JP2008185755A - 感光体表面劣化検出方法と感光体表面劣化検出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正常な状態を維持している感光体表面を基準として水分吸着量の差を計測して感光体表面の劣化を判断する。
【解決手段】表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂを感光体ドラム２の作像に寄与する作像領域２６と端部の表面が正常状態に維持される非作像領域２７に近接して配置する。一定時間毎に表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂを作動させて感光体ドラム２の作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量を入力して作像領域２６と端部領域２７の吸着水分量の差を演算し、演算した吸着水分量の差と記憶している吸着水分量差分基準値とを比較し、演算した吸着水分量の差が吸着水分量差分基準値に達すると感光体ドラム２の表面に劣化が生じたと判定して各種回復処理や感光体ドラム２近傍の調湿処理等を実行させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成装置で画像を形成する感光体表面の水分吸着量を計測して感光体表面の劣化を判断する感光体表面劣化検出方法と感光体表面劣化検出装置及び画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置に使用する感光体は、感光体表面を一様に帯電する工程を含む作像プロセスの繰り返しにより、表面に吸湿性を有する放電生成物が付着したり、トナーが付着したり、傷が生じたりあるいは磨耗することにより水分を吸着し易くなる。また、感光体表面をアモルファスシリコンの感光体材料で構成すると、吸湿性が大きいため作像プロセスの繰り返しで表面に水分が吸着し易くなる。この感光体表面に吸着する水分量は感光体周囲の温度と湿度に影響され、感光体表面に水分が吸着すると表面抵抗が低下して画像流れや黒スジ、白スジ等の異常画像が発生して作像する画像の品質が劣化してしまう。

このように感光体表面に付着した放電生成物や吸着した水分を除去して画像品質の劣化を防止する画像形成装置が特許文献１〜特許文献１０等に開示されている。

特許文献１に示された画像形成装置は、感光体表面を保護する保護物質を感光体表面に供給する保護物質供給手段を設け、感光体の近傍の水分量を湿度センサで検出し、検出した水分量により保護物質の供給量を決定し、感光体近傍の水分量の増加を検知すると感光体への保護物質の供給量を増加させて使用環境の水分量が多いときでも感光体は放電により劣化することを防ぐようにしている。また、感光体の近傍の水分量を湿度センサで検出するとき、感光体の近傍では気流などにより水分量が刻々と変化するため、水分量の検出位置が重要であることが示されている。さらに、感光体表面の水分量を直接検知するため光学水分センサを使用することも示されている。

特許文献２に示された画像形成装置は、現像装置の適当な位置に感光体表面と摺接するトナー飛散防止用シールを取り付け、画像形成装置の電源を投入してから所定の時間だけトナー飛散防止用シールを感光体から離間させて感光体を一定時間空転させて結露により感光体表面に付着した水分を除去する。また、画像形成装置の電源が投入されているとき、感光体近傍の湿度を湿度センサで測定し、測定した湿度が規定値を超えているとき、トナー飛散防止用シールを感光体から離間させて感光体を一定時間空転させて結露により感光体表面に付着した水分を除去して画像流れや黒スジ、白スジ等の異常画像が発生することを防ぐようにしている。

特許文献３に示された画像形成装置は、感光体ドラムの内面に沿ってドラムヒータを設け、画像形成装置内部の温度と湿度を温度検知手段と湿度検知手段で検出し、検出した温度と湿度に応じてドラムヒータをオンオフ制御して感光体ドラム表面の水分吸着による画像流れを防止している。

特許文献４に示された画像形成装置は、感光体を内面に沿ってドラムヒータで加熱して感光体表面の水分を除去するとともに、画像形成を行っていないときに、感光体表面にトナーを付着させ、トナーが付着した感光体表面をクリーニング手段のファーブラシでブラッシングして水分を除去するようにしている。また、感光体の周囲の環境条件を検出するため温湿度検出手段を設け、この温湿度検出手段で得られた絶対湿度に基づいて、ファーブラシで感光体表面をフラッシングするときに感光体に付着させるトナー量を制御している。

特許文献５に示された画像形成装置は、感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段に、感光体に対して摺擦回転する摺擦ローラを設け、感光体に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写部から感光体への流れ込み総電荷量に基づいて感光体を空回し運転して研磨剤を含有したトナーを担持した摺擦ローラと感光体との摩擦接触により感光体表面から水分を除去している。この感光体を空回し運転するとき、感光体に流れ込む総電荷量が所定値に達する前の段階では感光体表面の劣化はほとんど生じていないので感光体に流れ込む総電荷量が所定値に達した段階で空回し運転を行っている。この総電荷量は黒点画像が急激に増加する印刷枚数を実測して算出したり、転写部に流れる電流値から算出している。また、空回し運転時間は、装置内の外気に近い場所の温度と湿度を温湿度センサで検出して絶対湿度を求めて設定している。

特許文献６に示された画像形成装置は、クリーニング手段に感光体の表面をクリーニングするための回転体を設け、画像形成装置の出力画像の印字率や出力枚数あるいは画像形成装置のおかれた環境の湿度等の使用情報検出結果によりクリーニング手段の回転体にトナーと逆極性のバイアス電圧を印加して回転体表面へのトナー付着量を増加させて、感光体表面の研磨作用を強化して画像流れやフィルミングが生じることを防ぐようにしている。

特許文献７に示された画像形成装置は、感光体の駆動トルクが所定のトルクに達することで感光体表面に硝酸塩等の放電生成物が存在したことを検知し、感光体表面に硝酸塩等が存在したことを検知したとき、感光体表面に研磨剤を含有した現像剤を供給してクリーニング手段で現像剤とともに硝酸塩等を掻き落として除去し、オゾンによる硝酸塩等が感光体表面に蓄積することを防ぐようにしている。

特許文献８に示された画像形成装置は、導電性研磨剤を添加した現像剤を感光体に摺擦させて現像を行うように現像手段を構成し、現像手段の研磨機能により感光体表面の放電生成物を除去して画像流れ等が発生することを防ぐようにしている。

特許文献９に示された画像形成装置は、感光体に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写部と感光体に残留したトナー像を除去するクリーニング手段との間に研磨手段を設け、記録画像の枚数により画像流れが生じる時点を判定して研磨手段で感光体表面を研磨して画像流れや黒スジ、白スジ等の異常画像が発生することを防いでいる。また、高湿度の梅雨時には、適宜、研磨手段で感光体表面を研磨している。

特許文献１０に示された画像形成装置は、感光体を帯電する帯電手段の近傍に磁束発生手段を設け、夜間や待機時などの停止状態のときに、磁束発生手段により感光体の帯電手段と対向する部分とその近傍を局所的に加熱して、放電生成物により吸湿した感光体表面を乾燥させて画像流れが発生することを防いでいる。
特開２００６−２３３９６号公報 特開平５−２２４５１５号公報 特許第３５７７４５２号公報 特開２００６−２０８９９６号公報 特開２００４−１７０９０６号公報 特開２００３−４３８９０号公報 特開２０００−４７５４５号公報 特許第３３３０００８号公報 特許第３２６１００３号公報 特開２００６−１２６３４５号公報

特許文献１や特許文献２に示すように感光体近傍の湿度を検出したり、特許文献３に示すように画像形成装置内部の湿度を検出したり、特許文献４に示すように感光体の周囲の湿度を検出しても、特許文献１に示されたように、感光体の近傍では気流などにより水分量が刻々と変化するため、感光体表面の水分量を正確に検出することは困難であった。

また、特許文献１に示すように、感光体表面の水分量を光学水分センサで検出しても、感光体表面には凹凸のばらつきや地肌の経時変化があり、地肌と水分が吸着した状態を見分けることは困難であった。さらに、光学水分センサの光学窓にトナーや放電生成物が付着してゆくため、フィルタで防護することができず、特別の工夫をしない限りそのままで水分量は正確に測定することは困難である。

また、特許文献５や特許文献６に示すように画像形成装置のおかれた環境の湿度を検出しても、検出する湿度は外気の挙動により変化するため、感光体表面の水分量を正確に検出することは困難であった。

また、特許文献７に示すように、感光体の駆動トルクにより感光体表面に硝酸塩等が存在したことを検知するようにしても、感光体表面は経時と共に摩擦係数が変化するので感光体の駆動トルクも変化して表面に硝酸塩等が存在したことを正確に検知することは困難である。

また、特許文献８に示すように、導電性研磨剤を添加した現像剤を使用した現像手段の研磨機能により感光体表面の放電生成物を除去しても、印字率が低い場合は感光体表面に付着するトナー量が少ないため、研磨機能を十分に発揮することはできず、画像流れ等が発生しやすくなる。

また、特許文献９に示すように記録画像の枚数により画像流れが生じる時点を判定して感光体表面を研磨して放電生成物を除去したり、特許文献１０に示すように、夜間や待機時などの停止状態のときに、感光体の帯電手段と対向する部分とその近傍を局所的に加熱しても、放電生成物により吸湿した感光体表面を乾燥させても、感光体の近傍で気流などにより水分量が刻々と変化して感光体表面に付着する水分には対応できない。

この発明は、このような短所を改善し、正常な状態を維持している感光体表面を基準として水分吸着量の差を計測して感光体表面の劣化を判断するとともに経時などにより感光体表面劣化による水分吸着のしやすさを、環境変動の影響で水分吸着する場合と弁別させて判断することができる感光体表面劣化検出方法と感光体表面劣化検出装置及びその判断結果により各種対応策を行う画像形成装置を提供することを目的とするものである。

この発明の感光体表面劣化検出方法は、画像形成装置の感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量及び作像頻度の小さい感光体端部の非作像領域の吸着水分量とを計測し、前記作像領域と非作像領域の吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする。

この発明の第２の感光体表面劣化検出方法は、画像形成装置の感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量及び表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記感光体に近傍に配置された基準部材の吸着水分量を計測し、前記作像領域と基準部材の吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする。

この発明の感光体表面劣化検出装置は、２組の表面水分量検出手段と処理装置とを有し、第１の表面水分量検出手段は、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、第２の表面水分量検出手段は、作像頻度の小さい感光体端部の非作像領域の吸着水分量とを計測し、前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする。

この発明の第２の感光体表面劣化検出装置は、２組の表面水分量検出手段と処理装置とを有し、第１の表面水分量検出手段は、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、第２の表面水分量検出手段は、表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記感光体に近傍に配置された基準部材の吸着水分量を計測し、前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする。

前記各感光体表面劣化検出装置において、表面水分量検出手段は、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサであることを特徴とする。

また、前記各感光体表面劣化検出装置において、前記表面水分量検出手段は、整流管と水分量計測手段とを有し、前記水分量計測手段は、前記整流管の壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサを有すると良い。

さらに、前記各感光体表面劣化検出装置において、前記表面水分量検出手段は、整流管と水分量計測手段とを有し、前記水分量計測手段は、前記整流管の壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記整流管内における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有することが望ましい。

また、前記基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段は、前記整流管と前記基準部材を一体化すると良い。また、前記基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段は、前記水分量計測手段の温度湿度センサとフローセンサと対向して前記基準部材を同一基板に設けて一体化しても良い。

この発明の他の感光体表面劣化検出装置は、表面水分量検出手段と処理装置とを有し、
前記表面水分量検出手段は、画像形成装置における感光体表面に対して直交して感光体表面に対して近接して配置する壁面と同一基板に形成された２組の水分量計測手段とを有し、第１の水分量計測手段は、前記壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記壁面に沿って流動する気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、第２の表面水分量検出手段は、前記壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記壁面に沿って流動する気体の流方向又は流速を測定するフローセンサ及び表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記温度湿度センサとフローセンサに対向して配置された基準部材を有し、該基準部材の吸着水分量を計測し、前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする。

この発明の画像形成装置は、前記いずれかの感光体表面劣化検出装置を有し、前記表面水分量検出手段を、感光体に形成された潜像を可視化する現像装置の直前に設置したことを特徴とする。

前記画像形成装置において、前記感光体表面劣化検出装置の処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差により感光体表面の劣化を検出したとき、画像形成装置の制御部に、感光体の加熱や、感光体の表面に付着した劣化堆積物等の除去を行う各種回復処理や表面状態の劣化進行を遅くする保護剤の塗布や感光体近傍の調湿処理等を実行させることを特徴とする。

また、前記画像形成装置において、前記感光体表面劣化検出装置の処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて画像形成プロセスで感光体を帯電するときの帯電バイアス値を上昇させるように制御することを特徴とする。

この発明は、感光体の作像領域の吸着水分量及び作像頻度の小さい感光体端部の非作像領域の吸着水分量とを計測し、計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することにより、画像劣化を引き起こす前に、感光体表面の劣化を精度良く検出することができ、高品質の画像を安定して形成することができる。

また、感光体の作像領域の吸着水分量と表面が感光体の作像領域と同じ材質で形成し、感光体に近傍に配置された基準部材の吸着水分量を計測して感光体の劣化を検出することにより、感光体表面劣化を示す水分吸湿を正確に検出することができる。

この作像領域と非作像領域や基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段を、温度湿度センサを用いることにより、感光体の作像領域と非作像領域や基準部材の吸着水分量を感光体に非接触で検知することができる。

さらに、この感光体の作像領域と非作像領域や基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段を、感光体表面に対して近接して配置する整流管と水分量計測手段とで構成し、水分量計測手段を整流管の壁面の近傍と壁面からら離れた２個所に配置された温度湿度センサで構成し、さらに精度を高める場合はフローセンサを加えて構成することにより、感光体の作像領域と非作像領域や基準部材の吸着水分量を感光体等に非接触で、かつ精度良く計測することができる。

また、感光体の作像領域の吸着水分量と比較する吸着水分量を計測する表面水分量検出手段を基準部材と一体化することにより、製造コストを低減するとともに設置個所のスペースも減少し、汎用性や設置性を向上することができる。

この発明の感光体表面劣化検出装置の表面水分量検出手段を、画像形成装置の感光体に形成された潜像を可視化する現像装置の直前に設置して感光体表面が周囲環境に長くさらされて周囲環境の影響をより多く受ける位置で感光体表面の吸着水分量を計測することにより、環境条件に影響する吸着水分量を確実に検出することができる。

また、感光体表面の劣化を検出したとき、感光体の加熱や、感光体の表面に付着した劣化堆積物等の除去を行う各種回復処理や表面状態の劣化進行を遅くする保護剤の塗布や感光体近傍の調湿処理等を実行させることにより、高品質の画像を安定して形成することができる。

さらに、感光体の作像領域の吸着水分量と非作像領域や基準部材の吸着水分量の差に応じて画像形成プロセスで感光体を帯電するときの帯電バイアス値を上昇させることにより、高品質の画像をより安定して形成することができる。

図１はこの発明の画像形成装置の画像形成ユニットを示す構成図である。図に示すように、画像形成ユニット１は、感光体ドラム２と、感光体ドラム２の周囲に配置されたと前露光装置３と帯電装置４とレーザ光源やポリゴンミラー等が設けられ、感光体ドラム２にレーザビームを照射して画像を書き込む書込装置５と現像装置６と転写装置７及びクリーニング装置８と、加熱ローラ９と加圧ローラ１０とを有し、記録用紙１１に転写されたトナー像を定着する定着装置１２を有する。

この画像形成ユニット１は、前露光装置３で前露光した感光体ドラム２を帯電装置４で帯電し、帯電した感光体ドラム２表面に書込装置５でレーザビームを照射して静電潜像を形成する。感光体ドラム２に形成した静電潜像は現像装置６で可視化してトナー像を形成する。感光体ドラム２に形成されたトナー像は、転写装置７で給紙装置あるいは手差しトレイから給紙された記録用紙１１に転写される。記録用紙１１にトナー像を転写した感光体ドラム２に残留しているトナーはクリーニング装置８で除去される。トナー像が転写された記録用紙１１は定着装置１２に送られ、熱と圧力が加えられてトナー像を定着し、画像が定着された記録用紙１１は排紙装置に排出される。

この画像形成ユニット１のクリーニング装置８と前露光装置３との間の位置Ｓ１と、帯電装置４とレーザビームの書き込み位置との間の位置Ｓ２と、レーザビームの書き込み位置と現像装置６との間の位置Ｓ３のいずれかに感光体表面劣化検出装置を構成する表面水分量検出手段１３を有する。特に位置Ｓ３に表面水分量検出手段１３を設けると、感光体ドラム２における作像プロセスの後のほうであるから、感光体ドラム２の表面が周囲環境に長くさらされるため、周囲環境の影響をより多く受けることになり、環境条件に影響する吸着水分量を確実に検出することができる。

感光体表面劣化検出装置１４は、図２の構成図に示すように、位置Ｓ３に設置した２組の表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂと処理装置１５を有する。２組の表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂは、小型で高速反応できる特性を有する公知の温度湿度センサ、例えば特許第２８８９９０９号公報あるいは特表２００３−５１６５３９号公報に記載の温度湿度センサで構成して結露や蒸散の発生を検知することができる。

さらに、高精度に表面水分量を検出するためには、表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂとしては、図３（ａ）の平面図と（ｂ）の断面図に示すように、円筒状に形成した形成された整流管１６と水分量計測手段１７を有する。整流管１６は雰囲気の熱的状態に影響を与えないように、熱容量が小さいか熱伝導率が雰囲気に近い材料、例えば樹脂材料やセラミック材料で形成されている。水分量計測手段１７は、図４（ａ）の平面図と（ｂ）の断面図に示すように、フレーム１８の中央に、一定断面積を有する複数の貫通孔１９を有するセンサ基板２０を形成し、センサ基板２０の貫通孔１９の上に抵抗体２１を有する温度湿度センサ２２ａ，２２ｂ及びフローセンサ２３を形成したものである。

この表面水分量検出手段１３を説明するにあたり、まず、物体表面に周囲雰囲気の気体が吸着して凝集して結露し、凝集した液体が蒸散するとき、物体の周囲雰囲気の状態変化について説明する。

図５に示すように、物体２４の表面に周囲雰囲気２５の気体が吸着して凝集するとき、物体２４表面から遠隔の雰囲気２５の気体が物体２４の表面近傍方向に流れ、物体２４表面に吸着した気体が脱着するときや、物体２４の表面に凝集した液体が蒸散するとき、物体２４の表面近傍の雰囲気２５が物体２４表面から遠隔方向に流れる。この物体２４の表面への吸着・凝集に伴う周囲雰囲気２５は輸送方向に沿って温度分布や密度分布が生じる。この物体２４の表面温度に対する周囲雰囲気２５の物体２４表面からの距離に応じて変化する周囲雰囲気２５の温度分布と相対湿度分布を図６（ａ），（ｂ）に示す。図６（ａ），（ｂ）は、遠隔場所にある周囲雰囲気２５の温度がＴ１で物体２４の表面温度がＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４、但し、Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４で、雰囲気露点温度Ｔｄは温度Ｔ２と温度Ｔ３の間にある場合を示す。また、図６（ａ）は横軸に温度を示し、縦軸に物体２４の表面からの距離を示し、図６（ｂ）は横軸に相対湿度は相対を示し、縦軸に物体２４の表面からの距離を示す。

物体２４表面が温度Ｔ１と周囲雰囲気２５の温度Ｔ１とが同一である場合、周囲雰囲気２５の相対湿度はどこでも均一に分布する。また、周囲雰囲気２５の温度Ｔ１に対して物体２４の表面の温度が相対的に低く温度Ｔ２になると、物体２４表面の近傍では、空気や水蒸気の気体分子は物体２４表面との熱力学的相互作用により物体２４表面近傍の周囲雰囲気２５の温度が低下する。このように物体２４表面近傍の周囲雰囲気２５の温度が低下すると飽和水蒸気圧が小さくなるので、水蒸気圧／飽和水蒸気圧で示される相対湿度は上昇することになり、物体２４表面の近傍では遠隔に比べて相対湿度が高くなる。この段階では、物体２４表面で水蒸気分子を吸着する量が増えるが、物体２４表面から脱着する量はまだあるので、物体２４表面に水分子が形成される結露には至っていない。

周囲雰囲気の温度Ｔ１に対して物体２４表面の温度がさらに低下して雰囲気露点温度Ｔｄより低い温度Ｔ３になると、物体２４表面から脱着する量よりも物体２４表面で水蒸気分子を吸着する量が多くなり、物体２４表面では水蒸気分子が水分子のクラスターを形成して結露に至る。物体２４表面より遠隔個所から物体２４表面への水蒸気分子の輸送が増すにしても、物体２４表面の近傍における周囲雰囲気２５の温度にもよるが、物体２４表面の近傍で１ｍｏｌ、22400ｃｃの水蒸気は18ｃｃの体積の水へ凝集するので、1/1244になり物体２４表面の近傍では水蒸気分子が欠乏する。したがって物体２４表面が温度Ｔ３と低くなったにもかかわらず、物体２４表面の近傍の周囲雰囲気２５は遠隔に比べて相対湿度が低くなる。なお、物体２４表面近傍と遠隔の中間の周囲雰囲気２５は、図６に示すように、温度が低下するので相対湿度が高くなる。周囲雰囲気の温度Ｔ１に対して物体２４表面の温度がさらに低下して温度Ｔ４になると、結露が進行し、物体２４の表面温度Ｔ３の場合と比較して、さらに物体２４表面の近傍の周囲雰囲気２５は遠隔に比べて相対湿度が低くなる。

物体２４の表面温度が露点Ｔｄ以下である限り結露は進行するが、物体２４の表面温度が露点Ｔｄを越えると蒸散して物体２４表面から遠隔個所へ水蒸気分子の輸送が行われる。このように、物体２４表面への周囲雰囲気２５の吸着・凝集過程・平衡状態・蒸散過程を、周囲雰囲気２５の温度勾配，湿度勾配、流れの状態の変化を計測することにより物体２４表面から離れた場所において非接触で物体２４表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。

そこで、図７に示すように、温度湿度センサ２２ａを物体２４表面近傍の周囲雰囲気２５の温度Ｔａと湿度Ｈａを検出するように配置し、温度湿度センサ２２ｂを物体２４表面から遠隔にある周囲雰囲気２５の温度Ｔｂと湿度Ｈｂを検出するように配置し、フローセンサ２３を物体２４表面近傍と遠隔の中間位置で周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚや流速Ｗａを検出するように配置し、一定時間毎に温度湿度センサ２２ａ，２２ｂとフローセンサ２３で検出している周囲雰囲気２５の温度と湿度及び周囲雰囲気２５の流れ方向や流速を入力し、入力した温度と湿度及び流れ方向の変化から物体２４表面の結露や蒸散の挙動を判定する。

すなわち、あらかじめ設定された一定時間毎に温度湿度センサ２２ａ、２２ｂとフローセンサ２３で検出している周囲雰囲気２５の温度Ｔと湿度Ｈ及び周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚを入力し、時刻ｔ（ｎ）から時刻ｔ（ｎ＋１）に達すると、時刻ｔ（ｎ＋１）で温度湿度センサ２２ａから入力した近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ２２ｂから入力した遠隔温度Ｔｃ（ｎ＋１）と温度湿度センサ２２ａから入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ２２ｂから入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）を比較し、近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）と遠隔温度Ｔｂ（ｎ＋１）が同じときは、図７（ａ）に示すように、物体２４の表面温度Ｔ１と遠隔温度Ｔｂ（ｎ＋１）が同じであって物体２４表面に対する周囲雰囲気２５の水蒸気分子の吸着量が少ないと判断する。また、温度湿度センサ２２ａで入力した近傍温度Ｔａ（ｎ＋１）が温度湿度センサ２２ｂで入力した遠隔温度Ｔｂ（ｎ＋１）より低く、温度湿度センサ２２ａで入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が温度湿度センサ２２ｂで入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）より高いときは、物体２４表面において周囲雰囲気２５の水蒸気分子を吸着する可能性がありと判定して、一定時間前である時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）に温度湿度センサ２２ａと温度湿度センサ２２ｂで入力した湿度を比較し、温度湿度センサ２２ａから時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ）より小さく、温度湿度センサ２２ｂから時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ）より大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）でフローセンサ２３から入力した周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが、図７（ｂ）に示すように、物体２４の表面側であるときは、物体２４表面に対する周囲雰囲気２５の水蒸気分子の吸着量が大きく凝集すると判定する。また、一定時間前である時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）に温度湿度センサ２２ａと温度湿度センサ２２ｂで入力した湿度を比較した結果、時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ）と同じか大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）で入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）が時刻ｔ（ｎ）で入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ）と同じか大きく、時刻ｔ（ｎ＋１）でフローセンサ２３から入力した周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが物体２４の表面側でない場合は物体２４表面に対する周囲雰囲気２５の水蒸気分子の吸着量が少ないと判断する。この処理を、測定を継続している間繰り返す。

また、時刻ｔ（ｎ）から時刻ｔ（ｎ＋１）に達して、時刻ｔ（ｎ＋１）で温度湿度センサ２２ａから入力した近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）と温度湿度センサ２２ｂから入力した遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）を比較し、近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）より小さいときは物体２４表面からの蒸散なしと判定する。また、近傍湿度Ｈａ（ｎ＋１）が遠隔湿度Ｈｂ（ｎ＋１）より大きいときは、物体２４表面から水蒸気分子が蒸散している可能性があると判定し、時刻ｔ（ｎ）と時刻ｔ（ｎ＋１）のときにフローセンサ２３から入力した周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが変わって、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが物体２４表面と逆方向になっているかどうかを判定し、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが、図７（ｃ）に示すように、物体２４表面と逆方向になっているときは、物体２４表面から水蒸気分子が蒸散していると判定する。また、時刻ｔ（ｎ＋１）のときの周囲雰囲気２５の流れ方向Ｆｚが物体２４表面と逆方向になっていないときは、物体２４表面からの蒸散なしと判定する。この処理を測定を継続している間繰り返す。

このようにして物体２４表面に対する周囲雰囲気２５の温度勾配と湿度勾配及び流れの状態の変化を計測することにより物体２４表面から離れた場所において物体２４表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。

表面水分量検出手段１３はこの原理を利用したものであり、図３（ｂ）に示すように、感光体ドラム２の表面から一定距離だけ隔てた位置ｈに整流管１６を感光体ドラム２表面と垂直に設け、感光体ドラム２の表面から距離だけ隔てた位置ｈ１に水分量計測手段１７を配置し、温度湿度センサ２２ａとフローセンサ２３を整流管１６の壁面から離れた位置に配置し、温度湿度センサ２２ｂを整流管１６の壁面に近くに配置する。このように温度湿度センサ２２ａとフローセンサ２３を壁面から離れた位置に配置し、温度湿度センサ２２ｂを壁面に近くに配置すると、ある時刻ｔにおいて、温度湿度センサ２２ａが検出する雰囲気２５のほうが壁面から離れているので、流れが先行し、その時刻ｔで温度湿度センサ２２ｂは壁面に近いため、摩擦抵抗により流れが遅くなり、感光体ドラム２表面に対する影響の到達時刻が遅く、感光体ドラム２表面から離れた雰囲気２５を検出することと同等になり、温度湿度センサ２２ａ，２２ｂで検出した雰囲気温度Ｔａ，Ｔｂとフローセンサ２３で検出した流れ方向Ｆｚにより、感光体ドラム２表面に対する周囲雰囲気２５の温度勾配と湿度勾配及び流れの状態の変化を計測することにより感光体ドラム２表面から離れた場所において感光体ドラム２表面の結露挙動や蒸散挙動を検出することができる。

この表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂは、図２（ａ）の斜視図と（ｂ）の側面図に示すように、感光体ドラム２の作像に寄与する作像領域２６と端部の表面が正常状態に維持される非作像領域２７に近接して配置している。処理装置１５は、図８のブロック図に示すように、計測処理部２８と演算処理部２９と記憶部３０とタイマ３１及び警報出力部３２を有する。記憶部３０にはタイマ３１に設定する計時時間や感光体ドラム２表面の劣化状態を判定する吸着水分量差分基準値等の各種処理情報があらかじめ格納されている。計測処理部２８は、タイマ３１から出力される一定時間ごとに表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂからの計測信号を入力して感光体ドラム２の作像領域２６と端部領域２７の吸着水分量を検出する。演算処理部２９は計測処理部２８で検出した作像領域２６と端部領域２７の吸着水分量の差を演算し、演算した吸着水分量の差と記憶部３０に記憶している吸着水分量差分基準値とを比較して感光体ドラム２表面の劣化の有無を判定する。警報出力部３２は演算処理部２９の判定結果を画像形成装置の操作パネルに表示する。

前記のように構成した感光体表面劣化装置１４で感光体ドラム２の表面劣化状態を判定する時の動作を図９のフローチャートを参照して説明する。処理装置５の計測処理部２８はあらかじめ設定された一定時間毎に表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂを作動させて表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂから感光体ドラム２の作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量を入力して演算処理部２９に出力する（ステップＳ１）。演算処理部２９は入力した作像領域２６と端部領域２７の吸着水分量の差を演算し（ステップＳ２）、演算した吸着水分量の差と記憶部３０に記憶している吸着水分量差分基準値とを比較し（ステップＳ３）、作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差が吸着水分量差分基準値に達しない場合は感光体ドラム２に劣化が生じていないと判定する（ステップＳ４）。そして一定時間毎にこの処理を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ４）。この処理を繰り返して作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差が吸着水分量差分基準値に達すると感光体ドラム２の表面に劣化が生じたと判定して警報出力部３２に感光体ドラム劣化信号を出力する（ステップＳ５）。警報出力部３２は感光体ドラム劣化信号を入力すると画像形成装置の操作パネルにその旨を表示し、画像形成ユニット１の制御部に感光体ドラム２の加熱や、感光体ドラム２の表面に付着した放電生成物や絶縁性の劣化堆積物等の除去を行う等の各種回復処理や感光体ドラム２近傍の調湿処理等を実行させる（ステップＳ６）。

この表面水分量検出手段１３ａで吸着水分量を計測する作像領域２６は経年劣化やフィルミングや磨耗によって吸湿性が大きくなるのに対して表面水分量検出手段１３ｂで吸着水分量を計測する端部の非作像領域２７は、通常、作像される割合が少ないので吸湿性が少ない。そこで表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂで作像領域２６と端部の非作像領域２７の吸着水分量を検出して処理装置１５で作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差により画像流れ等の画像品質低下を引き起こす前に、感光体ドラム２表面の劣化を示す吸湿性を検出して回復処理を行う。すなわち感光体ドラム２の作像領域２６に劣化が生じていなく吸湿性が大きくならない場合は、図１０（ａ）に示すように、作像領域２６近傍の相対湿度と非作像領域２７の近傍の相対湿度はほぼ同じように変化が、感光体ドラム２の作像領域２７に劣化が生じて吸湿性が大きくなって水分が付着すると、図１０（ｂ）に示すように、作像領域２６近傍の相対湿度は非作像領域２７の近傍の相対湿度と差が生じ、特に高湿度から低湿度へ降下している間は、作像領域２６が高湿度になって表面の吸着水分量が多く蒸発し難い。この差を検出することにより作像領域２６の劣化度合いを判定することができる。また、感光体ドラム２の表面の劣化を示す吸湿性を検出するとき、単なる結露である場合は，図１０（ａ），（ｂ）に示すように、表面水分量検出手段１３ｂで計測する表面水分量も多くなるので、単なる結露と作像領域２６の劣化を弁別することができる。また、作像領域２６の劣化を弁別する非作像領域２７には表面状態を維持するための保護、例えばステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を塗布しておいても良い。

前記説明では、作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差が吸着水分量差分基準値に達すると感光体ドラム２の表面に劣化が生じたと判定して警報を発して感光体ドラム２の回復処理を行う場合について説明したが、記憶部３０に作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差に応じて作像領域２６の劣化の度合いとその度合いに応じた作像プロセスの制御情報、例えば帯電部４の帯電量等を格納しておき、作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差に応じて帯電部４の帯電バイアス値を上昇させるように制御し、作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差が吸着水分量差分基準値に達したときに感光体ドラム２の回復処理を実行させるようにしても良い。すなわち、感光体ドラム２の作像領域２６の吸着水分量が多くなると、作像領域２６の表面抵抗が低下して帯電部４で帯電したときの電荷量が不足するが作像領域２６と非作像領域２７の吸着水分量の差に応じて帯電バイアス値を上昇させることにより作像領域２６の帯電電荷量の不足を補い、良質な画像を安定して形成することができる。

また、画像形成装置の制御部に、感光体ドラム２の加熱や、クリーニング装置８によって感光体ドラム２の表面に付着した劣化堆積物等の除去を行う各種回復処理や、表面状態の劣化進行を遅くするステアリン酸亜鉛などの潤滑保護剤の塗布や、換気ファンの制御による感光体ドラム２近傍の調湿処理等を実行させることにより、良質な画像を安定して形成することができる。

前記説明では表面水分量検出手段１３ａ，１３ｂで感光体ドラム２の作像領域２６と端部の非作像領域２７の吸着水分量を検出する場合について説明したが、図１１の斜視図に示すように、感光体ドラム２の端部近傍に、基材を感光体ドラム２の基材と同じ材料と同じ形状で形成し、表面を感光体ドラム２の作像領域２６と同じ材質で形成した基準部材３３を設け、表面水分量検出手段１３ａで感光体ドラム２の作像領域２６の吸着水分量を検出し、表面水分量検出手段１３ｂで基準部材３３の表面の吸着水分量を検出して両者の差を求めても良い。この基準部材３３には表面状態を維持するための保護、例えばステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を塗布しておいても良い。

また、表面水分量検出手段１３ｂを、図１２（ａ）の断面図と（ｂ）の平面図に示すように、端部に通気スリット３４を有する整流管１６を使用し、この整流管１６の通気スリット３４を有する端部に、感光体ドラム２の基材と同じ材料の基材３５に、感光体ドラム２の作像領域２６と同じ材質で形成した計測基準面３６を有する基準部材３３ａを設け、この基準部材３３ａを有する表面水分量検出手段１３ｂを感光体ドラム２の近傍の配置しても良い。このように整流管１６に基準部材３３ａを設けることにより、簡単な構成で感光体ドラム２の作像領域２６の吸着水分量と比較する正常状態を示す吸着水分量を計測することができる。

さらに、図１３（ａ）の上面図と（ｂ）の断面図及び（ｃ）の下面図に示すように、の温度湿度センサ２２ａ，２２ｂとフローセンサ３を有する貫通穴１９の反対側に感光体ドラム２の作像領域２６と同じ材質で微細加工した正常表面を有する基準部材３３ｂを設けた水分量計測手段１７ａで表面水分量検出手段１３ｂを構成し、この表面水分量検出手段１３ｂを感光体ドラム２の近傍に設けても良い。このように基準部材３３ｂを有する水分量計測手段１７ａにより表面水分量検出手段１３ｂを構成することにより、表面水分量検出手段１３ｂの構成をより簡略化することができる。

また、図１４（ａ）の上面図と（ｂ）の下面図に示すように、水分量計測手段１７と基準部材３３ｂを有する水分量計測手段１７ａを一体化して表面水分量検出手段３７を構成しても良い。このように水分量計測手段１７と水分量計測手段１７ａを一体化して表面水分量検出手段３７を構成すると、製造コストを低減することができると共に設置スペースを小さくすることができ、汎用性や設置性を向上させることができる。

この発明の画像形成装置の画像形成ユニットを示す構成図である。 感光体表面劣化検出装置の構成図である。 表面水分量検出手段の構成図である。 水分量計測手段の構成図である。 物体表面に対する周囲雰囲気の挙動を示す模式図である。 物体の表面温度に対する周囲雰囲気の物体表面からの距離に応じて変化する周囲雰囲気の温度と相対湿度の分布図である。 物体表面に対して温度湿度センサとフローセンサを配置して物体表面の結露や蒸散の挙動を検出する状態を示す構成図である。 処理装置の構成を示すブロック図である。 感光体表面劣化検出装置における感光体ドラムの劣化判定処理を示すフローチャートである。 感光体ドラムの作像領域と非作像領域の相対湿度の変化特性図である。 感光体ドラムの作像領域の状態と比較する基準部材を設けた感光体表面劣化検出装置の配置を示す斜視図である。 基準部材と一体化した表面水分量検出手段を示す構成図である。 基準部材と一体化した水分量計測手段を示す構成図である。 基準部材と一体化した他の表面水分量検出手段を示す構成図である。

符号の説明

１；画像形成ユニット、２；感光体ドラム、３；前露光装置、４；帯電装置、
５；書込装置、６；現像装置、７；転写装置、８；クリーニング装置、
１２；定着装置、１３；表面水分量検出手段、１４；感光体表面劣化検出装置、
１５；処理装置、１６；整流管、１７；水分量計測手段、１８；フレーム、
１９；貫通孔、２０；センサ基板、２１；抵抗体、２２；温度湿度センサ、
２３；フローセンサ、２６；作像領域、２７；非作像領域、２８；計測処理部、
２９；演算処理部、３０；記憶部、３１；タイマ、３２；警報出力部、
３３；基準部材、３７；表面水分量検出手段。

Claims (13)

1. 画像形成装置の感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量及び作像頻度の小さい感光体端部の非作像領域の吸着水分量とを計測し、前記作像領域と非作像領域の吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする感光体表面劣化検出方法。
2. 画像形成装置の感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量及び表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記感光体に近傍に配置された基準部材の吸着水分量を計測し、前記作像領域と基準部材の吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする感光体表面劣化検出方法。
3. ２組の表面水分量検出手段と処理装置とを有し、
   第１の表面水分量検出手段は、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、第２の表面水分量検出手段は、作像頻度の小さい感光体端部の非作像領域の吸着水分量とを計測し、
   前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする感光体表面劣化検出装置。
4. ２組の表面水分量検出手段と処理装置とを有し、
   第１の表面水分量検出手段は、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、第２の表面水分量検出手段は、表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記感光体に近傍に配置された基準部材の吸着水分量を計測し、
   前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする感光体表面劣化検出装置。
5. 前記表面水分量検出手段は、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサであることを特徴とする請求項３又は４記載の感光体表面劣化検出装置。
6. 前記表面水分量検出手段は、整流管と水分量計測手段とを有し、前記水分量計測手段は、前記整流管の壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサを有することを特徴とする請求項３又は４記載の感光体表面劣化検出装置。
7. 前記表面水分量検出手段は、整流管と水分量計測手段とを有し、前記水分量計測手段は、前記整流管の壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記整流管内における気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有することを特徴とする請求項３又は４記載の感光体表面劣化検出装置。
8. 前記基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段は、前記整流管と前記基準部材を一体化したことを特徴とする請求項６又は７記載の感光体表面劣化検出装置。
9. 前記基準部材の吸着水分量を計測する表面水分量検出手段は、前記水分量計測手段の温度湿度センサとフローセンサと対向して前記基準部材を同一基板に設けて一体化したことを特徴とする請求項７記載の感光体表面劣化検出装置。
10. 表面水分量検出手段と処理装置とを有し、
    前記表面水分量検出手段は、画像形成装置における感光体表面に対して直交して感光体表面に対して近接して配置する壁面と同一基板に形成された２組の水分量計測手段とを有し、
    第１の水分量計測手段は、前記壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記壁面に沿って流動する気体の流方向又は流速を測定するフローセンサとを有し、前記感光体表面において画像形成される作像領域の吸着水分量を計測し、
    第２の表面水分量検出手段は、前記壁面の近傍と壁面から離れた２個所に配置され、前記感光体表面の周囲雰囲気における気体の温度と湿度を測定する温度湿度センサと、前記壁面に沿って流動する気体の流方向又は流速を測定するフローセンサ及び表面が前記感光体の作像領域と同じ材質で形成し、前記温度湿度センサとフローセンサに対向して配置された基準部材を有し、該基準部材の吸着水分量を計測し、
    前記処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて感光体表面の劣化の程度を判定することを特徴とする感光体表面劣化検出装置。
11. 請求項３乃至１０のいずれかに記載の感光体表面劣化検出装置を有する画像形成装置であって、
    前記感光体表面劣化検出装置の前記表面水分量検出手段を、感光体に形成された潜像を可視化する現像装置の直前に設置したことを特徴とする画像形成装置。
12. 前記感光体表面劣化検出装置の処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差により感光体表面の劣化を検出したとき、画像形成装置の制御部に、感光体の加熱や感光体の表面に付着した劣化堆積物等の除去を行う各種回復処理や表面状態の劣化進行を遅くする保護剤の塗布や感光体近傍の調湿処理等を実行させることを特徴とする請求項１１記載の画像形成装置。
13. 前記感光体表面劣化検出装置の処理装置は、前記第１の表面水分量検出手段と第２の表面水分量検出手段で計測した吸着水分量の差に応じて画像形成プロセスで感光体を帯電するときの帯電バイアス値を上昇させるように制御することを特徴とする請求項１１又は１２記載の画像形成装置。

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