JP2013238826A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転可能な感光体１１と、前記感光体の表面を所定の電位に帯電する帯電手段１２と、前記帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に露光することで静電潜像を形成する露光手段２０と、前記静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段１７と、を備えており前記感光体は繰り返して画像形成の用いられる画像形成装置１において、安価な方法で精度よく感光体の寿命を判断する。
【解決手段】感光体の電荷輸送層の膜厚を検知する感光体膜厚検知手段１０２と、前記感光体の電荷輸送層が受けた受光量を検知する感光体受光量検知手段１０４と、を有し、前記感光体膜厚検知手段の結果と前記感光体受光量検知手段の結果に基づいて前記感光体の寿命を検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に関する。より詳しくは、回転可能な感光体の表面に電子写真画像形成プロセスを適用して画像形成を実行し、感光体は繰り返して画像形成に供される画像形成装置に関する。

本発明において画像形成装置には次のような装置が含まれる。感光体の表面に電子写真画像形成プロセスにより形成したトナー像を記録材に対して直接に或いは中間転写体を介して転写する。そして、トナー像を固着像として定着処理した記録材を画像形成物として出力する、複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機能機などの画像形成装置が含まれる。記録材や中間転写体にトナー像を転写した後の感光体は清掃手段で清掃されて繰り返して画像形成に供される。

また、感光体に形成したトナー像或いは感光体から中間転写体に転写したトナー像を表示部に表示する画像表示装置（ディスプレイ装置、電子黒板装置、電子白板装置など）が含まれる。画像表示装置において、感光体或いは中間転写体に形成され、表示部に表示された後のトナー像は清掃手段で感光体或いは中間転写体から除去され、感光体や中間転写体は繰り返して画像形成に供される。また、必要に応じて、感光体或いは中間転写体に形成され、表示部に表示された後のトナー像を記録材に転写する。そして、トナー像を固着像として定着処理した記録材を画像形成物として出力する。

従来、一般的な電子写真画像形成装置に組み込まれている回転可能な像担持体としてのドラム型の感光体(以下、感光ドラムと記す）は、帯電、露光等の電子写真画像形成プロセスの繰り返しの適用により使用時間に対応して劣化することが知られている。なお、回転可能な像担持体の感光体としてはエンドレスベルト型もある。

そして、寿命に達した感光ドラムは、速やかに交換するような構成になっている。感光ドラムの寿命を検知する手段としては、感光ドラムの表面電位を測定することによって、感光ドラムの劣化の度合い、すなわち感光ドラムが寿命に達したかどうかを判定する方法が知られている。

しかし、上記のような方法では、感光ドラムの表面電位を測定するための測定手段を設ける必要があり、設置するスペースを確保するために装置の大型化やコストに影響する。そのため、特許文献１に開示されるように、感光ドラムの寿命判断を感光ドラムの回転数によって判断する方法が知られている。

特開平４−１６８６５号公報

しかしながら、感光ドラムの感度変化度合は、ユーザーの使用状況によって異なる。特に、感光ドラムが受けた光量によって、感度の変化度合は変化する。従来のような感光ドラムの回転数のみで寿命判断では、感光ドラムが受けた光量について考慮していないため、特に長寿命化を達成しようとした時に、寿命判断結果と本来の感光ドラムの寿命とに若干ずれが生じることがあった。そのため、このずれを考慮して、さまざまな使用状況においても画像品質を維持するような感光ドラムの回転数で寿命到達したことを報知していた。

近年の、製品の長寿命化や高画質化に合わせ、感光ドラムも画質と長寿命化の両立が望まれている。そのため、感光ドラムの寿命を正確に判断し、可能な限り使用することが重要となる。

本発明の目的は、上記課題に対応するため、感光体の寿命を従来よりも精度よく判断することである。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、回転可能な感光体と、前記感光体の表面を所定の電位に帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に露光することで静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、を備えており、前記感光体は繰り返して画像形成に供される画像形成装置において、前記感光体の電荷輸送層の膜厚を検知する感光体膜厚検知手段と、前記感光体の電荷輸送層が受けた受光量を検知する感光体受光量検知手段と、を有し、前記感光体膜厚検知手段の結果と前記感光体受光量検知手段の結果に基づいて前記感光体の寿命を検知することを特徴とする。

本発明によれば、感光体の電荷輸送層の膜厚情報と、感光体が受けた光量に関する情報に基づいて、感光体の寿命を検知することで、従来よりも精度よく感光体の寿命を判断することが可能となった。

実施例１の画像形成装置の感光ドラムの寿命を判断するフローチャート 実施例１の画像形成装置の概略構成模式図 図２の部分的な拡大図 実施例１の画像形成装置の画像形成動作時のシーケンス図 感光ドラムの電位関係を表すモデル図 バックコントラストと感光ドラム上のカブリ量の関係図 現像コントラストと濃度の関係図 感光ドラムの電荷輸送層の膜厚と潜像コントラストの関係図 感光ドラムの電荷輸送層の膜厚とＬＥＤ発光時間の閾値の関係図 電荷輸送層の膜厚と疲労係数の関係図

［実施例１］
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜画像形成装置例の全体的構成説明＞
図２は本実施例１における画像形成装置１の概略構成の模式図であり、中間転写式の電子写真画像形成プロセスを用いた４色フルカラーレーザービームプリンタ（電子写真画像形成装置）である。プリンタ制御部１００にインターフェース２０１を介して接続されているプリンタコントローラ（外部ホスト装置）２００から入力された画像データ（電気的な画像情報）に対応した画像を記録媒体である記録材Ｐに形成して画像形成物を出力することができる。

制御部１００は画像形成装置１の動作を制御する手段であり、プリンタコントローラ２００と各種の電気的情報信号の授受をする。また、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理、所定のイニシャルシーケンス制御、所定の作像シーケンス制御を司る。プリンタコントローラ２００は、ホストコンピュータ、ネットワーク、イメージリーダ、ファクシミリ等である。

この画像形成装置１の装置本体１Ａの内部には、図面上、左側から右側に第１から第４の４つ作像ステーション（画像形成ユニット）１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）が横方向（略水平方向）に一定の間隔を置いて並列配置（所謂タンデム型）されている。

各作像ステーション１０はそれぞれの現像手段に収容させた現像剤（以下、トナーと記す）の色が、本実施例においては、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）と異なるだけで互いに同様の機構構成の電子写真画像形成機構である。各作像ステーション１０の構成および動作は共通である部分が多い。従って、以下の説明においては、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた機器や要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）は省略して総括的に説明する。

図３は上記４つの作像ステーション１０の一つの部分の拡大図である。各作像ステーション１０は、それぞれ、回転可能な像担持体（第１の像担持体）としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１１を有する。各感光ドラム１１は、プリンタコントローラ２００から制御部１００に対するプリント信号の入力に基づいて所定の制御タイミングにて駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に本実施例においては１２０（ｍｍ／ｓｅｃ）の表面移動速度で回転駆動される。

各感光ドラム１１の周囲には感光ドラム１１の回転方向に沿ってそれぞれ感光ドラム１１に作用する電子写真画像形成プロセス手段としての次のようなプロセス手段が順次に配設されている。即ち、帯電手段１２、画像露光手段２０、現像手段１７、転写手段３１、除電手段４０、トナー除去手段１４などが順次に配設されている。

本実施例の画像形成装置１は、各作像ステーション１０において、それぞれ、感光ドラム１１、帯電手段１２、現像手段１７、トナー除去手段１４、の４つの機器をカートリッジハウジング８１内に所定の配置にて組み込んでプロセスカートリッジ８０としてある。

各カートリッジ８０は、それぞれ、装置本体１Ａ内の所定の装着部に対して所定の手順・要領にて着脱自在に配設される。各カートリッジ８０はそれぞれ装置本体１Ａ内の所定の装着部に対して所定に装着されている状態において、カートリッジ８０側の駆動入力部（不図示）と装置本体１Ａ側の駆動出力部（不図示）とが結合する。これにより、カートリッジ８０側の感光ドラム１１や現像手段１７が装置本体１Ａ側の駆動手段Ｍにより駆動可能となる。駆動手段Ｍは制御部１００で制御される。

また、各カートリッジ８０はそれぞれ装置本体１Ａ内の所定の装着部に対して所定に装着されている状態において、カートリッジ８０側の入力電気部（不図示）と装置本体１Ａ側の出力電気接点部（不図示）とが結合する。これにより、カートリッジ８０側の帯電手段１２、現像手段１７に対してそれぞれ装置本体１Ａ側の電源部Ｅ１２・Ｅ１７から所定の帯電バイアスや現像バイアスが所定の制御タイミングにて印加可能となる。電源部Ｅ１２・Ｅ１７は制御部１００で制御される。

また、各カートリッジ８０はそれぞれ記憶媒体（不揮発性メモリ）８２が配設されている。各カートリッジ８０はそれぞれ装置本体１Ａ内の所定の装着部に対して所定に装着されている状態において、カートリッジ８０側の上記の記憶媒体８２と装置本体１Ａ側の情報伝達手段１０１とが電気的に接続する。制御部１００は情報伝達手段１０１を介してカートリッジ８０側の記憶媒体８２に記憶されている情報を読み出すことが出来る。また、記憶媒体８２に必要な情報を書き込むことが出来る。

本実施例において、感光ドラム１１は、導電性基材である外径３０ｍｍのアルミシリンダーに少なくとも電荷発生層と電荷輸送層を薄膜塗工されたものである。

電荷発生層には、感度のよいフタロシアニン化合物を使用している。フタロシアニン化合物としては、例えば、銅フタロシアニン、オキシチタニウムフタロシアニン、シリコンフタロシアニン及びガリウムフタロシアニン等に代表されるフタロシアニン化合物が挙げられる。本実施例では、ガリウムフタロシアニン化合物を用いた。

電荷輸送層は、電荷発生層の上に１５μｍの膜厚になるように塗工されている。電荷輸送層の材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂などが挙げられる。本実施例では、ポリカーボネートの化合物を用いた。

帯電手段１２は感光ドラム１１の表面を所定の極性と電位に一様に帯電する手段である。本実施例においては、帯電手段１２として接触帯電部材である帯電ローラを用いている。帯電ローラ１２は、芯金と、芯金周りに同心一体に形成された導電性弾性体層とを有し、感光ドラム１１に対してほぼ並行に配列され、かつ導電性弾性体層の弾性に抗して所定の押圧力で当接している。芯金の両端部は回転可能に軸受け支持されており、帯電ローラ１２は感光ドラム１１の回転に従動して回転する。

本実施例においては、感光ドラム１１が回転駆動された後の所定の制御タイミングにて帯電ローラ１２の芯金に対して電源部Ｅ１２から帯電バイアスとして約−１０００Ｖ程度のＤＣ電圧が印加される。これにより、感光ドラム１１の表面は−４５０Ｖ程度の表面電位（暗部電位ＶＤ）に一様に接触帯電処理される。

画像露光手段２０は本実施例においてはレーザー露光ユニットである。レーザー露光ユニット２０は、図には省略したけれども、制御部１００から入力するデジタル画素信号に対応してレーザー光を出力するレーザー出力部、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、反射鏡等を有している。

レーザー露光ユニット２０は、帯電ローラ１２により一様に帯電処理された感光ドラム１１の表面を所定の制御タイミングにて、デジタル画素信号に対応して変調されたレーザー光Ｌで主走査露光する。これにより、感光ドラム１１の表面の露光部分の電位が暗部電位ＶＤから露光部電位ＶＬ（−１００Ｖ程度）に減衰する。そのため、感光ドラム１１の表面に暗部電位ＶＤと露光部電位ＶＬとの差による電位コントラスト（潜像コントラスト）に基づいて、走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。

現像手段１７は感光ドラム１１の表面に形成された静電潜像に現像剤としてのトナーを供給してトナー像を形成する手段である。本実施例において現像手段１７は現像剤として非磁性一成分トナー（マイナス帯電特性）を用いたジャンピング現像装置（非磁性一成分−非接触現像装置）である。

この現像装置１７は、現像容器１６に収納されたトナーを担持して感光ドラム１１との対向部である現像位置に搬送する回転可能な現像スリーブ１３を有する。また、現像スリーブ１３上のトナー層を均一化するための現像ブレード１５を有する。

ここで、第１の作像ステーション１０Ｙのカートリッジ８０Ｙの現像容器１６ＹにはＹ色のトナーが収容されている。従って、感光ドラム１１ＹにはＹ色トナー像が形成される。第２の作像ステーション１０Ｍのカートリッジ８０Ｍの現像容器１６ＭにはＭ色のトナーが収容されている。従って、感光ドラム１１ＭにはＭ色トナー像が形成される。

また、第３の作像ステーション１０Ｃのカートリッジ８０Ｖの現像容器１６ＣにはＣ色のトナーが収容されている。従って、感光ドラム１１ＣにはＣ色トナー像が形成される。第４の作像ステーション１０Ｋのカートリッジ８０Ｋの現像容器１６ＫにはＫ色のトナーが収容されている。従って、感光ドラム１１ＫにはＫ色トナー像が形成される。

現像スリーブ１３は、基材である直径寸法が１６ｍｍのアルミニウムスリーブと、結着樹脂（バインダー樹脂）の被覆層をからなる。被覆層には粒子が添加されておりその粒子によって現像スリーブ１３は適度な表面粗さを有している。感光ドラム１１に対して並行に配置され、感光ドラム１１と現像スリーブ１３との間には約２５０μｍのギャップを設けている。

現像ブレード１５は、現像スリーブ１３に担持されている非磁性トナーの層厚を規制する弾性材製のブレードが取り付けられている。現像ブレード１５はシリコーンゴム、ウレタンゴムなどのゴム部材からなり、現像スリーブ１３に所定の押圧力にて自由端を当接している。

現像スリーブ１３は感光ドラム１１が回転駆動された後の所定の制御タイミングにて矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動され、摩擦によって負極性に帯電されたトナーを感光ドラム１１と対向する現像位置に担持搬送する。画像形成工程時には、現像スリーブ１３に対して電源部Ｅ１７から、周波数１８００Ｈｚ，電圧１２００Ｖｐｐの交流電圧に−３５０Ｖの直流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。

これにより、現像位置においてトナーが現像スリーブ１３と感光ドラム１１とのギャップ部を振動的に飛翔して感光ドラム１１の表面の露光部電位ＶＬ部分に選択的に付着して感光ドラム表面の静電潜像がネガトナーにより反転現像される。即ち、感光ドラム１１の表面に形成された静電潜像は現像スリーブ１３に印加されている直流電圧と露光部電位ＶＬとの電位差（現像コントラスト）によって、現像スリーブ１３上のトナーが現像され顕像化される。

各転写手段３１はそれぞれ対応する感光ドラム１１に形成されたトナー像を後述する中間転写体（第２の像担持体）としての中間転写ベルト３０に一次転写する手段である。本実施例においてはこの転写手段３１として一次転写ローラを用いている。一次転写ローラ３１は、軸上に導電性弾性層を設けたローラ状に構成され、それぞれ感光ドラム１１に対してほぼ平行に配置され、中間転写ベルト３０を介して感光ドラム１１に所定の押圧力で当接している。中間転写ベルト３０と感光ドラム１１との当接部が一次転写位置Ｔ１である。

一次転写ローラ３１の軸には所定の制御タイミングにて電源部Ｅ３１から正極性（トナーの帯電極性とは逆極性）のＤＣ電圧が印加されることで転写電界が形成されるように構成される。

除電手段４０は中間転写ベルト３０に対するトナー像の一次転写後の感光ドラム１１の表面電位を除電してほぼ均一に均す手段である。本実施例においては露光除電手段であり、除電ＬＥＤユニットを用いている。

除電ＬＥＤユニット４０は、複数の小さなＬＥＤランプを感光ドラム１１の母線方向に所定の間隔で一列に配列したランプアレイ（イレーサランプ）と、ＬＥＤに電圧を供給する接点などからなり、制御部１００からの制御信号に応じて点灯、消灯される。除電ＬＥＤユニット４０は、一次転写位置Ｔ１とトナー除去手段としてのドラムクリーナ１４の間に感光ドラム１１に所定の距離をもって対向するように装置本体１Ａ側に配置されている。

そして、除電ＬＥＤユニット４０の全部のＬＥＤランプが点灯されることで、回転する感光ドラム１１の表面が一次転写位置Ｔ１とドラムクリーナ１４の間において感光ドラム母線方向にほぼ均一な照度で露光（全面露光）される。これにより、感光ドラム表面の残留電位が減衰して感光ドラム表面がほぼ均一に除電される。即ち、除電ＬＥＤユニット４０は転写後の感光ドラム１１の表面の電位を光照射することで除去する除電手段である。

なお、除電手段４０は、次に説明するトナー除去手段としてのドラムクリーナ１４と帯電ローラ１２との間の位置に配設することも出来る。

トナー除去手段としてのドラムクリーナ１４は、中間転写ベルト３０に対するトナー像の一次転写後の感光ドラム１１の表面から転写残トナーを除去して感光ドラム表面を清掃する手段である。本実施例においては、除電ＬＥＤユニット４０と帯電ローラ１２との間に感光ドラム１１に接触させて配置されている。ドラムクリーナ１４は、金属の板金に板状の弾性部材を設けたものであり、弾性部材の先端部を感光ドラム表面に対していわゆるカウンタ方向で所定の押圧力をもって当接させている。弾性部材の材料としては耐摩耗性、塑性変形性等の観点からポリウレタンゴムを採用している。

感光ドラム表面の転写残トナーはドラムクリーナ１４により感光ドラム表面から掻き落とされて除去される。掻き落とされたトナーはクリーナ容器１８に収容される。表面が清掃された感光ドラム１１は繰り返して画像形成に供される。

第１〜第４の作像ステーション１０の下方には中間転写ベルトユニット３５が配設されている。このユニット３５は、第１の作像ステーション１０Ｙ側と第４の作像ステーション１０Ｋ側とに並行に配設された二次転写対向ローラ３３および駆動ローラ３４と、この２本のローラ３３と３４とに張架された可撓性を有する中間転写ベルト３０と、を有する。第１〜第４の作像ステーション１０はローラ３３と３４の間の上行側ベルト部分の上面側にベルトに沿って配列されている。

各一次転写ローラ３１は中間転写ベルト３０の内側においてそれぞれ対応する感光ドラム１１の軸線ほぼ平行に配置されており、中間転写ベルト３０の上行側ベルト部分を介して感光ドラム１１の下面に当接している。また、二次転写対向ローラ３３には中間転写ベルト３０を介して二次転写ローラ３２が対向して配置され、適度な圧力を加えた状態で二次転写対向ローラ３３に当接している。二次転写ローラ３２と中間転写ベルト３０との当接部が二次転写位置Ｔ２である。

本実施例において、中間転写ベルト３０は、電気抵抗値（体積抵抗率）が１０¹¹〜１０¹⁶（Ω・ｃｍ）程度の厚さ１００〜２００μｍの樹脂フィルムを、無端状に形成したものである。樹脂フィルムは、ＰＶｄｆ（ポリフッ化ビニリデン）、ナイロン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のフィルムである。

駆動ローラ３４は制御部１００に対するプリント信号の入力に基づいて所定の制御タイミングにて駆動手段Ｍにより矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。これにより、中間転写ベルト３０が、各作像ステーション１０の感光ドラム１１の回転方向に対して順方向の矢印の時計方向に、かつ感光ドラム１１の回転速度に対応した速度(所定のプロセス速度）で循環駆動される。二次転写対向ローラ３３、各一次転写ローラ３１、二次転写ローラ３２は中間転写ベルト３０の移動に従動して回転する。

二次転写対向ローラ３３のベルト懸回部において、二次転写位置Ｔ２よりもベルト移動方向下流側の部分には中間転写ベルト３０の表面に当接させてベルトクリーナ７０が配設されている。

ベルトクリーナ７０は、二次転写位置Ｔ２において中間転写ベルト３０の表面から記録材Ｐに対するトナー像の二次転写後に中間転写ベルト表面に残留した二次転写残トナーを除去するトナー除去手段である。中間転写ベルト表面の二次転写残トナーはベルトクリーナ７０によりベルト表面から掻き取られる。掻き取られたトナーはクリーナ容器７１に収容される。表面が清掃された中間転写ベルト３０は繰り返して画像形成に供される。

中間転写ベルトユニット３５の下方には給紙ユニット５４が配設されている。給紙ユニット５４は、記録材（転写材）Ｐを収納するカセット５０と、カセット５０から転写材Ｐを一枚ずつ送り出すピックアップローラ５１と、ピックアップローラ５１から送り出された転写材Ｐを搬送する給紙ローラ対５２、５３などから構成される。

カセット５０から一枚分離給送された記録材Ｐは所定の制御タイミングで二次転写位置Ｔ２に導入されて中間転写ベルト３０側のトナー像の二次転写を受ける。二次転写ローラ３２は一次転写ローラ３１と同様に導電性ローラであり、軸には、装置本体１Ａ側の電源部（不図示）から正極性（トナーの帯電極性とは逆極性）のＤＣ電圧が所定の制御タイミングで印加されることで転写電界が形成されるように構成される。

二次転写位置Ｔ２を通過した記録材Ｐは中間転写ベルト３０から分離されて搬送路９１により上方に送られて定着ユニット６０に導入される。定着ユニット６０は、定着ヒータ（不図示）によって加熱されて所定の温度に温調制御される定着ローラ６２と、所定の押圧力で定着ローラ６２に加圧されている加圧ローラ６１から構成されている。記録材Ｐは定着ローラ６２と加圧ローラ６１とのニップ部で挟持搬送されてトナー像の定着処理を受ける。即ち、トナー像が熱と圧力により固着像として記録材Ｐに定着される。

定着ユニット６０を通過した記録材Ｐは搬送路９２を通って排出口９３から画像形成装置１の上面の排出トレイ９４上に画像形成物として排出される。

フルカラー画像形成モード（以下、カラーモードと称する）の場合には、第１〜第４の４つ作像ステーション１０が並行して画像形成動作する。

即ち、前述のような電子写真画像形成プロセスにより第１の作像ステーション１０Ｙの感光ドラム１１Ｙにはフルカラー画像のＹ色成分に対応するＹ色トナー像が形成される。そのトナー像が一次転写位置Ｔ１において中間転写ベルト３０上に一次転写される。

第２の作像ステーション１０Ｍの感光ドラム１１Ｍにはフルカラー画像のＭ色成分に対応するＭ色トナー像が形成される。そのトナー像が一次転写位置Ｔ１において中間転写ベルト３０上にすでに転写されているＹ色トナー像に重畳されて一次転写される。

第３の作像ステーション１０Ｃの感光ドラム１１Ｃにはフルカラー画像のＣ色成分に対応するＣ色トナー像が形成される。そのトナー像が一次転写位置Ｔ１において中間転写ベルト３０上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色のトナー像に重畳されて一次転写される。

第４の作像ステーション１０Ｋの感光ドラム１１Ｋにはフルカラー画像のＫ色成分に対応するＫ色トナー像が形成される。そのトナー像が一次転写位置Ｔ１において中間転写ベルト３０上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色のトナー像に重畳されて一次転写される。

このようにして、中間転写ベルト３０上にＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色フルカラーの未定着のトナー画像が合成形成される。そして、そのトナー像が引き続く中間転写ベルト３０の移動により二次転写部に搬送されて記録材Ｐに順次に一括して二次転写される。その記録材Ｐが定着ユニット６０に導入されて定着処理（４色のトナーの融解混色）されてフルカラー画像形成物として排出トレイ９４に排出される。

また、本実施例の画像形成装置においては、上記の４色で画像形成を行なうカラーモードによる画像形成モードの他に、単色で画像形成を行なうモノ画像形成モード（以下、モノモードと称する）を有している。カラーモードとモノモードの切り替えは、コントローラ２００から制御部１００に送られてきた信号によって制御される。

モノモードは、本実施例においては、上記の画像形成動作をＫ色の作像ステーションである第４の作像ステーション１０Ｋのみで行なう。そのため、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色の作像ステーションである第１〜第３の作像ステーション１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃでは画像形成動作を行なう必要はない。

よって、モノモード時は、第１〜第３の作像ステーション１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの現像スリーブ１３は、回転駆動力が伝達されない状態で待機している。つまり、現像スリーブ１３は停止した状態である。また、第１〜第３の作像ステーション１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの感光ドラム１１は中間転写ベルト３０との当接による摺擦によるメモリが発生しないように第４の作像ステーション１０Ｋの感光ドラム１１とともに回転駆動している。このとき、第１〜第３の作像ステーション１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの帯電ローラ１２には電圧を印加せず、除電ＬＥＤユニット４０のＬＥＤランプも点灯していない。

＜プリント動作時のシーケンス＞
図４は上記画像形成装置１の画像形成動作時のシーケンス図である。

１）停止状態：画像形成装置１のメイン電源スイッチ（不図示）がオフにされている状態時である。従って、画像形成装置１は動作を停止している。

２）前多回転工程：メイン電源スイッチがオンにされたときに実行される画像形成装置１の始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。駆動手段（メインモータ）Ｍが起動されて各作像ステーション１０の感光ドラム１１、中間転写ベルトユニット３５などの回転駆動がなされる。また、その他の所定のプロセス機器の準備動作が実行される。定着ユニット６０についても駆動がなされ、定着ローラ６１が所定の温度まで立ち上げられる。

３）スタンバイ状態：所定の前多回転工程が終了したら、駆動手段Ｍの駆動が停止されて、コントローラ２００から制御部１００へのプリント信号（画像形成開始命令、プリントジョブスタート命令）の入力待ちをしている状態時である。

４）前回転工程：プリント信号の入力に基づいて、駆動手段Ｍを再起動させて感光ドラム１１、中間転写ベルトユニット３５などを回転駆動させるとともに、その他の所要のプロセス機器について所要のプリント準備動作を実行する画像形成前動作期間である。

より具体的には、ａ：制御部１００がコントローラ２００からプリント信号を受信、ｂ：フォーマッタで画像情報を展開（画像情報のデータ量やフォーマッタの処理速度により展開時間は変わる）、ｃ：前回転工程の開始、という順序となる。

なお、前記２）の前多回転工程中にプリント信号が入力した場合には、２）の前多回転工程の終了後に、３）のスタンバイ状態無しに、引き続いて４）の前回転工程に移行する。

５）プリント工程（画像形成工程）：入力したプリント信号に基づく所定の１枚（モノプリント）あるいは連続複数枚（マルチプリント）のプリントを実行する画像形成動作工程である。即ち、４）の所定の前回転工程が終了すると、引き続いてプリント工程が実行されて、画像形成済みの記録紙Ｐが出力される。

マルチプリントの場合にはプリント工程が繰り返されて所定枚数分の画像形成済みの記録紙Ｐが順次に出力される。マルチプリントにおいて一の記録紙Ｐの後端と次の記録紙Ｐの先端との間隔工程が紙間工程である。次の記録紙に対してのプリント動作を行うまでの紙間工程で所定の処理を実行した後、２枚目以降のプリント工程に移る。

６）後回転工程：所定のプリント工程が終了した後に所要のプロセス機器について所定の印刷終了動作を実行する画像形成後動作期間である。即ち、モノプリントの場合にはその１枚の画像形成済み記録紙Ｐが出力された後も、マルチプリントの場合には連続複数枚の最後の画像形成済み記録紙Ｐが出力された後も、駆動手段Ｍを引き続き所定の時間駆動させる。この間において所要のプロセス機器について所要の画像形成後動作を実行する期間である。

７）スタンバイ状態：所定の後回転工程の終了後、駆動手段Ｍの駆動が停止されて、コントローラ２００から制御部１００へのプリント信号の入力待ちをする状態に戻る。

＜感光ドラム寿命の要因＞
次に、本実施例の構成で、感光ドラム１１の寿命を決定する要因について説明する。感光ドラム１１の寿命は、必要な潜像コントラストが確保できる限界で決まる。図５に示すように、潜像コントラストとは、帯電手段１２によって帯電された感光ドラム１１の表面電位（暗部電位）ＶＤと、露光手段２０によって露光された感光ドラム１１の表面電位（露光部電位）ＶＬとの差分である。潜像コントラストは、暗部電位ＶＤと現像バイアスの直流電圧値Ｖｄｃとの差であるバックコントラストと、直流電圧値Ｖｄｃと露光部電位ＶＬの差である現像コントラストのふたつに区分される。

バックコントラストは、所定の値より小さくなると、トナーが白地部にも飛翔してしまうカブリ現象や、画像上の線が太くなる現象が発生することが知られている。図６にバックコントラストと感光ドラム１１上のカブリトナー量の関係を示す。本実施例の構成では、バックコントラストが１００Ｖ以下になると急激に不良化する傾向がある。逆に、１７０Ｖを超えてくると逆極性に帯電したトナーのカブリが不良化する傾向があるため、バックコントラストの狙いは１５０Ｖに設定している。

現像コントラストは、所定の値よりも小さくなると感光ドラム１１に飛翔するトナーの量が足りずに画像濃度が薄くなる現象が発生する。図７に現像コントラストと紙上濃度の関係を示す。現像コントラストが１６０Ｖを下回ると濃度が限界値（濃度が薄いと判断されるレベル）を下回ってしまうことが分かる。そのため、感光ドラム１１の寿命は、このバックコントラストと現像コントラストが十分に確保できる限界値で決定される。本実施形態では、その値は約３１０Ｖである。

＜従来の感光ドラムの寿命判断方法＞
従来、感光ドラム１１の寿命を判断する方法として、感光ドラム１１の表面電位を測定し潜像コントラストが確保できているかで判断する方法が知られている。また、感光ドラム１１の回転数や回転時間などをカウントし、予め設定された閾値に達した時に寿命判断する方法などが知られている。

しかし、前記の表面電位を直接測定する方法は、特に本実施例のような構成では、各々のステーションに測定手段を設ける必要があり、装置が大型化するため、近年の小型化の要望を満たすことが難しい。

また、感光ドラム１１の回転数や時間で寿命を判断する方法では精度よく寿命を判断できない場合がある。即ち、本実施例の画像形成装置におけるモノモード時の第１〜第３の作像ステーション１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃの感光ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃのように、画像形成中とは違った状態（画像露光や除電露光を受けない状態）で回転する場合があるときなどである。

なぜなら、回転数で感光ドラム１１の電荷輸送層のおおよその膜厚を予測できるものの、感光ドラム１１の光疲労の具合を考慮していないためである。光を受けていない感光ドラム１１は光疲労していないため、同じ膜厚であっても使用することが可能であることを本発明者らは発見した。

＜電荷輸送層の膜厚と潜像コントラストの関係＞
図８に本実施例の画像形成装置１で、感光ドラム１１が新品の状態からプリントしたときの第１の作像ステーション（イエローステーション）１０Ｙの感光ドラム１１の膜厚と潜像コントラストの関係を示す。条件は、帯電ローラ１２に−１０００Ｖを印加し、露光手段２０によってレーザー光量０．３０（μＪ／ｃｍ²）で露光している。図８中の◆がモノモードのみ、□がカラーモードのみで、一枚毎にインターバルを設けてプリントしたときの潜像コントラストを示している。

潜像コントラストは感光ドラム１１の電荷輸送層の膜厚に感度があり、膜厚が薄くなると潜像コントラストが徐々に小さくなる傾向がある。また、カラーモードのみでプリントを行なったときと、モノモードのみでプリントを行なったときで、その度合いが違っている。カラーモードでは除電工程で感光ドラム１１全域にＬＥＤ光を受けるため受光量が多い、逆にモノモードは露光されない。そのため、カラーモードでは光疲労によって感度が不良化し潜像コントラストが確保しにくくなっている。

本実施例の構成では、潜像コントラストを３１０Ｖ以上確保する必要がある。そのため、カラーモードのみでプリントしたときには１０μｍ、モノモードのみのときは６μｍが感光ドラム１１の寿命膜厚となる。この膜厚の差は光疲労による差であり、膜厚だけでなく光疲労度も考慮した寿命判断を行なうことが、感光ドラム１１の寿命を精度よく検知することにつながる。

＜本実施例における感光ドラムの寿命制御＞
次に、本実施例における感光ドラム１１の寿命制御について説明する。最初に感光ドラム１１の電荷輸送層の膜厚を予測する方法について説明する。

電荷輸送層は、ドラムクリーナ１４との摺擦によって主に削られる。削られる量は、帯電工程で放電を受けたときと、受けていない時で差があり、放電を受けたときには多く削れる傾向がある。本実施例の構成では、その比率が約２倍である。本実施例では、帯電ローラ１２に電圧が印加されている時間ｔ１と印加されていない時間ｔ２と分けて、感光ドラム１１の回転時間を積算し、式１を用いて、膜厚を算出している。

Ｃｎｏｗ＝Ｃｉｎｉｔｉａｌ−Ａ×（ｔ１×２＋ｔ２） ・・・式１
Ｃｎｏｗ：現時点での電荷輸送層の膜厚
Ｃｉｎｉｔｉａｌ：初期の電荷輸送層の膜厚
Ａ：削れ係数
ｔ１：帯電ローラ電圧印加時の感光ドラム回転時間
ｔ２：帯電ローラ電圧印加なし時の感光ドラム回転時間
即ち、制御部１００の感光体膜厚検知機能部（感光体膜厚検知手段）１０２が上記の式１を用いて現時点での感光体の電荷輸送層の膜厚Ｃｎｏｗを算出（検知）する。

次に、感光ドラム１１の光疲労度を検知する方法について説明する。本実施例の構成では、感光ドラム１１の光疲労の主な要因は、除電工程での除電ＬＥＤユニット４０による光除電である。除電工程で感光ドラム１１が受ける露光量は１．００（μＪ／ｃｍ²）であり、通常の画像形成時に露光工程で受ける露光量０．３０（μＪ／ｃｍ²）よりもかなり強い光量である。

また、通常の露光工程（画像露光）では常に感光ドラム１１の全面を露光するようなことはなく、印字率は５％程度であるため、感光ドラム１１の感度低化に対しての影響は小さい。よって、除電工程を受けた時間が感光ドラム１１の感度に大きく影響する。

そのため、本実施例では、除電ＬＥＤユニット４０が発光している時間を制御部１００のカウンタ（計数機能部）１０３で測定し積算し、光疲労度を予測している。即ち、制御部１００の感光体受光量検知機能部（感光体受光量検知手段）１０４は除電ＬＥＤユニット４０の発光時間を上記カウンタ１０３で測定し積算しており、除電ＬＥＤユニット４０の発光時間に基づいて感光体受光量（光疲労度）を検知する。

寿命を決定づける潜像コントラストは、上述したように電荷輸送層の膜厚と受光量に相関がある。よって、本発明者らは、膜厚毎に必要な潜像コントラストが確保可能な受光量（除電ＬＥＤ発光時間）を検討によって求め、閾値を決定した。

図９に膜厚とＬＥＤ発光時間の閾値の関係を示す。本構成では、膜厚が１１μｍまではＬＥＤ発光時間によらず潜像コントラストが確保できるため、１１μｍ以下でＬＥＤ発光時間との関係で寿命判断している。例えば、１１μｍのときにはＬＥＤ発光時間の積算値が約８４０分に到達していると寿命報知を行なう。９μｍのときには５００分のＬＥＤ発光時間に達すると寿命報知を行なう。まったく露光を受けていない状態だと６μｍまで使用可能となる。

＜感光ドラム１１の寿命判断のフローチャート＞
図１に本実施例での感光ドラム１１の寿命を判断するフローを示す。この寿命判断は制御部１００が行う。制御部１００は、画像形成装置１のスタンバイ状態（Ｓ００１）から画像形成動作を開始すると（Ｓ００２）、感光体膜厚検知機能部１０２で感光ドラム１１の回転時間を計測し、計測結果から電荷輸送層の膜厚を予測する（Ｓ００３、Ｓ００４）。同時に、感光体受光量検知機能部１０４で除電ＬＥＤユニット４０の発光時間を計測し、それまでに積算した時間に加算して積算発光時間を算出する（Ｓ００５、Ｓ００６）。

画像形成終了後（Ｓ００７）、最初に膜厚が１１μｍ以下かどうかを判断する（Ｓ００８）。１１μｍより厚いと判断したらスタンバイ状態に戻る。１１μｍ以下であれば、寿命に達している可能性があるため寿命判断を行なう。図９にある膜厚と発光時間の閾値の関係から、その時点での膜厚に対応した発光時間閾値を設定し、積算発光時間と発光時間閾値とを比較する（Ｓ００９）。積算発光時間の方が小さければ（Ｓ００９−ＮＯ）、スタンバイ状態に戻る。大きければ（Ｓ００９−ＹＥＳ）、感光ドラム１１の寿命に到達したと判断して警告を報知する（Ｓ０１０）。

即ち、制御部１００は、感光体膜厚検知機能部（感光体膜厚検知手段）１０２が検知した結果と感光体受光量検知機能部（感光体受光量検知手段）１０４が検知した結果に基づいて感光ドラム（感光体）１１の寿命を検知する。

感光ドラム１１の寿命に到達したと判断したときの警告報知は、本実施例においては、画像形成装置１の操作部１０５の表示部１０６或いはコントローラ２００側の表示部２０２にその旨の表示がなされることでなされる。ユーザーはその警告報知に基づいてカートリッジ８０の交換などの必要な処置を行う。

本実施例の構成において、従来の方法のように膜厚のみで判断した時には、例えば１０μｍで寿命判断していたときには、１枚インターバルプリントしたときのプリント可能枚数は、カラーモードで５０００枚、モノモードで１００００枚であった。それに対し、本発明の方法である感光ドラム１１の受光量と膜厚から寿命を判断する方法を用いることで、カラーモードは５０００枚で変わらないが、モノモードでは１８０００枚までプリント可能となった。また、寿命報知するまでのあいだ、画像品質に問題は無かった。

このように感光ドラム１１の寿命判断を膜厚と受光量で行なうことで、良好な画像品質を保ちつつ、無駄なく感光ドラム１１を使用することが可能となった。本発明に関する重要な情報である膜厚に関する情報や受光量に関する情報は、各カートリッジ８０に設けられた記憶媒体８２に記憶される。それによって、使用途中のカートリッジ８０が別の画像形成装置に装着されても、感光ドラム１１の寿命判断を確実に行なうことが可能となる。

［実施例２］
本実施例２では、実施例１の構成から除電手段４０がない以外は同じ構成の画像形成装置である。本実施例２では、画像形成終了後の感光ドラム１１上の電位を除電するために、画像形成動作終了後に画像露光手段２０を用いて感光ドラム１１の長手に渡って感光ドラム数周分レーザー照射（全面レーザー照射）を行なう。

画像形成後の後回転工程で、この感光ドラム１１の全面レーザー照射を行なっている。そのため、連続プリント（１００枚毎に後回転が入るプリント）と１枚毎プリント（一枚毎に後回転が入るプリント）で、後回転の回数が異なるため、単純に膜厚を予測するだけでは正確に感光ドラム１１の寿命を判断するのが困難である。後回転工程でのレーザー照射を受けている１枚毎プリントの方が、同じ膜厚でも潜像コントラストが取りにくい傾向にある。

よって、実施例１と同様に、膜厚毎に受光量の閾値を設定し、その時点の膜厚と、レーザー照射時間とその光量から算出した積算受光量をもとに感光ドラム１１の寿命判断を行なうことが有効である。即ち、本実施例において制御部１００の感光体受光量検知機能部（感光体受光量検知手段）１０４が検知する受光量は、露光手段２０が感光ドラム１１を露光したドット数または時間を積算した値である。

従来であれば、１枚毎プリント、連続プリントともに同じ膜厚で感光ドラムの寿命としていた。これに対して、本実施例の方法で感光ドラムの寿命を判断することで、様々な使用方法においても、感光ドラム１１の寿命を適正に判断し、画像品質を保ちつつ感光ドラム１１を無駄なく使用することが可能となった。

［実施例３］
本実施例３で用いる画像形成装置は、実施例２とほぼ同様である。違う点は、トナー像を形成しない白地部に対しても画像露光手段２０で弱い光量で露光するバックグランド露光制御を行なっている点である。バックグランド露光は、弱い光量ではあるものの、画像形成中、常時感光ドラム１１をレーザー照射しているため点灯している。そのため、感光ドラム１１の光疲労が発生することがある。

このような構成においては、バックグランド露光での受光量を計測し、感光ドラム１１の光疲労度のパラメータとすることができる。バックグランド露光での受光量と膜厚と、潜像コントラストの関係から膜厚毎の受光量の閾値を設定すれば、本発明の効果である感光ドラム１１の寿命を精度よく判断することが可能となる。

即ち、本実施例においても、制御部１００の感光体受光量検知機能部（感光体受光量検知手段）１０４が検知する受光量は、露光手段２０が感光ドラム１１を露光したドット数または時間を積算した値である。

［実施例４］
本実施例４は、実施例１に記載の画像形成装置と同じ構成で、除電ＬＥＤ４０の発光時間の積算方法に違いがある。その違いについて以下で説明する。

感光ドラム１１の光疲労度は、感光ドラム１１の電荷輸送層の膜厚が薄いときに受けた光量の影響が大きい傾向があった。そのため、さらに精度よく感光ドラムの寿命判断を行なうために、本実施例４では、膜厚毎に除電ＬＥＤの発光時間に疲労係数ｙを掛けた値を積算している。

本実施例４の感光ドラムの寿命判断方法について以下に説明する。図１０に本実施例の膜厚と疲労係数ｙの関係を示す。膜厚毎に疲労係数を設け、疲労係数は膜厚が薄くなるに従って大きな値にしている。制御部１００は、プリント動作毎に、ＬＥＤ発光時間を積算し、その値にその時点の膜厚に対応した疲労係数ｙを掛けた値である光疲労値を算出し、それまでに積算された累積光疲労値に加算する。予め寿命を判断する境界値となる累積光疲労値の閾値を膜厚毎に設け、プリント毎にその時点の膜厚を算出するとともに累積光疲労値を膜厚に応じた閾値と比較することで、寿命判断を行なう。

総受光量（ＬＥＤ発光時間）が同じであっても、膜厚が厚いときに多く露光を受けたときには膜厚が薄い状態になってから露光を多く受けたときより光疲労値が小さくなる。これによって、感光ドラム１１の電荷輸送層の膜厚が薄いときに受けた光量の影響が大きいという現象に合った制御が可能となる。よって、この方法を用いることで、実施例１よりもさらに正確に感光ドラムの寿命判断が可能となった。

また、本実施例４は、光疲労度を精度よく計測するために膜厚毎に疲労係数を設けて算出したが、例えば、直近の受光量が大きく感度に影響を与える場合には、１μｍ削れる間に受けた光量を計測する方法で、光疲労度を算出する方法も有効である。

［その他の事項］
１）以上の実施例では、カラーモードとモノモードの差について述べたが、それ以外にも除電工程なしで感光ドラム１１が回転するようなタイミングがあるときには、同様にこの感光ドラム１１の寿命判断方法が有効になる。

たとえば、レッド（赤）単独の画像形成の場合はＹ色＋Ｍ色の重畳トナー像を形成するために第１と第２の作像ステーション１０Ｙと１０Ｍが画像形成動作する。第３と第４の作像ステーション１０Ｃと１０Ｋは感光ドラム１１が回転するが画像形成動作せず、除電工程も無しとなる。

また、ブルー（青）単独の画像形成の場合はＭ色＋Ｃ色の重畳トナー像を形成するために第２と第３の作像ステーション１０Ｍと１０Ｃが画像形成動作する。第１と第４の作像ステーション１０Ｙと１０Ｋは感光ドラム１１が回転するが画像形成動作せず、除電工程も無しとなる。

また、グリーン（緑）単独の画像形成の場合はＹ色＋Ｃ色の重畳トナー像を形成するために第１と第３の作像ステーション１０Ｙと１０Ｃが画像形成動作する。第２と第４の作像ステーション１０Ｍと１０Ｋは感光ドラム１１が回転するが画像形成動作せず、除電工程も無しとなる。

その他、種々の色の組み合わせにおいて、画像形成動作する作像ステーションと、感光ドラム１１が回転するが画像形成動作せず、除電工程も無しとなる作像ステーションとの各種の組み合わせが生じる。

２）また、中間転写体を用いずに記録材を搬送装置で担持して作像ステーションの転写位置を通過させて記録材上にトナー像を形成する構成の画像形成装置であってもよい。

３）実施例の画像形成装置１は第１乃至第４の４つの作像ステーションを配設したものであるけれども、色数は４色に限定されるものではなく、また色の並び順もこの限りではない。即ち、作像ステーションの数は２または３、あるいは５以上とした画像形成装置構成とすることもできる。

４）また、実施例ではカラー画像形成装置を用いて説明したが、これに限るものではなくモノクロ画像形成装置においても使用方法によって感光ドラム１１が受ける光量が変化し膜厚だけでは判断できない時には有効である。

５）本発明において、画像形成装置には、感光体に形成したトナー像或いは感光体から中間転写体に転写したトナー像を表示部に表示する画像表示装置（ディスプレイ装置、電子黒板装置、電子白板装置など）も含まれる。

１・・画像形成装置、１１・・感光体、１２・・帯電手段、２０・・露光手段、１７・・現像手段、３０・・中間転写、３１・・転写手段、４０・・除電手段、Ｐ・・記録材、１００・・制御部、１０２・・感光体膜厚検知手段、１０３・・カウンタ、１０４・・感光体受光量検知手段

Claims (3)

1. 回転可能な感光体と、前記感光体の表面を所定の電位に帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記感光体の表面に露光することで静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、を備えており前記感光体は繰り返して画像形成の用いられる画像形成装置において、
   前記感光体の電荷輸送層の膜厚を検知する感光体膜厚検知手段と、前記感光体の電荷輸送層が受けた受光量を検知する感光体受光量検知手段と、を有し、前記感光体膜厚検知手段の結果と前記感光体受光量検知手段の結果に基づいて前記感光体の寿命を検知することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光体受光量検知手段が検知する受光量は、前記露光手段が前記感光体を露光したドット数または時間を積算した値であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記感光体の表面に形成されたトナー像を中間転写体あるいは記録材に転写する転写手段を備えており、転写後の前記感光体の表面の電位を光照射することで除去する除電手段を有し、前記感光体受光量検知手段は、前記除電手段の発光時間を積算することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。