこれに限定されるものではない。
中間転写ベルト14は、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wの下部に配置された無端状のベルトであり、図1の矢印方向に回動する。画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wのそれぞれはタイミングを合わせて、中間転写ベルト14の表面上に各現像剤像を形成する。中間転写ベルト14の表面上にそれぞれ重ね合わされた現像剤像は、中間転写ベルト14の回動により2次転写ローラ16及びバックアップローラ45に運ばれる。
1次転写ローラ15Y、15M、15C、15K、15Wは、中間転写ベルト14を挟んで、各画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wの反対側に設けられている。1次転写ローラ15Y、15M、15C、15K、15Wは、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K、10Wのそれぞれにより形成された各現像剤像を中間転写ベルト14の表面上に転写する。
バックアップローラ45は、中間転写ベルト14の下部内側に設けられている。また、2次転写ローラ16は、バックアップローラ45の下部であって中間転写ベルト14を挟んでバックアップローラ45と対向する位置に設けられており、中間転写ベルト14上に形成されている現像剤像をロール紙P上に転写する。
ベルトクリーニング部材43は、2次転写ローラ16による転写後に、中間転写ベルト14に残存した現像剤を中間転写ベルト14から掻き落とす。ベルトクリーニング部材43により掻き取られたトナーは、ベルト廃トナー収容部44に収容される。
さらに、現像剤像がロール紙Pの表面上に2次転写されると、現像剤像を担持しているロール紙Pは、加熱ローラ17及び加圧ローラ18に搬送される。ロール紙Pの表面上の現像剤は、加熱ローラ17及び加圧ローラ18により加熱及び加圧によりロール紙Pに定着する。
図2は、実施形態に係る画像形成ユニット10の構成を示す概略断面図である。
図2において、実施形態に係る画像形成ユニット10は、潜像担持体としての感光体ドラム19、帯電部材としての帯電ローラ20、露光部材としての露光ヘッド21、現像剤担持体としての現像ローラ22、現像剤供給部材としての供給ローラ23、現像剤規制部材としての現像ブレード24、帯電クリーニングローラ56、除電光放射部26、廃現像剤清掃部材としてのクリーニング部材25、廃現像剤搬送部材としての廃トナー搬送部材50、現像剤収容体としてのトナーカートリッジ500を有する。
なお、画像形成ユニット10において、静電潜像の現像に寄与する部分(現像ローラ22、供給ローラ23、現像ブレード24を含む部分)を、「現像装置」又は「現像手段」と称する。
また、感光体ドラム19の表面上から残留トナーを回収する部分(クリーニング部材25、廃トナー搬送部材50を含む部分)を「廃現像剤回収手段」と称する。
画像形成ユニット10は、表面に静電潜像が形成される円筒状の感光体ドラム19を有している。感光体ドラム19は、後述する駆動モータ制御部40(図4参照)から得られるモータ駆動力により一方向(図1では、反時計回り方向)に回転する。
感光体ドラム19の周囲には、帯電ローラ20と、露光ヘッド21と、現像ローラ22とが配列されている。帯電ローラ20は、後述する帯電ローラ用電源33(図4参照)から所定の電圧が印加され、感光体ドラム19の回転に伴って従動回転し、感光体ドラム19の表面を均一に帯電する。
帯電ローラ20に接触して帯電クリーニングローラ56が配置される。帯電クリーニングローラ56は、帯電ローラ20の回転に伴って従動回転あるいは周速差をつけて回転し、帯電ローラ20の表面に残留している、現像に使用されなかったトナー及びトナーの外添剤を掻き取る。
露光ヘッド21は、主走査方向(ここでは、感光体ドラム19の回転軸方向をいう。)に配列された複数の発光素子であるLED(Light Emitting Diode)とロッドレンズアレイとを有する。露光ヘッド21は、画像データに応じて発光する発光素子の光をロッドレンズアレイによって感光体ドラム19の表面上に結像することにより、帯電されている感光体ドラム19の表面を露光し、静電潜像を形成する。
現像ローラ22は、後述する現像ローラ用電源34(図4参照)から所定の電圧が印加され、感光体ドラム19の表面との接触部で感光体ドラム19と同一方向に回転し、感光体ドラム19の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像する。
また、現像ローラ22に隣接して、供給ローラ23と現像ブレード24が配置されている。
供給ローラ23は、後述する供給ローラ用電源35(図4参照)から所定の電圧が印加され、現像ローラ22との接触部で現像ローラ22の逆方向に回転し、現像ローラ22の表面に現像剤を供給する。
現像ブレード24は、現像ローラ22の表面に押圧されるように配置される。現像ブレード24は、現像剤層(トナー層)の厚さを規制し、現像ローラ22の表面上にトナー薄層を形成する。現像ブレード24は、後述する供給ローラ用電源35(図4参照)から所定の電圧が印加される。
画像形成ユニット10を画像形成装置100に装着した際、感光体ドラム19は中間転写ベルト14と接触し、中間転写ベルト14を挟んで感光体ドラム19の反対側に1次転写ローラ15が配設される。1次転写ローラ15は、後述する転写ローラ用電源32(図4参照)から所定の電圧が印加され、感光体ドラム19の表面に形成された現像剤像(トナー像)を中間転写ベルト14に転写する。
感光体ドラム19の回転方向の下流側には、クリーニング部材25が設けられている。クリーニング部材25は、感光体ドラム19の表面に接触しており、転写後に感光体ドラム19の表面に残留する現像剤を除去する。
クリーニング部材25の真下に、廃トナー搬送部材50が設けられている。廃トナー搬送部材50は、クリーニング部材25によって、感光体ドラム19の表面から除去された現像剤を、後述するように廃トナーを収容する廃トナー室54に向けて搬送する。
感光体ドラム19の回転方向であって、クリーニング部材25よりも下流側には、除電光放射部26が配置されている。除電光放射部26は、感光体ドラム19と非接触で、感光体ドラム19の表面に残った残電荷を除去するものである。例えば、除電光放射部26は、LED等により構成される。
トナーカートリッジ500は、画像形成ユニット10の本体に着脱可能なものであっても良いし、着脱できないものであり、画像形成ユニット10の本体と一体的に形成されているものであっても良い。
トナーカートリッジ500は、未使用トナーを収容する第1の収容室47、廃トナーを収容する第2の収容室54と、第1の収容室47と第2の収容室54との間の空間を仕切る仕切部材52とを有する。
仕切部材52は、第1の収容室47の未使用トナーと第2の収容室54の廃トナーとが混じり合わないようにするために空間を仕分けると共に、第1の収容室47及び第2の収容室54の容積を可変する部材である。
仕切部材52が合成樹脂フィルムで成形された部材であり、仕切部材52の端部は、トナーカートリッジ500の内壁面に密着固定されているものとする。なお、仕切部材52の素材は特に限定されるものではないが、例えば、仕切部材52は、膜厚が0.1mm〜0.4mm程度のLDPE(低密度ポリエチレン)フィルムで成形されたものを適用できる。
第1の収容室47に収容されている未使用トナーは、画像形成のために使用される。そのため、画像形成処理が行なわれるたびに、未使用トナーは第1の収容室47から排出される。一方、画像形成処理の際に、感光体ドラム19の表面上に残留している廃トナーは、クリーニング部材25により掻き取られる。クリーニング部材25により掻き取られた廃トナーは、廃トナー搬送部材50により、第2の収容室54に搬送される。
つまり、画像形成処理が行なわれると、第1の収容室47から未使用トナーが消費される一方で、廃トナーが第2の収容室54に堆積することになる。未使用トナーが消費されていくと、第1の収容室47における未使用トナーの占める割合が減り、第1の収容室47における空の空間率が高くなる。逆に、画像形成処理が行なわれると、第2の収容室54における廃トナーの占める割合が高くなり、第2の収容室54における空の空間率が低くなる。
図2では、仕切部材52の移動(変形)前の状態を示している。この状態のとき、仕切部材52は、トナーカートリッジ500の内壁面に沿って配置している。従って、第1の収容室47の容積が大きいため、第1の収容室47に収容する未使用トナーの収容量を多くできる。
その後、第1の収容室47の未使用トナーが消費され、第2の収容室54における廃トナー収容量が増え、次第に、廃トナーが当初の第2の収容室54の容積に満杯まで収容される。
さらに、第2の収容室54に廃トナーが収容されると、第1の収容室47の未使用トナーが消費されているため、第2の収容室54に収容されている廃トナーの重みにより仕切部材52は、第1の収容室47側に移動(変形)していき、第2の収容室54の容積が徐々に拡大する。仕切部材52は、最大で、図2の点線まで移動(変形)可能であるものとする。
換言すると、仕切部材52の移動により、廃トナーを収容する第2の収容室54の容積は可変である。第2の収容室54における廃トナー収容可能空間体積は、当初に設けられた空間容積に加えて、仕切部材52の移動に伴い変化した可変収容室55の可変容積だけ増えていく。
なお、仕切部材52は、第2の収容室54の容積を可変にできる部材であれば種々の構成を広く適用することができる。例えば、スライド式で移動するものであっても良いし、また例えば、第2の収容室54が袋状となっており、廃トナーの増大に伴い、第2の収容室54の容積を拡大するものであっても良い。
図2において、第2の収容室54内には、第2の収容室54内で廃トナーを移動させる廃トナー搬送部材51が設けられている。
また、未使用トナーを収容する第1の収容室47の下方には、トナーホッパー59が設置されている。第1の収容室47とトナーホッパー59との間には、未使用トナーを現像装置に供給するための補給口58が設けられている。トナーホッパー59は、補給口58から補給された未使用トナーを一時的貯蔵する。
図3は、実施形態に係る画像形成ユニット10における廃トナーの搬送構造を説明する説明図である。
図2に示すクリーニング部材25は感光体ドラム19の表面上に残った廃トナーを掻き取る。図3に示すように、廃トナー搬送部材50は、例えば螺旋構造体で形成されており、例えば搬送駆動部等から駆動力が廃トナー搬送部材50に加えられると、廃トナー搬送部材50は回動し、廃トナーは図3の矢印A1の方向に搬送される。
矢印A1方向に移動した廃トナーが、画像形成ユニット10の端部付近に到達すると、廃トナーが廃トナー搬送部材51に受け渡される。
ここでは、廃トナー搬送部材51は、例えば螺旋構造体により形成されており、端部が搬送駆動部等から駆動力が加えられる構造となっている。また、廃トナー搬送部材51は、図3に示すように、第2の収容室54内に設けられている部材51aと、廃トナー搬送部材50の端部付近まで延伸する部材51bとを有している。つまり、廃トナー搬送部材50から受け渡された廃トナーは、部材51bにより矢印A2方向に搬送され、さらに部材51aにより矢印A3方向に搬送されて第2の収納室内の奥方に搬送される。
図4は、実施形態に係る画像形成装置100の制御系の構成を示すブロック図である。
図4において、画像形成装置100の制御系の構成は、印刷制御部27、画像データ変換部28、ドラム回転数計測部29、ヘッド発光数計測部30、印刷データ監視部31、転写ローラ用電源32、帯電ローラ用電源33、現像ローラ用電源34、供給ローラ用電源35、ヘッド駆動制御部36、除電光放射部用電源37、定着制御部38、搬送モータ制御部39、駆動モータ制御部40、カッター動作制御部41、計算部42、寿命表示部57、温度湿度センサ60を有する。
印刷制御部27は、画像形成装置100における印刷処理に係る各種処理を司る処理部又は装置である。印刷制御部27のハードウェアは、CPU、ROM、RAM、EEPROM、入出力インタフェース部などを有し、CPUが、ROMに格納された処理プログラムを実行することにより、画像形成装置100において実現可能な各種処理が行なわれる。
画像データ変換部28は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から取得した画像データを、露光ヘッド21に対するヘッド発光命令データに変換する。ヘッド発光命令データは、印刷制御部27の制御により、ヘッド駆動制御部36に与えられる。
ドラム回転数計測部29は、感光体ドラム19の回転数を計測するものである。ドラム回転数計測部29は、例えば、印刷媒体の1ページ分又は数ページ分の副走査方向の移動距離長に相当する感光体ドラム19の回転距離長を1単位(すなわち「1」)として計数しても良いし、又例えば、円筒状の感光体ドラム19の1回転を計数しても良い。
ヘッド発光数計測部30は、画像データに対して露光ヘッド21を構成する発光素子の発光数を計数する。
印刷データ監視部31は、印刷データのページの変わり目を監視する。
転写ローラ用電源32は、1次転写ローラ15と2次転写ローラ16とに所定の電圧を印加する電源部である。
帯電ローラ用電源33は、感光体ドラム19の表面を一様に帯電するため、帯電ローラ20に所定の電圧を印加する電源部である。
現像ローラ用電源34は、感光体ドラム19の表面上で現像を行なうため、現像ローラ22に所定の電圧を印加する電源部である。
供給ローラ用電源35は、第1の収容室47に収容されている未使用トナーを現像ローラ22に供給するため、供給ローラ23と現像ブレード24とに所定の電圧を印加する電源部である。
ヘッド駆動制御部36は、感光体ドラム19の表面上に露光するため、印刷制御部27からヘッド発光命令データを取得し、露光ヘッド21の発光を駆動する。
除電光放射部用電源37は、除電光放射部26を発光するため、所定の電圧を除電光放射部26に印加する電源部である。
定着制御部38は、印刷媒体であるロール紙P上に担持された現像剤像を定着するため、加熱ローラ17及び加圧ローラ18の動作を制御する。
搬送モータ制御部39は、ロール紙Pを搬送するため、ロール紙フィーダー11の動作を制御する。
駆動モータ制御部40は、中間転写ベルト14と2次転写ローラ16と感光体ドラム19との回転駆動を制御する。
カッター動作制御部41は、ロール紙Pの1ページ分を切断するため、カッター13の動作を制御する。
計算部42は、トナーカートリッジ500の第2の収容室54に収容可能な廃トナー収容可能空間率(すなわち、第2の収容室54の空の空間率)を求める演算処理部である。計算部42による廃トナー収容可能空間率の算出方法は、動作の項で詳細に説明する。
寿命表示部57は、計算部42による計算結果に基づいて、廃トナー収容可能空間体積の残量や、廃トナーフル状態等の寿命を表示する表示手段である。
例えば、寿命表示部57は、画像形成装置100の操作表示部に寿命等を含む画面を表示する。この実施形態では、寿命表示部57が、廃トナーフル状態を表示したり、廃トナー収容可能空間率を表示したりする場合を例示する。寿命表示部57は、廃トナー収容可能空間率を含む画面を、印刷が行なわれるたびに表示するようにしても良いし、廃トナー収容可能空間率が閾値を超えたときに廃トナー収容可能空間率を含む画面を表示するようにしても良い。
温度湿度センサ60は、画像形成ユニット10が置かれている環境を認識するため、温度、湿度を計測するセンサである。
(A−2)実施形態の動作
次に、実施形態に係る画像形成装置100における処理動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A−2−1)印刷工程の動作
まず、図1、図2、図3を用いて、実施形態に係る画像形成装置100における印刷処理の動作を説明する。
パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像データは、画像形成装置100の印刷制御部27に与えられ、印刷制御部27は印刷工程を開始する。
印刷制御部27は、駆動モータ制御部40を介して、感光体ドラム19を駆動し、図2の矢印方向に所定の周速度で感光体ドラム19を回転させる。駆動モータ制御部40による駆動力は、例えばギア列によって感光体ドラム19から現像ローラ22、供給ローラ23、廃トナー搬送部材50、廃トナー搬送部材51へと伝達される。現像ローラ22、供給ローラ23のそれぞれは、図2の矢印方向に回転する。また、廃トナー搬送部材50、廃トナー搬送部材51はそれぞれ後述の過程により発生する廃トナーを図3の矢印A1→A2→A3の方向に搬送する。
帯電ローラ20はこれらのギア列と連結されておらず、感光体ドラム19の回転とつれ周りで図2の矢印の向きに回転する。このとき、感光体ドラム19の表面に接触もしくは圧接して設けられた帯電ローラ20に対し、帯電ローラ用電源33から直流電圧が印加され、感光体ドラム19の表面は一様または均一に帯電される。例えば、この実施形態では、感光体ドラム19のアルミニウム素管を接地しており、帯電ローラ20に直流電圧を−1000V印加することで、感光体ドラム19の表面は−500V程度に帯電される。
次に、露光プロセスでは、帯電された感光体ドラム19の表面に対し、ヘッド発光命令データに対応した光が露光ヘッド21から照射され、感光体ドラム19上に静電潜像が形成される。例えば、この実施形態では、露光された部分の感光体ドラム19上の電位は−50V程度になる。
さらに、後に詳述する現像装置の動作により、感光体ドラム19上の静電潜像がトナーにより現像され、感光体ドラム19上にトナー像が形成される。例えば、この実施形態では、現像ローラ22には、現像ローラ用電源34より直流電圧−200Vが印加されている。また、薄層化された現像ローラ22上でのトナー層の電位は−50V程度となる。
トナー薄層の電位と現像ローラ22に印加される電圧との合計が、感光体ドラム19上の露光部分の電位を越えるため、感光体ドラム19上の露光部分はトナーで現像される。トナー薄層の電位と現像ローラ22に印加される電圧との合計は、感光体ドラム19の未露光部分の電位を越えないため、感光体ドラム19上の未露光部分はトナーで現像されない。
さらに、駆動モータ制御部40により、中間転写ベルト14が図1の矢印の向きに回転する。
例えば、感光体ドラム19に対向して設けられた1次転写ローラ15には、転写ローラ用電源32より直流電圧+1000Vが印加されている。1次転写ローラ15(+1000V)と感光体ドラム19の素管(接地されている)との間に生じる電界により、感光体ドラム19上に形成されたトナー像が中間転写ベルト14上に1次転写される。中間転写ベルト14の回転により、最下流に位置するホワイトの画像形成ユニット10Wを通過した後の中間転写ベルト14上には、最大でY、M、C、K、Wの5色のトナー像が重ね合わせられる。
一方、搬送モータ制御部39に接続されているロール紙フィーダー11の駆動によりロール紙Pが2次転写部、すなわち中間転写ベルト14と2次転写ローラ16との間へ送られる。このとき、2次転写ローラ16は中間転写ベルト14と接触している。また、バックアップローラ45は接地されている。バックアップローラ45に対向して設けられた2次転写ローラ16には、転写ローラ用電源32により直流電圧+2000Vが印加されている。2次転写ローラ16(+2000V)とバックアップローラ45(接地されている)との間に生じる電界により、中間転写ベルト14上に形成されたトナー像がロール紙Pに転写される。
その後、ロール紙Pはさらに定着装置を構成する加熱ローラ17及び加圧ローラ18の間を通過し、熱及び圧力により、ロール紙P上のトナーが溶融してロール紙Pの繊維間に浸透し、トナー像のロール紙Pへの定着が行われる。トナー像が定着されたロール紙Pは、リワインダー12により巻き取られる。
印刷データ監視部31は、画像データ変換部28にて変換されたヘッド発光命令データによる露光ヘッド21の発光が終了したことを検知することによりページの変わり目を認識する。その後、カッター動作制御部41によりカッター13が動作し、ロール紙Pの印刷終了箇所より余白分後ろの箇所でロール紙Pが裁断される。
また、1次転写後の感光体ドラム19上には若干量のトナーが残留する場合がある。転写後の感光体ドラム19の表面上の残留トナー(以下、「転写残トナー」とも呼ぶ。)は、クリーニング部材25により除去される。ここで、転写残トナーや外添剤の一部がクリーニング部材25をすり抜けてしまい、帯電ローラ20に巻きついてしまう場合がある。しかし、これらの廃トナーは帯電クリーニングローラ56により除去される。
さらに、除電光放射部26が発光して感光体ドラム19に照射される。これにより、感光体ドラム19上の未露光電荷が除去される。電荷が除去された感光体ドラム19の表面は、再び帯電ローラ20により帯電される。このようにして感光体ドラム19は繰り返し画像形成に利用される。
さらに、2次転写後の中間転写ベルト14上には若干量のトナーが残留する場合がある。しかし、中間転写ベルト14上の残留トナーは、ベルトクリーニング部材43により除去される。ベルトクリーニング部材43により除去されたトナーは、図示しない廃トナー搬送部材により、例えばスパイラルやパドルにより搬送されて、廃トナー収容部44に回収される。このようにして中間転写ベルト14は繰り返し画像形成に利用される。
最上流位置の画像形成ユニット10Y以外において、それぞれの画像形成ユニット10よりも上流の画像形成ユニットから1次転写されたトナー像が、その画像形成ユニットの感光体ドラム19を通過する際、中間転写ベルト14上から感光体ドラム19の表面上へトナー像の一部を転写する、いわゆる逆転写という現象がある。
つまり、逆転写は、下流に位置する画像形成ユニット10の感光体ドラム19が、中間転写ベルト14上に形成された、上流側の画像形成ユニット10により形成されたトナー像の一部を転写する。中間転写ベルト14上にはそれぞれ色の異なるトナー像が積み重なっているが、積み重なった最上位のトナー像の一部のみが感光体ドラム19の表面に逆転写することに限らず、最上位以外のトナー像の一部も感光体ドラム19の表面に逆転写される可能性がある。そのため、最下流に位置する画像形成ユニット10ほど、逆転写の影響を強く受ける。
例えば、図1において、画像形成ユニット10Cの場合、上流のトナー色であるYとMのトナー像が、画像形成ユニット10Cの感光体ドラム19Cを通過する際、トナー像の一部のトナーが逆転写され、感光体ドラム19Cに移る。このように逆転写されたトナーは、転写残トナーと同様、感光体ドラム19の回転により、クリーニング部材25により感光体ドラム19の表面から除去される。
次に、現像装置の印刷工程での動作を説明する。
現像ローラ22、供給ローラ23は、前述のように感光体ドラム19の回転駆動力を得て図2の矢印の向きに回転している。
トナーホッパー59に貯蔵されているトナーは、供給ローラ23の回転によって、現像ローラ22へ送られる。供給ローラ23と現像ローラ22は、その接触部において逆向きに回転しているため、トナーを摩擦で負に帯電させる。
現像ローラ22へ送られたトナーは、現像ローラ22の回転により現像ブレード24との接触部を通過する際、現像ローラ22と現像ブレード24とにより摩擦帯電されながら薄層化される。例えば、この実施形態では、供給ローラ用電源35より直流電圧−300Vが供給ローラ23と現像ブレード24に印加されている。
その後、薄層化された現像ローラ22上のトナーは、感光体ドラム19上に形成された静電潜像に対応して現像され、また、静電潜像は現像剤像(トナー像)となる。
(A−2−2)廃トナー収容率の算出処理の概念
以下では、まず、計算部42による廃トナー収容率の算出処理の概念を、図17〜図20を用いて説明する。
図17は、実施形態に係る計算部42による廃トナー収容率の算出処理の概念を説明する説明図である。
図17において、計算部42は、転写前に、現像装置から感光体ドラム19の表面に移された現像剤量と、転写後に、感光体ドラム19の表面に残留している現像剤量とに基づいて、廃トナー収容率を求める。
また、計算部42は、転写前の現像装置から感光体ドラム19の表面に移された現像剤量に基づいて、廃トナー収容率の分母である廃トナー収容可能空間体積の可変収容体積を求める。
図17において、転写前に、現像装置から感光体ドラム19の表面に移された現像剤量Wt1は、(A−2−3)で後述する未使用トナー消費量の体積Wbに相当する。この未使用トナー消費量の体積に相当するWbは、転写前の露光ヘッド21のドット発光により感光体ドラム19の表面上に担持する現像に消費されるトナー量と、感光体ドラム19の表面上のドラムカブリとして担持するトナー量との和Wt1の総量に相当する。すなわち、計算部42は、トナーカートリッジにおける、廃トナーを収容する第2の収容室54の容積拡大分を転写前の現像剤量Wt1として計算する。
また、図17において、転写後に、感光体ドラム19の表面に残留している現像剤量Wt2は、(A−2−3)で後述する廃トナー体積Wに相当する。この廃トナー体積Wは、転写残のトナー量、カブリの転写残のトナー量、逆転写のトナー量の和Wt2の総量に相当する。すなわち、計算部42は、トナーカートリッジにおける、第2の収容室42の収容空間を占める廃トナー量(廃トナー体積)を計算する。
ここで、図18を用いてドラムカブリの転写残のトナー量を説明する。
図18において、ドラムカブリのトナーは、感光体ドラム19が回転すると発生する。現像動作中(すなわち、ドット発光印刷時)に、感光体ドラム19の表面上にドラムカブリは同時に発生する。このドラムカブリのトナー量を、図18では「W(カブリ)」と表記している。
感光体ドラム19の表面上に発生したドラムカブリのトナーは、中間転写ベルト14に転写される。この中間転写ベルト14の転写したドラムカブリのトナー量を、図18では「W(カブリ転写)」と表記している。
一方、ドラムカブリのトナーW(カブリ)のうち、転写されずに感光体ドラム19の表面に残留するトナーも生じ得る。この転写されずに感光体ドラム19の表面に残留するトナーを、カブリの転写残トナーとして扱う。このカブリの転写残トナー量を、図18では、「W(カブリ転写残)」と表記している。
この実施形態では、図18のカブリの転写残トナー量W(カブリ転写残)はカブリの転写残トナー量W(カブリ転写残)=カブリの転写残効率(Q)×W(カブリ)で算出する。
次に、図19を用いて、転写残トナー量を説明する。
図19において、現像に用いられるトナーは、感光体ドラム19の表面上に移される。この現像に用いられるトナー量を、図19では「W(現像)」と表記している。
感光体ドラム19の表面上に移された現像に用いられるトナーは、中間転写ベルト14に転写される。この中間転写ベルト14の転写したドラムカブリのトナー量を、図19では「W(転写)」と表記している。
一方、現像に用いられるトナーW(転写)のうち、転写されずに感光体ドラム19の表面に残留するトナーも生じ得る。この転写されずに感光体ドラム19の表面に残留するトナーを、転写残トナーとして扱う。この転写残トナー量を、図19では、「W(転写残)」と表記している。
この実施形態では、図19の転写残トナー量W(転写残)は、転写残トナー量W(転写残)=転写残効率(J)×W(現像)で算出する。
さらに、図20を用いて、逆転写トナー量を説明する。図20では、図1のシアン(C)の現像剤を用いた画像形成ユニット10Cの感光体ドラム19Cでの逆転写トナー量を例示して説明する。
画像形成ユニット10Cの上流には、画像形成ユニット10Y、10Mが位置している。
図20では、感光体ドラム19Yの現像に用いられるトナー量を「W(現像Y)」と表記し、感光体ドラム19Mの現像に用いられるトナー量を「W(現像M)」と表記している。
感光体ドラム19Y、19Mの現像に用いられるトナーは、中間転写ベルト14に転写されて、感光体ドラム19Cに搬送される。
感光体ドラム19の位置において、中間転写ベルト14により搬送されてきた、現像に用いられるトナーY、トナーMのうち一部のトナーが、感光体ドラム19Cの表面に逆転写し得る。この下流側の感光体ドラム19Cの表面に逆転写した逆転写トナーの量を、図20では、「W(逆転写C)」と表記している。
この実施形態では、図20の逆転写トナー量W(逆転写C)は、逆転写トナー量W(逆転写C)={逆転写残効率RY(トナーYの逆転写効率)×W(現像Y)}+{逆転写残効率RM(トナーMの逆転写効率)×W(現像M)で算出する。
(A−2−3)廃トナー収容可能空間率の演算処理
次に、トナーカートリッジにおける第1の収容室47の未使用トナーの消費の仕方と第2の収容室54への廃トナーの堆積の仕方とを説明した上で、廃トナー収容可能空間率の演算方法を説明する。
図5、図6、図7は、実施形態の第2の収容室54への廃トナーの堆積の様子を説明する説明図である。
図5は、廃トナー堆積初期の様子を示したものである。図5に示すように、第1の収容室47に未使用トナーが十分に収容されており、第2の収容室54に廃トナーが堆積している様子を示している。この場合、未使用トナーが第1の収容室47内に十分に収容されているため、仕切部材52はトナーカートリッジ500の内壁側に位置している。
図6は、廃トナー堆積中期の様子を示したものである。更に、廃トナーの収容量が多くなった状態である。この場合、図6に示すように、第1の収容室47の未使用トナーが消費され、第1の収容室47の空の空間率が高くなっている。その反面、第2の収容室54内の廃トナーの収容量が多くなり、廃トナーの重みにより、仕切部材52が第1の収容室47側に移動し(図6の矢印方向に移動し)、廃トナーを収容する空間が拡大している。
図7は、廃トナー最大堆積(廃トナーフル)の様子を示したものである。この場合、仕切部材52は変形限界まで変形し、第2の収容室54の容積も最大となっている。また、第2の収容室54内の廃トナーも満杯になっている。
計算部42は、式(1)に従って、廃トナーを収容できる廃トナー収容可能空間の容積(体積)W_lifeと、上記廃トナー収容可能空間の容積に占める廃トナーの体積Wとに基づいて、廃トナー収容率を算出する。
廃トナー収容率[%]={廃トナー体積(W)/廃トナー収容可能空間体積(W_life)}×100…(1)
ここで、廃トナーを収容する第2の収容室54の容積(すなわち、廃トナー収容可能空間体積)が変化し得る点が問題となる。すなわち、廃トナー収容率(%)の分母が可変であるため、従来のように、廃トナー収容可能空間体積の値を固定値としてしまうと、廃トナー収容率を精度良く算出することができない。
そこで、この実施形態では、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値が、第2の収容室54の当初の容積(固定値)と、仕切部材52の移動(変形)により可変する容積(変動値)とに分けて、計算部42が廃トナー収容率を算出する。
また、可変する容積に関しては、現像のために消費される未使用トナーの消費量と、転写後に感光体ドラム19の表面上に残留する廃トナー量とに基づいて、計算部42が可変する容積を算出する。
計算部42による、具体的な廃トナー収容率の算出方法を以下に説明する。
図8は、実施形態に係る廃トナー収容可能空間体積(W_life)を説明する説明図である。
なお、図8(a)は廃トナー堆積初期状態(図5参照)を、図8(b)は廃トナー堆積中期状態(図6参照)を、図8(c)は廃トナー最大堆積状態(図7参照)を簡略化して示している。
廃トナー収容可能空間体積(W_life)とは、廃トナーを収容することができる空間の体積である。
まず、図8(a)、図8(b)、図8(c)のそれぞれの場合に、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの算出方法を説明する。
ここでは、第2の収容室54の初期体積をWaとし、仕切部材52の移動(変形)による可変収容室55内で廃トナーを収容できる空間の体積をWbとする。なお、可変収容室55内の廃トナー収容可能空間体積Wbは、0≦Wb≦Wb_maxで変動する。Wb_maxの値は、図8(c)に示すように、仕切部材52の変形限界まで変形したときの可変収容室55の容積とすることができる。
なお、廃トナー収容率が100%(フル状態)となったときに、寿命表示部57がトナーカートリッジ500の寿命を表示するようにしても良いが、ニアフル状態を寿命表示部57が表示するようにしても良い。その場合には、廃トナー収容率の計算上に所定マージンを持たせるようにしても良い。具体的には、例えば、Wa、Wb_maxは、廃トナー収容可能な実空間体積の80%の値等に設定してから、計算部42が廃トナー収容率を算出するようにしても良い。
図8(a)の状態は、仕切部材52がトナーカートリッジ500の内壁付近にあり、未使用トナーが第1の収容室47に十分に収容されている。廃トナーは、第2の収容室54内に収容されている。従って、計算部42は、式(2)に従って、W_lifeを算出できる。
W_life=Wa …(2)
図8(b)の状態では、未使用トナーが消費されているため、仕切部材52が図8(b)の矢印の向きへ移動している。そのため、計算部42は、式(3)に従って、W_lifeを算出できる。
W_life=Wa+Wb …(3)
式(3)において、Wbは消費された未使用トナーの量に等しいと考えることができる。このWbの求め方は後述する。
図8(c)の状態は、未使用トナーが十分消費され、仕切部材52が移動限界まで変形している。そのため、計算部42は、式(4)に従って、W_lifeを算出できる。
W_life=Wa+Wb_max …(4)
さて、上述したように、図8(b)において、Wbは、未使用トナーの消費量に等しい。そのため、未使用トナーの消費量の求め方を説明する。
未使用トナー消費量に相当するWbは、転写前の露光ヘッド21のドットの発光により感光体ドラム19の表面上に担持する現像に消費されるトナー量(ドット発光の現像による消費量)と、感光体ドラム19の表面上のドラムカブリとして担持するトナー量(ドラムカブリによる消費量)との和で表される。
Wb=(ドット発光の現像による消費量+ドラムカブリによる消費量)×基準体積カウント(Vcnt) …(5)
式(5)におけるドット発光の現像による消費量及びドラムカブリによる消費量は、後述するようにドットカウントの単位に換算されている。
式(5)は、印刷開始時から計算タイミングまでの感光体ドラム19の表面の露光部分に担持した未使用トナー量の体積(ドット発光の現像による消費量×基準体積カウント)と、感光体ドラム19の非露光部分ではあるが、ドラムカブリとして感光体ドラム19の表面に担持した未使用トナー量の体積(ドラムカブリによる消費量×基準体積カウント)との和をとることで未使用トナー消費量を算出している。
基準体積カウントは、所定単位である1ドットカウントあたりのトナー体積の値である。基準体積カウントの値は、予め設定されているものであっても良い。1ドットカウントあたりで消費されるトナー体積の値(すなわち、基準体積カウント)は、トナーの色によって比重(g/mm3)が異なるため、トナーの色に応じて異なり得る。そのため、画像形成ユニット10毎に、基準体積カウントが異なる値を設定しても良い。なお、ここでは説明を容易にするために、例えば基準体積カウントが「0.6」である場合を一例として挙げる。
ここで、ドットカウントを説明する。ドットカウントは、現像の際に、露光ヘッド21の発光素子1個の1回の発光を1ドットとするとき、3192ドットを1ドットカウントとする。ここでは、用紙の印刷領域において、画像形成ユニット10の平均印字率を考慮して、当該画像形成ユニット10の露光ヘッド21のドット発光数を計算する。
例えば、A6用紙(105mm×148mm)の縦横2mmずつの余白部分を除いた印刷領域において、露光ヘッド21のドットの点灯率(=印字率)が5%の場合、ドット発光数を「198×8192ドット/枚(点灯率5%)」と定める。このヘッド発光数を8192で割った値(すなわち198)を「発光ドットカウント」と呼ぶ。すなわち、計算部42が、ヘッド発光数計測部30から取得したヘッド発光数に対し、所定値(例えば、8192)で割ることで発光ドットカウントを求めることができる。
式(5)におけるドット発光の現像による消費量は、ドットカウント単位で表現されており、計算部42が式(6)に従って算出できる。
ドット発光の現像による消費量=(198/5)×平均印字率[%]×印刷距離を印刷媒体の印刷枚数に換算した値 …(6)
なお、印刷距離を印刷媒体の印刷枚数に換算した値とは、印刷枚数を考慮した印刷距離長であり、例えば、A6用紙の場合、印刷距離に印刷枚数を乗じて得る値を適用できる。
式(5)におけるドラムカブリによる消費量とは、現像時に感光体ドラム19の未露光部分の表面に付着するトナー量を意味する。ドラムカブリとは、例えば、正常に負帯電したトナーに比べその絶対値が低い帯電量のトナーや、逆極性に帯電したトナーが、感光体ドラム19表面の未露光部分に付着したものをさす。
このドラムカブリは、温湿度環境や色の違いによってその付着量が異なるが、それら条件が決まれば、ドラムカブリによるトナー消費量は感光体ドラム19の回転数に比例した値であるドラムカウントに比例するものとして本実施形態は扱う。
式(5)におけるドラムカブリによるトナー消費量も、ドットカウント単位で表現されており、次のようになる。
ドラムカブリによる消費量=係数D×ドラムカウント …(7)
ここで、ドラムカウントとは、印刷媒体への印刷に寄与した、感光体ドラム19の単位回転数である。例えば、この実施形態では、A6用紙の3枚分の印刷距離(444mm)相当だけ感光体ドラム19が回転したときに1ドラムカウントとする。ドラム回転数計測部29が感光体ドラム19の回転数を計測しており、計算部42が、感光体ドラム19の1回転の距離を認識している。そのため、計算部42は、ドラム回転数計測部29から取得した感光体ドラム19の回転数からドラムカウントの値を求めることができる。
式(7)において、係数Dは、ドラムカブリを算出するためのカブリ補正係数である。係数D(カブリ補正係数)は、トナーの色や温度湿度に依存する。この実施形態では、係数Dについては、計算部42が、カブリ補正係数対応テーブルを参照して、温度、湿度の環境状況に応じて対応する値を求める。
図9は、温度と湿度に対応する環境領域の一例を説明する説明図である。なお、図9では、温度と湿度に応じて、3つの領域に区分する場合を例示しているが、2つまたは4つ以上に領域を区分するようにしても良い。また、各環境領域を定義する温度、湿度の値は、図9で定義するものに限定されない。
また、図10は、実施形態に係るカブリ補正係数対応テーブルを説明する説明図である。図10において、温度及び湿度が「領域1」に属する場合、係数Dが大きくなっているのは、高温多湿環境であるほどドラムカブリ量が多いためである。逆に温度及び湿度が「領域2」、「領域3」に属する場合、係数Dが小さくなっているのは、低温、低湿の環境であるほどドラムカブリ量が少ないためである。
式(7)において、係数Dに代入する値は、画像形成ユニット10の置かれている温度湿度環境から、図9を用いて環境領域として領域1、領域2、領域3のどれに該当するかを求め、環境領域と色の情報を図10のカブリ補正係数対応テーブルに照らし合わせて求める。
式(1)における、廃トナーの占める体積(W)は、次式で計算できる。
廃トナー体積(W)=転写残トナー体積(Wtr)+カブリの転写残トナー体積(Wk)+逆転写トナー体積(Wr) …(8)
転写残トナー体積(Wtr)は、転写後に、感光体ドラム19の表面上に残留したトナーの体積である。従って、計算部42は、式(9)に従って、転写残トナー体積(Wtr)を計算できる。
転写残トナー体積(Wtr)=転写残効率(J)×発光ドットカウント×基準体積カウント(Vcnt)…(9)
式(9)の転写残トナー体積(Wtr)は、露光ヘッド21の発光ドットカウントの値に、基準体積カウント(Vcnt)を乗じて、感光体ドラム19の表面上にトナーが残留する可能性を示す割合である転写残効率(J)を乗じて得ることを示す。式(9)において、転写残効率(J)は、経験的な値を設定することができ、例えば、実施形態では転写残効率(J)が3%であるとする。なお、転写残効率(J)の値は、トナー色によって異なる値であっても良い。
式(8)におけるカブリの転写残トナー体積(Wk)は、転写残トナー体積(Wtr)を求めるときと同様の効率の考え方を適用することができる。計算部42は、式(10)に従ってカブリの転写残トナー体積(Wk)を計算できる。
カブリの転写残トナー体積(Wk)=カブリの転写残効率(Q)×カブリ補正係数(D)×ドラムカウント×基準体積カウント(Vcnt) …(10)
式(10)のカブリの転写残トナー体積(Wk)は、ドラムカブリによる消費量(式(7)参照)に、基準体積カウント(Vcnt)を乗じて、ドラムカブリが転写後の感光体ドラム19の表面上に残留する可能性を示す割合であるカブリの転写残効率(Q)を乗じて得ることを示す。式(10)において、カブリの転写残効率(Q)は、経験的な値を設定することができ、例えば、実施形態では、カブリの転写残効率(Q)が3%であるとする。なお、カブリの転写残効率(Q)の値は、トナー色によって異なる値であっても良いし、温度や湿度の環境に対応した値を用いるようにしても良い。
(式8)における、逆転写トナー体積(Wr)は、上流に位置する画像形成ユニット10により形成された中間転写ベルト14上の現像剤像から、当該画像形成ユニット10の感光体ドラム19に逆転写したトナーの体積である。計算部42は、式(11)に従って、逆転写トナー体積(Wr)を計算できる。
逆転写トナー体積(Wr)=Σ(逆転写効率(R)×未使用トナー消費量(Wb)×基準体積カウント(Vcnt)) …(11)
式(11)において、逆転写トナー体積(Wr)は、当該画像形成ユニット10を除いた、上流の全ての画像形成ユニット10の逆転写のトナー体積の和をとる。
逆転写効率(R)は、当該画像形成ユニット10の感光体ドラム19の表面に逆転写する可能性の割合を示すものであり、例えばトナーの色、温度湿度環境に応じて異なる。そのため、計算部42は、図9を用いて環境領域として領域1、領域2、領域3のどれに該当するかを求め、環境領域と色の情報を図11の逆転写効率対応テーブルに照らし合わせて求める。
例えば、画像形成ユニット10Cの逆転写トナー体積(Wr)を計算する場合を例示する。この場合、上流には、画像形成ユニット10Y、画像形成ユニット10Mが存在する。従って、画像形成ユニット10Cの逆転写トナー体積(Wr)を計算部42が計算する場合、計算部42は、画像形成ユニット10Yの(逆転写効率(R)×未使用トナー消費量(Wb)×基準体積カウント(Vcnt)の値と、画像形成ユニット10Mの(逆転写効率(R)×未使用トナー消費量(Wb)×基準体積カウント(Vcnt)の値との和をとって、逆転写トナー体積(Wr)を求める。
図12は、実施形態に係る画像形成装置100における廃トナー収容可能空間率の演算処理と廃トナーの収容空間の残量や寿命表示処理の動作を示すフローチャートである。
計算部42は、所定距離分(この実施形態では、例えば740mm(=A6用紙5枚分相当))の印刷処理が行なわれるたびに、それぞれの画像形成ユニット10毎の廃トナー収容率及び廃トナー収容可能空間率を算出する。
なお、計算部42は、印刷処理が行なわれる毎に、画像形成ユニット10毎の廃トナー収容可能空間体積W_life及び廃トナーの占める体積(W)を算出していき、最新の廃トナー収容率及び廃トナー収容可能空間率を画像形成ユニット10毎に更新する。
ステップS101において、印刷処理が行なわれると、それぞれの画像形成ユニット10毎の廃トナー収容率の演算処理が開始する。
ステップS102において、ドラム回転数計測部29は、各画像形成ユニット10の感光体ドラム19のドラムカウントを計測し、その計測したドラムカウントを計算部42に与える。
ステップS103において、ヘッド発光数計測部30は、各画像形成ユニット10の露光ヘッド21の発光ドットカウント数を計測し、その発光ドットカウントを計算部42に与える。
ステップS104において、計算部42は、式(6)に従って、各画像形成ユニット10の発光ドットカウントを用いてドット発光に現像による消費量を画像形成ユニット10毎に求める。また、計算部42は、式(7)に従って、各画像形成ユニット10のドラムカウントの値を用いてドラムカブリによる消費量を画像形成ユニット10毎に求める。そして、式(5)に従って、計算部42は、画像形成ユニット10毎に、使用した未使用トナー量(フレッシュトナー量)を求める。
ステップS105では、計算部42が、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値を画像形成ユニット10毎に求める。
ここで、ステップS105では、計算部42は、今回の印刷処理の直前の廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値と、第2の収容室54の容積Waとを比較する。
そして、直前の廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値が第2の収容室54の容積Wa以下のとき(W_life≦Waのとき)、計算部42は、式(2)に従って、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値をWaとする。
また、直前の廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値がWa+Wb_maxの値に達すると、計算部42は、式(4)に従って、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値をWa+Wb_maxとする。
一方、直前の廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値が第2の収容室54の容積Waを超えるとき(W_life>Waのとき)、計算部42は、式(3)に従って、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値を求める。
ここでは、特に、直前の廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値が第2の収容室54の容積Waを超えるとき(W_life>Waのとき)の動作を中心に説明する。
ステップS105において、計算部42は、使用した未使用トナー量(フレッシュトナー量)をWbとして、式(3)に従って、廃トナー収容可能空間体積W_life(=Wa+Wb)を求める。ここでは、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値をAとする。
ステップS106において、計算部42は、廃トナーの占める体積(W)を画像形成ユニット10毎に求める。つまり、計算部42は、ヘッド発光数計測部30から取得した各画像形成ユニット10の発光ドットカウントの値を用いて、式(9)に従って、転写残トナー量(Wtr)を求める。また、計算部42は、ドラム回転数計測部29から取得した各画像形成ユニット10のドラムカウントの値を用いて、式(10)に従って、カブリの転写残トナー体積(Wk)を求める。さらに、計算部42は、画像形成ユニット10毎に、上流に位置する全ての画像形成ユニット10の逆転写効率(R)、未使用トナー消費量(Wb)、基準体積カウント(Vcnt)を用いて、逆転写トナー体積(Wr)を画像形成ユニット10毎に求める。そして、計算部42は、式(8)に従って、転写残トナー量(Wtr)、カブリの転写残トナー体積(Wk)、逆転写トナー体積(Wr)を加算して、画像形成ユニット10毎の廃トナーの占める体積(W)を求める。ここでは、廃トナーの占める体積(W)の値をBとする。
ステップS107において、計算部42は、ステップS105で計算したトナー収容可能量Aと、廃トナーの占める体積Bとを用いて、式(1)に従って、廃トナー収容率(%)を求める。ここでは、廃トナー収容率の値をCとする。
ステップS108では、計算部42が、式(12)に従って、ステップS107で算出したトナー収容率Cから廃トナー収容可能空間率Dを求める。
廃トナー収容可能空間率[%]=100−廃トナー収容率[%]…(12)
ステップS109において、計算部42は、廃トナー収容可能空間率が0[%]であるか否かを判断する。そして、廃トナー収容可能空間率が0[%]の場合(ステップS109の「Y」の場合)、処理はS110に移行して、寿命表示部57が、廃トナーフルによる画像形成ユニット10の寿命の表示を行ない(S110)、ステップS112において処理は終了する。この場合、画像形成装置100は、当該画像形成ユニット10におけるトナーカートリッジの交換を促すため、画像形成処理の動作を停止させる。
一方、ステップS109において廃トナー収容可能空間率が0%でない場合(ステップS109の「N」の場合)、処理はS111に移行し、寿命表示部57が廃トナー収容可能空間率を含む表示画面を表示し(S111)、ステップS112において処理は終了する。
次に、この実施形態の効果を確認するために、画像形成装置100を用いた実施例を、2つの比較例と比較しながら説明する。
図13は、実施形態に係る画像形成装置100を用いた実施例と比較例との条件を説明する説明図である。
実施例及び2つの比較例は、以下の条件で印刷処理を行ない、以下の評価方法で評価した。
27℃、80%RHの環境下(図9の「領域1」に相当)で、図13に示すように、画像形成ユニット10W(図13では「W」と表記している。)の平均印字率が2%、それ以外の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(図13では、「YMCK」と表記している。)の平均印字率を15%又は60%とし、連続印刷を行ないながら、最下流位置である画像形成ユニット10Wの廃トナー収容可能空間率が寿命表示部57にどのように表示されるかを検証した。
実施例は、廃トナー収容可能空間体積W_lifeを、式(3)のように、Wbの部分が未使用トナーの消費具合に従って変化する場合とした。
これに対して、比較例1は、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値を、最小固定値としてWaである場合(式(2)参照)とした。
また、比較例2は、廃トナー収容可能空間体積W_lifeの値を、最大固定値としてWa+Wb_maxである場合(式(3)参照)とした。
図14は、実施形態に係る最下流の画像形成ユニット10Wの廃トナー収容可能空間率の評価結果を説明する説明図である。図14(a)が、YMCKの平均印字率が15%の場合である。図14(b)が、YMCKの平均印字率が60%の場合である。
なお、図14(a)及び図14(b)において、横軸はA6相当印刷枚数(印刷距離をA6用紙の枚数に換算した値)を示し、縦軸は、寿命表示部57に表示される最下流の画像形成ユニット10Wの廃トナー収容可能空間率を示す。
図14(a)に示すように、YMCKの平均印字率が15%の場合、比較例1は、A6用紙9900枚程度の連続印刷を行なった時点で、廃トナー収容可能空間率が実際よりも低く算出されてしまい、寿命表示部57が廃トナーフルを表示してしまい、それ以降、画像形成ユニット10Wが使用できなくなってしまう。しかし、実施例のように、廃トナー収容可能空間率は30%程度であり、実際には廃トナーを収容できる空間が残っている。つまり、比較例1の場合、廃トナー収容可能空間体積を最小の固定値にしているため、実際の廃トナーの収容能力よりも寿命表示が早く出てしまう点で不都合が生じる。
図14(b)に示すように、YMCKの平均印字率が60%の場合、実施例は、A6用紙3000枚相当の連続印刷を行なうと、寿命表示部57が廃トナーフル表示を行なう。このとき、実際の第2の収容室54の収容状態を確認すると、図15に示すように、廃トナーの収容可能状態は満杯であった。これに対して、比較例2の場合、廃トナー収容可能空間体積の値をWa+Wb_max(最大固定値)としている。そのため、比較例2の場合、A6用紙3500枚程度の連続印刷を行なった時点でも、廃トナー収容可能空間率が実際よりも高く算出されてしまい、廃トナーフルの表示がされず、不都合が生じ得る。
このように、廃トナー収容可能空間体積の値を固定値とする方式は、上述のように、廃トナーフルの表示が早く出力されたり又は遅く出力されたりするなどの不都合が生じる。
これに対して、実施例の場合、廃トナー収容可能空間体積を、未使用トナーの消費量に応じて可変することにより、実際の廃トナー収容可能空間体積と、計算部42が計算した廃トナー収容可能空間体積との乖離を小さくすることができる。
(A−3)実施形態の効果
以上のように、この実施形態は、未使用トナーと廃トナーの間の仕切部材52が未使用トナーの消費の程度によって、廃トナー収容空間が拡大する向きに移動する構成において、計算部42が、未使用トナーの消費量を露光ヘッド21の発光数と感光体ドラム19の回転数とから算出する。また、計算部42は、未使用トナーを使用した分廃トナー収容空間が拡大するとして廃トナー収容空間のその時点での体積を求める。さらに、計算部42は、廃トナー量を露光ヘッド21の発光数と感光体ドラム19の回転数とから算出し、その時点での廃トナーの占める体積を求める。そして、計算部42は、廃トナー収容可能空間体積と廃トナーの占める体積とに基づいて、廃トナー収容率を求める。また、計算部は、上記廃トナー収容率の計算を、所定枚数の印刷毎(例えばA6用紙5枚相当)に行う。
これにより、リアルタイムでの正確な廃トナー収容率を計算することができ、廃トナー収容可能であるのに廃トナーフル表示が出たり、廃トナーフル表示が出ていないのに実際には廃トナーフルになって画像形成ユニットが使用できないといったりした状況を回避することができる。
(B)他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
(B−1)上記実施形態では、廃トナー収容可能空間率の計算結果を、そのまま寿命表示部57で表示する場合を例示した。
しかし、画像形成ユニットの平均印字率は印刷に用いられる画像データの色目等によって異なる。トナーの使用状況によって廃トナー収容可能空間率が増大する場合がある。この場合、寿命表示部57は、表示する廃トナー収容可能空間率の値を単調減少するように表示するようにしても良い。
つまり、前回の廃トナー収容可能空間率の計算結果と、今回の廃トナー収容可能空間率の計算結果とを比較し、今回の廃トナー収容可能空間率が前回の値よりも高い場合、寿命表示部57は、例えば、計算部42により得られた今回の値を含む画面を非表示にしたり、また例えば、直前の廃トナー収容可能空間率の値を含む画面を表示したりするようにしても良い。言い換えれば、寿命表示部57は、廃トナー収容可能空間率の計算結果の値が増加した場合は、直前の寿命表示部57の表示値をそのまま表示するものとする。
例えば、27℃、80%RHの環境下(図9の「領域1」に該当)において、A6用紙6000枚相当印刷までは、画像形成ユニット10Wの平均印字率を2%、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kの平均印字率を15%として印刷する。また、例えば6000枚以降において、画像形成ユニット10Wの平均印字率を20%、画像形成ユニット10Y、10M、10C、10Kの平均印字率を5%として印刷を行い、最下流位置である画像形成ユニット10Wの廃トナー空スペースが寿命表示部57にどのように表示されるかを、実施例1と今回の例(実施例2と記載)とで説明する。
図16は、変形実施形態の画像形成装置を用いた実施例2と実施例1の評価結果を説明する説明図である。横軸は、A6相当印刷枚数(印刷距離をA6用紙の枚数に換算したもの)、縦軸は、寿命表示部57に表示される最下流の画像形成ユニット10Wの廃トナー収容可能空間率を示す。
図16において、例えば6000枚以降、画像形成ユニット10Wのトナー消費が増えたことによる廃トナー収容可能空間率の増加のスピードに対して、上流に位置する画像形成ユニット10からの逆転写トナーの量が少なくなる。
このため、実施例1の場合、6000枚から9000枚程度までの間で、廃トナー収容可能空間率の値が、6000枚時点の廃トナー収容可能空間率の値である50%よりも高い値で表示される。
これに対し、実施例2の場合、廃トナー収容可能空間率の増加している場合に、直前の廃トナー収容可能空間率の値を表示している。そのため、6000枚以降、廃トナー収容可能空間率の実計算が増加していても、廃トナー収容可能空間率の値は、6000枚印刷時の50%の値が表示される。さらに9000枚以降で、計算された廃トナー収容可能空間率の値が、6000枚印刷時の50%よりも減少するため、寿命表示部57は50%より小さい値を表示できる。
(B−2)上述した実施形態では、ロール紙を印刷媒体とし、中間転写方式を採用したカラー画像形成装置に本発明を適用する場合を例示した。しかし、本発明は、上記のカラー画像形成装置に限定されるものではなく、例えば、印刷媒体がカット紙を用いた直接転写方式を含む複写機、LEDプリンタ、レーザービームプリンタ、ファクシミリ、MFP等に用いられる、画像形成装置に適用可能である。