JP2017207618A - 画像形成装置および劣化予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体の表面層と電荷輸送層との界面不均一性に起因する画像濃度ムラの発生を予測可能な画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体１０１と、像担持体１０１の表面を帯電し、像担持体１０１に静電潜像を形成する静電潜像形成手段（帯電部１０２および露光部１０３）と、トナーを用いて静電潜像を現像し、像担持体１０１上にトナー像を形成させる現像部１０４と、像担持体１０１上に形成したトナー像の画像濃度を測定する画像濃度検知部１０５と、帯電部１０２に印加する帯電バイアス、現像部１０４に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを、通常作像条件から劣化予測条件へ変更する条件変更部２０１と、劣化予測条件で形成したトナー像の画像濃度を取得し、画像濃度が示すムラの度合いに基づいて、像担持体１０１の劣化度を算出する制御部２０２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置および劣化予測方法に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置においては高画質化に加え、長寿命化が求められており、最近ではさらに環境配慮の観点から、高画質を維持したままこれまで以上のサプライ品を含む長寿命化が求められている。これに対応して、耐摩耗性に優れた高耐久で高安定な電子写真感光体（以下、像坦持体とも称する）を用いることなどにより高画質を維持しつつ長寿命化を目的とした電子写真方式の画像形成装置が既に提供されている。

また、プロダクションプリンティング領域における画像形成装置については、高精度の故障予測技術の実現が望まれている。高精度の故障予測技術を実現することによって、ダウンタイムの大幅な低減や、メンテナンスのためのコスト低減が見込まれる。特に、像担持体の故障はその中でも重要である。

一方、電子写真型の画像形成装置の像担持体について、像担持体の耐摩耗性が著しく向上し像担持体が長期に渡って使用されることにより、これまでは顕在化してこなかった不具合が発生するようになった。その中の一つが、像担持体の表面層とその下層の電荷輸送層の界面の不均一性に由来する「画像濃度ムラ」である。これは、表面層と電荷輸送層の界面が不均一になることによって、局所的な電荷輸送能にムラが生じる現象で、長時間連続運転をして疲労された状態や作像条件が厳しい使われ方をすると出力画像に濃度ムラとして現れる。

画像形成装置は、画像濃度ムラなど、画像品質上問題があるような異常画像が生じると、修理完了まで使用することができず、ユーザに不便を強いてしまう。このため、故障の発生を事前に予測して、発生前に対処することが望まれる。

例えば、特許文献１には、画像形成装置における故障等の異常状態の発生時期まで予測可能することを目的とし、画像形成装置の状態と関連がある複数種類の情報を取得し、取得した複数種類の情報から指標値を算出し、指標値の時間変化のデータに基づいて、その後の画像形成装置の状態の変化を判定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、感光体の表面劣化に起因する異常画像が発生する時期を予測可能な画像形成装置を提供することを目的とし、感光体の表面の劣化度を算出する技術が開示されている。
しかし、特許文献１，２は、上述した像担持体の表面層と電荷輸送層との界面の不均一性に由来する画像濃度ムラの予測に関するものではない。
このように、画像形成装置の故障予測技術が提案されてきているが、いずれも実用性を考えるとまだまだ予測精度が不十分であり、故障と相関の高いパラメータの追加が望まれている。

本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、像担持体の表面層と電荷輸送層との界面不均一性に起因する画像濃度ムラの発生を予測可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、像担持体と、帯電手段によって前記像担持体の表面を帯電し、前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを用いて前記静電潜像を現像し、前記像担持体上にトナー像を形成させる現像手段と、前記像担持体上に形成したトナー像の画像濃度を測定する画像濃度検知手段と、前記帯電手段に印加する帯電バイアス、前記現像手段に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを、通常作像条件から劣化予測条件へ変更する条件変更手段と、前記劣化予測条件で形成した前記トナー像について、前記画像濃度を前記画像濃度検知手段から取得し、前記画像濃度が示すムラの度合いに基づいて、前記像担持体の劣化度を算出する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、像担持体の表面層と電荷輸送層との界面不均一性に起因する画像濃度ムラの発生を予測可能な画像形成装置を提供することができる。

一実施形態に係る画像形成装置の構成例を説明する要部概略図である。 実施形態１の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施形態２の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施形態２の劣化度データに基づく寿命予測の一例である。 実施形態２の劣化度データに基づく寿命予測の他の例である。 実施形態３の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施形態４の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

まず、本発明の一実施形態の装置例を説明する。
図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成例を説明する要部概略図である。図１では、像担持体１０１を中心とした作像処理に関連する構成例を示している。
像担持体１０１は、矢印方向に回転するドラム状の像担持体（電子写真感光体）であり、周囲に、帯電部（帯電装置）１０２、露光部（露光装置）１０３、現像部（現像装置）１０４、画像濃度検知部（画像濃度検知装置）１０５、転写部（転写装置）１０６、クリーニング部（クリーニング装置）１０７が配置されている。

帯電部１０２は、帯電電源部１１１から帯電バイアスが印加され、像担持体１０１の表面を一様に帯電する帯電手段である。
露光部１０３は、帯電された像担持体１０１の表面をレーザ光で露光して静電潜像を形成する露光手段である。
現像部１０４は、静電潜像に対してトナーを用いて現像し、トナー像を形成する現像手段である。現像部１０４は、現像電源部１１２から現像バイアスが印加され、現像領域に所望の電界が形成される。

画像濃度検知部１０５は、像担持体１０１上に形成されたトナー像の画像濃度を測定する画像濃度検知手段（画像濃度測定手段）である。
転写部１０６は、像担持体１０１上に形成されたトナー像を紙もしくは別の媒体に転写する転写手段である。
クリーニング部１０７は、摺擦部材１０７ａおよびクリーニングブレード１０７ｂにより像担持体１０１の表面に残されたトナーをクリーニングするクリーニング手段である。

帯電電源部１１１は、帯電部１０１へ帯電バイアスを供給し、現像電源部１１２は、現像部へ現像バイアスを供給する。帯電電源部１１１および現像電源部１１２は、供給するバイアスの大きさを、後述する劣化予測部２００の条件変更部２０１によって変更可能に構成される。

画像形成装置は、像担持体１０１を帯電部１０２によって帯電し、露光部１０３が静電潜像を形成し、さらに現像部１０４が静電潜像を現像してトナー像を形成する。そして、画像形成装置は、画像濃度検知部１０５が像担持体１０１上の画像濃度を測定した後、転写部１０６がトナー像を紙もしくは別の媒体に転写する。その後、クリーニング部１０７がクリーニング処理を行う。
帯電部１０２と露光部１０３とは、像担持体１０１の表面を帯電し、像担持体１０１に静電潜像を形成する静電潜像形成手段を構成する。

また、一実施形態の画像形成装置は、劣化予測部２００を備える。
劣化予測部２００は、像担持体１０１の劣化度を算出し、像担持体１０１劣化を予測する劣化予測手段であり、条件変更部２０１、制御部２０２、記憶部２０３および報知部２０４を備える。
一実施形態では、画像形成処理を行うときの作像条件として、通常の画像形成処理（作像処理）に適切となるように設定された通常作像条件と、劣化予測処理で画像濃度を測定するために設定された劣化予測条件とを有する。劣化予測条件の詳細については後述する。

条件変更部２０１は、作像条件を変更する条件変更手段である。一実施形態では、条件変更部２０１は、制御部２０２からの指示に基づいて作像条件を設定・変更する（条件変更処理）。また、条件変更部２０１は、帯電部１０２に印加する帯電バイアス、現像部１０４に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを変更可能に構成される。

制御部２０２は、像担持体の劣化を予測する劣化度を算出する制御手段であり、作像条件を所望の条件に変化させて形成したトナー像の画像濃度を取得可能に構成され、取得した画像濃度を用いて、像担持体１０１の劣化の指標となる劣化度を算出する。
詳細には、制御部２０２は、条件変更部２０１により作像条件を通常処理とは異なる劣化予測条件へ変化させ、劣化予測条件で形成したトナー像の画像濃度を画像濃度検知部１０５から取得し、画像濃度が示すムラの度合いに基づいて、像担持体の劣化度を算出する（劣化度算出処理）。
また、制御部２０２は、画像濃度または劣化度を記録部２０３に記録し、画像濃度または劣化度の経時的な変化に基づいて、像担持体１０１の劣化を予測する機能（劣化予測処理）を有することが好ましい。さらに、制御部２０３は、劣化度または画像濃度ムラの度合いを用いて、像担持体の故障発生を防止する機能、または、像担持体の交換時期を報知する機能を備えることがより好ましい。制御部２０３が実現する機能の詳細については、図２乃至７を参照して、各実施形態の動作例に沿って後述する。

記録部２０３は、像担持体の劣化の予測に用いる劣化予測情報を蓄積する記録手段である。記録部２０３は、経時的な劣化予測情報を蓄積可能に構成される。劣化予測情報は、例えば、画像濃度、画像濃度を数値化した画像ＩＤ、画像濃度ムラ偏差、画像濃度を用いて算出した劣化度などのデータであり、一実施形態では、劣化予測情報は、画像濃度のデータと劣化度のデータとの少なくとも一つを含むことを前提とする。
報知部２０４は、制御部２０２の指示に基づいて、画像形成装置の利用者（管理者）に像担持部１０１の劣化状態（寿命）を報知する報知手段である。

一実施形態の画像形成装置によれば、条件変更部２０１により、帯電バイアス、現像バイアスおよび現像ガンマを、所望の大きさに設定することが可能になり、通常の作像条件とは異なる劣化予測条件で形成したトナー像の画像濃度を取得することができる。また、制御部２０２により、劣化予測条件で形成したトナー像の画像濃度を用いて、像担持体の劣化度を算出することができる。これにより、像担持体の表面層と電荷輸送層との界面近傍で生じる画像濃度ムラの発生を予測する際に用いる、劣化予測情報を取得することができる。

なお、図１に示す画像形成装置は、一例であり、これに限られるものではない。一実施形態の画像形成装置は、少なくとも、像担持体、像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段、トナーを用いて静電潜像を現像し、像担持体上にトナー像を現像させる現像手段、形成したトナー像の濃度を測定する画像濃度検知手段、および、像担持体の劣化を予測する劣化予測手段を有していればよい。

ここで、一実施形態の劣化予測処理について説明する。
電子写真方式の画像形成装置である複写機，プリンタ，ファクシミリ等では、「画像濃度ムラ」と呼ばれる現象が起きることが知られている。まず、この「画像濃度ムラ」の発生するメカニズムを説明し、続いて、劣化予測処理の詳細を説明する。

像担持体は、長期的通紙により、徐々に表面が変化する。帯電手段は、放電により像担持体を帯電させるコロナ帯電方式や接触又は非接触帯電方式がある。これらによる帯電時に、像担持体は、放電により発生した放電生成物の付着、また帯電時の活性ラジカルの衝突による膜消失などの表面状態変化が起こる。
従来のように、像担持体寿命が短かった場合、上述した表面状態変化では、像担持体表面摩耗が非常に大きいため、像担持体の寿命は、主に像担持体摩耗で決まる。しかし近年、像担持体の高耐久化が望まれ、表面保護層を設けたこと、および、外部から像担持体表面潤滑材料を供給することにより、像担持体の寿命が飛躍的に向上した。

このように寿命が延びてくると、これまで問題なりにくかった画像濃度ムラによる異常画像が顕在化してくるようになる。この画像濃度ムラにも種類がいくつかあり、大別すると表面層近傍で発生するものと、表面層と電荷輸送層との界面近傍で起こるものとが挙げられる。

表面層近傍で発生する画像濃度ムラについては、像担持体表面が摩耗しにくくなったことから、像担持体表面が変化した場合、摩耗により、リフレッシュされず、劣化した表面状態が維持されるようになる。このような表面状態により、形成したトナー像が著しく劣化する場合がある。これは像担持体の表面状態変化により、像担持体表面の電気抵抗が低下し静電潜像が崩れやすくなり、所望の画像形成が行えなくなってしまうからである。しかし、この表面近傍由来の画像濃度ムラについては、使用経時で摩耗することで汚染された表面が随時リフレッシュされること、研摩手段をシステムに入れ込むことにより改善が試みられているという報告がされている（例えば、特許文献２）。

一方、表面層と電化輸送層との界面近傍で発生する画像濃度ムラについては、さらに長期期間使用後に現れる現象であり、これまで知見が少なかった。
前述のように像担持体への長寿命化対応のため、その多くには感光層の上にさらに表面保護層を設けることが主流になってきている。表面層に使用される材料や塗膜形成方法にもよるが、表面層を形成する場合に出来る電荷輸送層との界面の均一性が重要になってくる。表面層形成時の液の吹き付けや接液時間により下地である電荷輸送層への溶かし具合が変化し、電荷輸送層の電荷輸送材料や樹脂、添加剤などの構成材料が表面層側にマイグレートしてくる。
この現象は、表面層と電荷輸送層とで異なる電荷輸送材料や樹脂を用いている場合に、わずかな界面のムラや材料マイグレートのムラが、電荷輸送機能に影響を与えて電位ムラを生じやすくなることに起因する。電位ムラは、初期の内なら顕在化するレベルではないが、使用経時で材料によって劣化度合いが異なり、通電そのものや放電により発生する酸化ガス（ＮＯｘやＯ３）などが像担持体膜中に浸透し、界面付近まで到達することによって出力画像に濃度ムラとして顕在化してくる。

そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、画像濃度ムラ発生予測方法として像担持体表面に所定のパターンの潜像形成およびトナー現像を実施し、その時のトナー像の画像濃度ムラから推定トナー付着量のムラの程度を定量する方法を利用することで像担持体劣化度を定量的に算出することが可能であることを突き止めた。

像担持体は、像担持体表面層と電荷輸送層の界面の劣化により、静電潜像にムラが発生し、所望のトナー量が均一に付着せず、画像濃度ムラを引き起こす。その結果、画像濃度ムラに起因する異常画像が発生する。この画像濃度ムラの発生は、画像濃度検知手段による濃度変化により検出される。
また、画像濃度ムラが発生するときは、像担持体に形成された静電潜像のムラが生じる。この静電潜像のムラは、時間の経過と共に大きくなるが、一方で画像形成の条件によっても発生の仕方が変わってくる。特に、帯電手段が像担持体に印加する帯電電位が低い状態で露光手段により静電潜像を作像し、また現像手段における現像バイアスも低く、かつ、現像ガンマが高い条件でより顕著になる性質を持つことを発明者は見出した。

現像ガンマとは、現像能力の大小を表す値である。現像ガンマは、現像バイアス（ＶＢ）とトナー付着量の関係から求める。具体的には、横軸（Ｘ軸）を現像バイアス、縦軸（Ｙ軸）をトナー付着量とし、最小二乗法により一次直線式を求める。その一次直線式の傾きを現像ガンマと呼び、一次直線式と横軸との交点（Ｘ切片）を現像開始電圧と呼ぶ。現像ガンマは、温湿度の変化や経年劣化により現像剤の帯電量が変化するとその値が変動する性質を持つ。一成分現像においては、現像手段において、規制ブレードによる帯電制御を変えることにより現像ガンマに相当する、現像階調性を変化させることができる。

像担持体が初期状態の場合、低電位および高現像ガンマ条件での像担持体の静電潜像のムラは小さい。しかし、像担持体の表面層と電荷輸送層の界面において材料が劣化し始めた場合、静電潜像のムラは大きくなる。
像担持体の静電潜像のムラによる画像濃度ムラは、通常使用時よりも低帯電電位および低現像バイアスで作像を行う場合に、より顕著に変化する。通常使用時には、画像濃度が適正でも、電位を小さくした場合、画像濃度ムラが大きくなる。このような帯電電位および現像バイアスを変化させた場合の画像濃度ムラを検出することにより、像担持体の界面状態の劣化度が検出可能となる。

また、帯電電位および現像バイアスを通常作像条件から変化させて画像濃度ムラの変化データを蓄積することにより、像担持体の界面状態の劣化度を検出し、通常使用時における画像濃度ムラを事前に予測することが可能である。
具体的には、通常使用時の１／２〜１／４の帯電電位および現像バイアスの場合に画像濃度ムラが像担持体界面状態の劣化度の検出感度として充分に得ることができる。１／４以下では現像自体が上手く出来ず、１／２以上では充分な感度を得にくい。
また、１．２〜２．０倍の現像ガンマの画像濃度ムラが像担持体界面状態の劣化度の検出感度として充分に得ることができる。１．２倍以下では充分な感度を得にくく、２．０倍以上であると現像自体が正常に行われない。

従って、一実施形態の画像形成装置において、劣化予測部２００は、劣化度を算出する機能に加え、測定した画像濃度のデータおよび／または劣化度のデータを蓄積し、像担持体の劣化度を判定する機能を有することが好ましい。これにより、上述した低帯電電位および低現像バイアス、高現像ガンマによる画像濃度ムラの変化を検出する。また、像担持体の界面状態劣化度を判定し、通常使用時に発生する画像濃度ムラを事前に予測することが可能となる。
さらに、この予測に基づき、像担持体の寿命を予測し、報知することにより、像担持体の交換時期を予測することが出来る。
このようにして、使用者の環境において、異常画像を発生させることなく、さらにダウンタイムを最小限に留め、像担持体の交換を促すことができる。

画像濃度検知手段としては、一般的な画像濃度検知装置を用いることが出来る。方式としては、光学式反射濃度センサ等の方式があげられる。
これは、トナー像に対して光を照射し、照射光の反射光量によりトナー像の付着量を検知するデバイスである。構成としては、発光部、受光部、駆動および検知回路からなる。
一実施形態では、像担持体の母線方向（レーザ光書き込みの主走査方向）での濃度ムラを検知しやすくするため、母線方向に複数センサを設ける構成が好ましい。設けるセンサ数に規定はないが、好ましくは少なくとも軸方向（母線方向に同じ）に３つ以上、さらに好ましくは５つ以上のセンサを設けると、検出精度が高まる。また、像担持体の周方向（レーザ光書き込みの副走査方向）の画像濃度については、一つのセンサで像担持体を回転させながら検知することでデータを得ることが出来る。
像担持体表面での画像濃度ムラの度合いは、取得したデータの標準偏差で表すことができ、また像担持体の周方向および軸方向でそれぞれ算出することが出来る。

これらの測定装置から、検出された画像濃度ムラの度合いを導出するデータ（例えば、画像濃度、劣化度、画像濃度ムラ偏差）を画像形成装置内に収集し、収集データに基づき、像担持体の寿命を報知することが可能となる。さらにこの収集データをもとに、像担持体寿命を予測し、使用者に報知し、像担持体交換を促すか、画像形成装置から、電話及びＬＡＮ回線を通じて、外部機関に報知し、像担持体交換を促す。

次に実際のマシンで測定された画像濃度ムラのデータの一例を示す。
現在、市販されているリコー製Ｐｒｏ Ｃ９１１０を画像濃度測定および帯電電位および現像バイアス、現像ガンマが任意に制御可能になるように改造し、評価を行った。像担持体は、機械的耐久性を上げる目的で、表面保護層（特許文献３参照）を設けた。

上述したマシンの初期状態において、帯電電位および現像バイアス、現像ガンマを変化させ、像担持体上に形成されたトナー像の画像濃度およびその偏差を測定した。ここでは、通常条件（通常作像条件）として、帯電電位：１０５０Ｖ、現像バイアス：９５０Ｖを設定し、低電位条件（劣化予測条件の一つ）として、帯電電位：３５０Ｖ、現像バイアス：２５０Ｖを設定した。また、現像ガンマは、通常条件を１．０、高現像ガンマ条件（劣化予測条件の一つ）を１．５とした。劣化予測条件は、低電位条件と高現像ガンマ条件とを含み、以降、区別して説明する場合には、「低電位条件」、「高現像ガンマ条件」と記載する。

まず、現像ガンマを１．０（通常条件）に設定し、帯電電位および現像バイアスをそれぞれ１０５０Ｖ／９５０Ｖ（通常条件）、３５０Ｖ／２５０Ｖ（低電位条件）として、画像濃度を測定した結果、低電位条件の場合、通常条件の画像濃度ムラ偏差に対して、１．１倍となった。
ここでの画像濃度ムラ偏差とは、像担持体の周方向と像担持体の母線方向のいずれかまたは両方において、各測定位置での画像濃度（トナー濃度、トナーＩＤ）の結果の標準偏差とする。

続いて同じ帯電電位および現像バイアスで、現像ガンマを１．５（通常条件の１．５倍）にした場合は、１０５０Ｖ／９５０Ｖ（通常条件）と比較して３５０Ｖ／２５０Ｖ（低電位条件）は画像濃度ムラ偏差が１．５倍となった。
このことから、低電位条件、高現像ガンマ条件において画像濃度ムラが顕著になることが見いだせる。

続いて、劣化度の判定の一事例を紹介する。仮に上述した初期状態における３５０Ｖ／２５０Ｖ（低電位条件）および高現像ガンマ条件が１．５の場合の画像濃度ムラ偏差を１とし、このときの劣化度を０（ゼロ）とする。判定基準として、例えば、この初期状態の画像濃度ムラ偏差が２倍になったときを寿命判定基準とし、このときの劣化度を１とする。劣化度が１となったら異常を報知する。
こうした測定を通紙ランニング経時で行い、寿命判定を行う。例えば、Ａ４横で、３２０，０００枚通紙した後、通常使用時には画像濃度ムラ偏差、画像濃度ムラは発生していなかったが、帯電電位および現像バイアスが３５０Ｖ／２５０Ｖの場合、画像濃度ムラ偏差が初期値の１．７倍となっていた。このように経時で画像濃度ムラ偏差を測定し、データを蓄積していき、そのデータから外挿し、画像濃度ムラ偏差が初期値の２倍、つまり劣化度が１となる時期を予測する。
実際に追加で１１０，０００枚通紙した後、帯電電位および現像バイアスが３５０Ｖ／２５０Ｖ条件で画像濃度ムラ偏差を測定したところ、初期値の２．０倍、つまり劣化度が１となっていた。

このように３２０，０００枚通紙時の帯電電位および現像バイアス、現像ガンマ変化による画像濃度ムラ偏差を測定することにより、４３０，０００枚通紙時に発生する画像濃度ムラを予測することが可能である。通常よりも低電位条件、高現像ガンマ条件で評価を行うことで、通常使用時ではまだ画像濃度ムラが顕在化する前に、早期に像担持体の寿命を予測することが出来る。これにより、実際に故障が発生する前に交換／メンテナンスすることが可能となり、ダウンタイムを低減し、生産性を上げることが可能となる。

帯電電位および現像バイアス、現像ガンマを通常作像条件から変化させるにより生じる画像濃度ムラは、実際には、像担持体の構成、プロセス条件、マシン条件によりそれぞれ固有の閾値を有し、マシンごとに画像濃度ムラ発生予測閾値が変化する。
上述した画像濃度ムラに関する数値は、あくまでも一例であり、他のマシン及びプロセスが異なった場合は、個々に測定が必要である。

上述したように、劣化予測処理は、帯電バイアス、現像バイアスおよび現像ガンマのうちの少なくとも一つを低帯電電位、低現像バイアス、高現像ガンマに調整して、トナー像の画像濃度を取得することが好ましく、特に、帯電バイアス、現像バイアスが通常作像条件より小さく、現像ガンマが通常作像条件より大きいことが特に好ましい。
このため、劣化予測処理で用いる条件変更手段は、帯電手段を所望の帯電電位とするために印加する帯電バイアス、現像手段に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを、通常作像条件から劣化予測条件へ変化させるように構成される。なお、図１では、条件変更部２０１が作像条件に含まれる複数の条件を変更する機能を有するように表しているが、各条件を設定・変更する個別の手段（例えば、帯電バイアス設定手段、現像バイアス設定手段、現像ガンマ設定手段）を備える構成であってもよい。

次に、本発明の一実施形態の劣化予測処理（劣化予測方法）の動作例（フロー）を説明する。
一実施形態の画像形成装置では、所定枚数（例えば、数千枚）の通紙を行う毎に通常の画像形成を停止し、または、所定枚数の通紙時に実行中の画像形成処理が終了した後に、劣化予測処理を実施する。制御部２０２は、予め設定した劣化予測処理を行うタイミング（例えば、所定枚数の通紙や、所定の期間の経過）を検出すると、通常作像条件を用いる通常処理から劣化予測条件（低電位条件、高現像ガンマ条件）を用いる劣化予測処理へ切り替える。また、制御部２０２は、劣化予測処理を実施後、画像形成装置を通常処理の設定に戻す。
図２乃至７を参照して各実施形態の劣化予測処理の動作例を説明する。

実施形態１．
図２は実施形態１の劣化予測処理（寿命判定・予測工程）の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、制御部２０２が、通常作像条件から劣化予測条件への変更（条件変更工程）を条件変更部２０１に指示すると、条件変更部２０１は、帯電電位（以下適宜、ＶＤと称する）及び現像バイアス（以下適宜、ＶＢと称する）を低電位条件に設定する（Ｓ１１）。次に、条件変更部２０１は、トナー濃度を調整し、高現像ガンマ条件に設定する（Ｓ１２）。次に、画像形成装置は、画像形成処理（作像処理）を実施する（Ｓ１３）。具体的には、帯電部１０２、露光部１０３および現像部１０４によって、トナー像が形成され（トナー像形成工程）、画像濃度検知部１０５が、トナー像の画像濃度を測定する（画像濃度測定工程）。制御部２０２は、画像濃度測定部１０５から画像濃度を受け取り、画像濃度の測定結果より像担持体１０１上の画像濃度の偏差（画像濃度ムラ偏差）を計算し、画像濃度ムラ偏差から劣化度を算出する（Ｓ１４）。制御部２０２は、算出した画像濃度ムラ偏差または劣化度のデータを劣化予測情報として記録部２０３へ蓄積する（Ｓ１５）。そして、制御部２０２は、劣化予測処理終了後、画像形成装置を通常の作像条件（通常処理）に戻し、次に劣化予測処理を実施するタイミングに到達すると、図２に示すフローを繰り返す。

本実施形態によれば、像担持体の表面層と電荷輸送層との界面近傍で生じる画像濃度ムラの発生を予測する劣化度を算出し、像担持体の劣化を評価することが可能になる。
加えて、劣化予測部２００は、画像濃度と劣化度との少なくとも一方のデータを含む劣化予測情報を記録部２０３に蓄積することが好ましい。蓄積した劣化予測情報から像担持体の経時変化が取得することが可能になる。
なお、本実施形態では、図１に示す劣化予測部２００は、報知部２０４を備えていない構成であっても、図2に示す劣化予測方法を実現することが可能である。

実施形態２．
図３に実施形態２の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートを示す。
図３中、ステップＳ１１からＳ１５までの処理は、図２と同様であるため説明を省略する。
制御部２０２は、記録部２０３に蓄積された劣化予測情報（蓄積データ）に基づいて、画像濃度ムラ発生時期を予測する（Ｓ１６）。そして、制御部２０２は、劣化予測処理終了後、画像形成装置を通常の作像条件（通常処理）に戻し、次に劣化予測処理を実施するタイミングに到達すると、図３に示すフローを繰り返す。

ここで、図４、５を参照して、像担持体の劣化度（劣化予測情報）の経時変化から画像濃度ムラ発生時期（画像欠陥発生時期、故障寿命）を予測する一例を示す。制御部２０２は、蓄積したデータから回帰線を算出し、予め用意していた基準値に到達する時期を予測する。通紙枚数を横軸に、縦軸に濃度ムラの標準偏差から算出される像担持体の劣化度をとり、その曲線から予測する。像担持体の劣化度の一例としては、画像濃度ムラから算出される標準偏差の値を使用することも出来るし、異常となる画像濃度ムラ偏差の設定値に対する現在の画像濃度ムラ偏差の到達度合いなどを採用しても良い。

画像欠陥発生時期の予測値は、図４、５の回帰線を延長して、予め定めた閾値との交点から求める。閾値は、使用環境を想定した各種の温湿度環境における耐久試験結果から、画像形成装置の使用モードを考慮して決めることができる。

本実施形態によれば、記録部２０３に蓄積した劣化予測情報を用いて、像担持体の経時変化を解析することによって、像担持体の劣化や故障を予測することが可能になる。

図６に実施形態３の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートを示す。
図６中、ステップＳ１１からＳ１６までの処理は、図２、３と同様であるため説明を省略する。実施形態２と同様にステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を実施し、制御部２０２は、画像欠陥発生時期（故障寿命）を予測する（Ｓ１６）。次いで、制御部２０２は、当該時点での使用量と故障寿命との差分を残寿命εとした場合に、予め設定しておいた要回復劣化度ａ（閾値ａ）と比較して小さいか否かを判定する（Ｓ１７）。ここで判定が小さい場合には（Ｓ１７、ＹＥＳ）、制御部２０２は、通常処理における作像条件のうち、ＶＤ及びＶＢの下限値、現像ガンマの上限値を調整する（Ｓ１８）。この調整をすることによって、画像濃度ムラが発生しないような作像条件に調整し、像担持体の寿命に余裕度を持たせることができる。また、判定が大きい場合（Ｓ１７、ＮＯ）、およびステップＳ１８の処理後には、制御部２０２は、画像形成装置を通常の作像条件（通常処理）に戻し、次に劣化予測処理を実施するタイミングに到達すると、図６に示すフローを繰り返す。

本実施形態によれば、予測した画像欠陥発生時期に基づいて、予め画像濃度ムラは発生しないような作像条件に変更することができる。これにより、画像濃度ムラの発生を未然に防ぐことが可能になる。また、像担持体の使用期間を延長することが可能になり、コスト削減が期待できる。

図７に実施形態４の劣化予測処理の流れの一例を示すフローチャートを示す。
像担持体を含む画像形成装置を使用開始する。実施形態２と同様にしてＳ１〜Ｓ６のプロセスを実施し、画像欠陥発生時期（故障寿命）を予測する。次いでＳ７にて、当該時点での使用量と故障寿命との差分を残寿命εとした場合に、予め設定しておいた要報知残寿命ｂ（閾値ｂ）と比較して小さいか否かを判定する（Ｓ１９）。ここで判定が小さい（下回っている）の場合には（Ｓ１９、ＹＥＳ）、制御部２０２は、像担持体の寿命切れと判定し（Ｓ２０）、報知部２０４によって判定結果を報知し（Ｓ２２）、ユーザに電子写真感光体（像担持体）の交換を促す。判定が大きい（上回っている）の場合には（Ｓ１９、ＮＯ）、制御部２０２は、報知部２０４によって予想される像担持体寿命を判定し（Ｓ２１）、判定結果を報知する（Ｓ２２）。

本実施形態によれば、像担持体の交換時期を予めユーザに通知することができる。これにより、画像形成装置が使用できない期間を削減することが可能になる。

以上説明したように、一実施形態の画像形成装置は、像担持体表面に印加する帯電電位及び現像部材に印加する現像バイアス、現像ガンマを変化させ、画像形成処理を行い、そのときの像担持体上の画像濃度を測定する。そして、画像濃度のドラム母線方向もしくはドラム周方向でのムラの度合いに基づいて像担持体の劣化度を計測し、界面劣化した像担持体の異常画像の発生を予測する。その予測を元に、像担持体寿命を報知することにより、異常画像の発生を未然に防止することが可能となる。またこれにより、画像形成装置の保証期間内での突然の異常画像の発生を予知して未然に防止することもでき、特に一度に大量部数を印刷する場合でも常に安定して高画質な印刷が可能となる。

以上、本発明の一形態を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
また、本発明を適用可能な電子写真方式を用いた画像形成装置の一例としては、複写装置、ファクシミリ、プリンタ及びこれらを包括したデジタル複合機が挙げられる。これらの画像形成装置の構成の一形態であるプロセスカートリッジとして搭載してもよい。

また、本発明はタンデムフルカラーの画像形成装置にも適用することが可能である。この場合、複数の像担持体を用いているため、それぞれの像担持体に独立して前述の画像濃度検知手段及び必要に応じて設けられる一連の装置を設ける必要があるが、それぞれの機構は前述のとおりで、用いられる像担持体の個数に応じで具備すればよい。
以上のように本発明の適用可能な範囲はこれまでに公知の電子写真方式を適用した像担持体を用いることによって成立している画像形成装置においてほとんど全てであり、帯電方式や用いられるトナーを含む現像方式、転写方式などは公知のいずれの方式にも適用可能である。

１０１ 像担持体
１０２ 帯電部
１０３ 露光部
１０４ 現像部
１０５ 画像濃度検知部
２００ 劣化予測部
２０１ 条件変更部
２０２ 制御部
２０３ 記憶部
２０４ 報知部

特開２００５−１７８７４号公報 特開２０１３−１２０２６１号公報 特許４１９４９７３号公報

Claims (6)

1. 像担持体と、
   帯電手段によって前記像担持体の表面を帯電し、前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   トナーを用いて前記静電潜像を現像し、前記像担持体上にトナー像を形成させる現像手段と、
   前記像担持体上に形成したトナー像の画像濃度を測定する画像濃度検知手段と、
   前記帯電手段に印加する帯電バイアス、前記現像手段に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを、通常作像条件から劣化予測条件へ変更する条件変更手段と、
   前記劣化予測条件で形成した前記トナー像について、前記画像濃度を前記画像濃度検知手段から取得し、前記画像濃度が示すムラの度合いに基づいて、前記像担持体の劣化度を算出する制御手段と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記劣化予測条件は、前記帯電バイアスおよび前記現像バイアスが前記通常作像条件より小さく、前記現像ガンマが前記通常作像条件より大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像濃度と前記劣化度との少なくとも一方を劣化予測情報として蓄積する記録手段をさらに備え、
   前記制御手段は、任意のタイミングにおいて、前記劣化予測条件における前記画像濃度を取得し、前記劣化度を算出して、前記劣化予測情報を前記記録手段に蓄積させ、前記劣化予測情報の経時変化に基づいて、異常画像の発生時期を予測することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記異常画像の発生に基づいて、前記帯電バイアス、前記現像バイアスおよび前記現像ガンマを最適化する調整値を算出し、前記調整値を前記条件変更手段へ通知し、
   前記条件変更手段は、前記調整値を用いて、前記通常作像条件を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記劣化予測情報を用いて、前記像担持体の寿命を予測し、予測した寿命を報知することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 像担持体と、
   帯電手段によって前記像担持体の表面を帯電し、前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   トナーを用いて前記静電潜像を現像し、前記像担持体上にトナー像を形成させる現像手段と、
   前記像担持体上に形成したトナー像の画像濃度を測定する画像濃度検知手段と、を備える画像形成装置の劣化予測方法であって、
   前記帯電手段に印加する帯電バイアス、前記現像手段に印加する現像バイアス、および現像ガンマのうちの少なくとも一つを、通常作像条件から劣化予測条件へ変更し、
   前記劣化予測条件において、前記トナー像を形成させ、
   前記画像濃度検知手段が測定した前記画像濃度を取得し、
   前記画像濃度が示すムラの度合いに基づいて、前記像担持体の劣化度を算出する劣化予測方法。

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