JP4911363B2 - 画像形成装置、像保持体の寿命情報生成方法、及び像保持体の寿命情報生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置、像保持体の寿命情報生成方法、及び像保持体の寿命情報生成プログラムに関するものである。

特許文献１は、像担持体を流れる電流信号の検知による像担持体膜厚測定の際、同時に装置本体内の温度湿度測定を行い、像担持体の測定膜厚に環境補正を行う画像形成装置を開示する。また、特許文献２は、感光ドラムから出力される１次ＤＣ電流−電圧変換信号が基準閾値に達した時間と、１次ＤＣ電流−電圧変換信号が寿命閾値に達した時間との差に応じて、感光ドラムの寿命を検出する像担持体寿命検出装置を開示する。また、特許文献３は、接触帯電部材に印加されている電圧を検知し、ｎ回分の電圧の平均値とｎ＋１回目の電圧値とを比較することにより、帯電が異常か否かを判断する画像形成装置を開示する。また、特許文献４は、帯電ローラに流れる電流値の変動を検出し、電流値の変動により感光体寿命を判定する感光体寿命判定装置を開示する。

特開平０８−２２０９５０号公報 特開平０７−１７５３７４号公報 特許第３２１０５３２号 特開平０５−０５３４８８号公報

本発明は、像保持体の周方向に偏摩耗が生じていても、形成する画像の質を低下させることなく、像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる画像形成装置、像保持体の寿命情報生成方法、及び像保持体の寿命情報生成プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明は、 被覆層により被覆され、回転する像保持体と、この像保持体に接触して該像保持体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対し、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する給電手段と、前記像保持体に接触している前記帯電部材に流れる直流電流を、前記像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出する直流電流検出手段と、前記直流電流検出手段が所定期間に検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出する変化量算出手段と、前記被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出する平均対応値算出手段と、前記変化量算出手段の算出結果に所定の係数を乗じた値を、前記平均対応値算出手段の算出結果から減じた値を前記被覆層の層厚の最小値に対応する値として算出する最小対応値算出手段と、この最小対応値算出手段の算出結果に応じて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する寿命情報生成手段と、を有する画像形成装置である。

請求項２に係る本発明は、被覆層により被覆され、回転する像保持体と、この像保持体に接触して該像保持体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対し、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する給電手段と、前記像保持体に接触している前記帯電部材に流れる直流電流を、前記像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出する直流電流検出手段と、前記直流電流検出手段が所定期間に検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出する変化量算出手段と、前記被覆層の層厚の初期値に対する減少量に対応する値を算出する減少対応値算出手段と、前記変化量算出手段の算出結果、前記減少対応値算出手段の算出結果、及び所定の係数を乗じた値を前記被覆層の層厚の最小値に対応する値として算出する最小対応値算出手段と、この最小対応値算出手段の算出結果に応じて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する寿命情報生成手段と、を有する画像形成装置である。

請求項３に係る本発明は、前記減少対応値算出手段の算出結果に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する時機を制御する請求項２記載の画像形成装置である。

請求項４に係る本発明は、前記直流電流検出手段が検出した直流電流に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する頻度を制御する検出頻度制御手段、をさらに有する請求項１乃至３いずれか記載の画像形成装置である。

請求項５に係る本発明は、前記平均対応値算出手段の算出結果に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する頻度を制御する検出頻度形成手段、をさらに有する請求項１記載の画像形成装置である。

請求項６に係る本発明は、前記像保持体を除電させる除電手段と、前記帯電部材が前記像保持体を帯電させ、前記除電手段が前記像保持体を除電した後に、前記像保持体に残留する電位に対応する値を検出する残留電位対応値検出手段と、をさらに有し、前記直流電流検出手段が検出した直流電流に替えて、該直流電流検出手段が検出した直流電流に、前記残留電位対応値検出手段が検出した値に対応する直流電流を加えて算出される直流電流を適用する請求項１乃至５いずれか記載の画像形成装置である。

請求項７に係る本発明は、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する場合に、前記像保持体の表面電位が略所定値となるように制御する表面電位制御手段をさらに有する請求項１乃至６いずれか記載の画像形成装置である。

請求項８に係る本発明は、前記寿命情報生成手段は、前記最小対応値算出手段の算出結果の移動平均に基づいて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する請求項１乃至７いずれか記載の画像形成装置である。

請求項９に係る本発明は、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する場合に、前記像保持体の回転速度を最高速度にするよう制御する回転速度制御手段をさらに有する請求項１乃至８いずれか記載の画像形成装置。

請求項１０に係る本発明は、被覆層により被覆されて回転する像保持体に接触している帯電部材に流れる直流電流を、像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出し、検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出し、被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出し、算出した変化量に所定の係数を乗じた値を、算出した層厚の平均値から減じて被覆層の最小値に対応する値を算出し、算出した被覆層の最小値に対応する値に基づいて、像保持体の寿命に関する情報を生成する像保持体の寿命情報生成方法である。

請求項１１に係る本発明は、被覆層により被覆されて回転する像保持体に接触している帯電部材に流れる直流電流を、像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出するステップと、検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出するステップと、被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出するステップと、算出した変化量に所定の係数を乗じた値を、算出した層厚の平均値から減じて被覆層の最小値に対応する値を算出するステップと、算出した被覆層の最小値に対応する値に基づいて、像保持体の寿命に関する情報を生成するステップと、をコンピュータに実行させる像保持体の寿命情報生成プログラムである。

請求項１に係る本発明によれば、像保持体の周方向に偏摩耗が生じていても、形成する画像の質を低下させることなく、像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項２に係る本発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加えて、本構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項３に係る本発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加えて、本項構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を効率的に生成することができる。

請求項４に係る本発明によれば、請求項１乃至３いずれかに係る本発明の効果に加えて、本項構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を効率的に生成することができる。

請求項５に係る本発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加えて、本項構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を効率的に生成することができる。

請求項６に係る本発明によれば、請求項１乃至５いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項７に係る本発明によれば、請求項１乃至６いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項８に係る本発明によれば、請求項１乃至７いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項９に係る本発明によれば、請求項１乃至８いずれかに係る本発明の効果に加えて、本構成を有していない場合よりも像保持体の寿命に関する情報を効率的に生成することができる。

請求項１０に係る本発明によれば、像保持体の周方向に偏摩耗が生じていても、形成する画像の質を低下させることなく、像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

請求項１１に係る本発明によれば、像保持体の周方向に偏摩耗が生じていても、形成する画像の質を低下させることなく、像保持体の寿命に関する情報を精度よく生成することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２において、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０は、画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内に画像形成部１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に後述する排出部１６が設けられていると共に、この画像形成装置本体１２の下部に例えば２段の給紙ユニット１８ａ，１８ｂが配置されている。さらに、画像形成装置本体１２の下方には、オプションとして着脱装着される２段の給紙ユニット１８ｃ，１８ｄが配置されている。

それぞれの給紙ユニット１８ａ〜１８ｄは、給紙ユニット本体２０と、用紙が収納される給紙カセット２２とを有する。給紙カセット２２は、給紙ユニット本体２０に対して摺動自在に装着され、正面方向（図１の右方向）に引き出される。また、給紙カセット２２の奥端近傍上部には給紙ロール２４が配置され、この給紙ロール２４の前方にリタードロール２６及びフィードロール２８が配置されている。さらにオプションの給紙ユニット１８ｃ，１８ｄには、それぞれ対をなす送りロール３０が設けられている。

搬送路３２は、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から排出口３４までの用紙通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏面（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から後述する定着装置３６まで略垂直に形成されている部分を有する。この搬送路３２の定着装置３６の上流側に後述する転写装置４２と像保持体４４が配置され、さらに転写装置４２と像保持体４４の上流側にレジストロール３８が配置されている。さらに、搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロール４０が配置されている。

したがって、給紙ユニット１８ａ〜１８ｄの給紙カセット２２から給紙ロール２４により送り出された用紙は、リタードロール２６びフィードロール２８により捌かれて搬送路３２に導かれ、レジストロール３８により一次停止され、タイミングをとって後述する転写装置４２と像保持体４４との間を通って現像剤像が転写され、この転写された現像剤像が定着装置３６により定着され、排出ロール４０により排出口３４から排出部１６へ排出される。

ただし、両面印刷の場合は、反転路に戻される。即ち、搬送路３０の排出ロール４０の手前は２股に別れ、その分かれた部分に切換爪４６が設けられていると共に、分かれた部分からレジストロール３８まで戻る反転路４８が形成されている。この反転路４８には搬送ロール５０ａ〜５０ｃが設けられており、両面印刷の場合には、切換爪４６が反転路４８を開く側に切り換えられ、排出ロール４０に記録媒体の後端手前がかかる時点で排出ロール４０が反転し、記録媒体が反転路４８に導かれ、レジストロール３８、転写装置４２と像保持体４４及び定着装置３６を通って排出口３４から排出部１６へ排出されるものである。

排出部１６は、画像形成装置本体に対して回動自在の傾斜部５２を有する。この傾斜部５２は、排出口部分が低く、正面方向（図１の右方向）に向けて徐々に高くなるよう傾斜しており、排出口部分を下端とし、高くなった先端を上端としている。この傾斜部５２は下端を中心に回動自在であるよう画像形成装置本体１２に支持されている。図１で２点鎖線で示すように、傾斜部５２を上方に回転して開いたときには、開放部５４が形成され、この開放部５４を介して後述するプロセスカートリッジ６４が脱着できるようにしてある。

画像形成部１４は、例えば電子写真方式のもので、感光体からなる像保持体４４と、この像保持体４４を接触により一様帯電させる例えば帯電ロールからなる帯電部材５６と、この帯電部材５６により帯電された像保持体４４に、光により潜像を書き込む光書込み装置５８と、この光書込み装置５８により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置６０と、この現像装置６０による現像剤像を用紙に転写する例えば転写ロールからなる転写装置４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置６２と、転写装置４２により転写された用紙上の現像剤像を用紙に定着させる例えば加圧ロール及び加熱ロールからなる定着装置３６とから構成されている。光書込み装置５８は例えば走査型のレーザ露光装置からなり、前述した給紙ユニット１８ａ〜１８ｄと平行で画像形成装置本体１２の正面近傍に配置され、現像装置６０内を横切って像保持体４４を露光する。この像保持体４４の露光位置が潜像書込み位置Ｐとなる。

プロセスカートリッジ６４は、像保持体４４、帯電部材５６、現像装置６０及びクリーニング装置６２を一体化したものであり、像保持体４４、帯電部材５６及び現像装置６０に関する情報を記憶するメモリ（図示せず）を有する。このプロセスカートリッジ６４は、排出部１６の傾斜部５２の直近下方に配置されており、前述したように、傾斜部５２を開いたときに形成される開放部５４を介してを脱着される。

また、画像形成装置１０は、表示装置及びキーボードなどを含むユーザインタフェース装置（ＵＩ装置）６６、ＨＤＤ・ＣＤ装置などの記憶装置６８、通信装置７０、制御ユニット７２及び給電装置７３などを有する。制御ユニット７２は、ＣＰＵ７４及びメモリ７６などを含み、画像形成装置１０を構成する各部を制御する。給電装置７３は、後述する直流電源８４及び交流電源８６などを含み、画像形成装置１０を構成する各部に所定の電力を供給する。
このように、画像形成装置１０は、コンピュータとしての機能を含み、記憶媒体７８又は通信装置７０を介して受け入れたプログラムを実行することにより、印刷などの処理を行う。

次に、像保持体４４、帯電部材５６及びその周辺について詳述する。
図３は、像保持体４４、帯電部材５６及びその周辺の構成の詳細を示す構成図である。像保持体４４は、例えば円筒状の導電性支持体１０２の表面を感光層１０４（図４を用いて詳述）により被覆されたものであり、図示しない駆動部からの駆動力により回転する。
上述したように、像保持体４４には、像保持体４４を帯電させる帯電部材５６が圧接されている。また、像保持体４４の近傍には、帯電した像保持体４４の除電を制御ユニット７２の制御に応じて行う除電装置８０と、像保持体４４の表面電位を検出し制御ユニット７２に対して出力する電位センサ８２とが配置されている。なお、像保持体４４の表面電位は、制御ユニット７２が電位センサ８２を用いることなく算出するようにされてもよい。

帯電部材５６は、制御ユニット７２の制御に応じて動作する給電装置７３から供給される電力により、像保持体４４を帯電させる。給電装置７３は、直流電源８４、交流電源８６、高圧電源制御部８８及び直流電流検出部９０を有する。

直流電源８４は、例えば−６００〜−８００Ｖ程度の直流電圧Ｖｄｃを帯電部材５６に対して印加する。交流電源８６は、例えば５００〜２０００Ｈｚの周波数でピーク間電圧Ｖｐｐが８００〜２５００Ｖ程度の交流電圧Ｖａｃを帯電部材５６に対して印加する。

高圧電源制御部８８は、制御ユニット７２の制御に応じて、直流電源８４、交流電源８６及び直流電流検出部９０を制御する。直流電流検出部９０は、像保持体４４の帯電状態を示す帯電情報として、直流電源８４が帯電部材５６に対して流す直流電流を、像保持体４４の周方向の異なる位置ごとに検出（サンプリング）し、制御ユニット７２に対して出力する。なお、直流電流検出部９０が検出する直流電流には、給電装置７３が印加する電圧値に応じて変化するリーク電流と、給電装置７３が印加する電圧値によらず流れるリーク電流とが含まれている。

このように、給電装置７３は、所定の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した電圧を帯電部材５６に対して印加して、所定の電流を帯電部材５６に供給するようにされている。

制御ユニット７２は、平均層厚算出部９２、変化量算出部９４、減少量算出部９６、最小層厚算出部９８及び寿命情報生成部（判定部）１００を有する。

平均層厚算出部９２は、直流電流検出部９０の検出結果を受け入れて、後述する感光層１０４の層厚の平均値又は平均値に対応する値を算出し、算出結果を最小層厚算出部９８、寿命情報生成部１００及び給電装置７３に対して出力する。また、平均層厚算出部９２は、画像を保持する像保持体４４の総回転数（サイクル数）に応じて、感光層１０４の層厚の平均値を算出する機能を具備していてもよい。なお、像保持体４４のサイクル数は、像保持体４４に接触している帯電部材５６に交流電圧が印加された状態で像保持体４４が回転している期間（回転数）、像保持体４４に接触している帯電部材５６に直流電圧が印加された状態で像保持体４４が回転している期間（回転数）、又はこれらの期間の総和としてもよい。

変化量算出部９４は、直流電流検出部９０が所定期間（例えば像保持体４４の回転周期）に検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差などを変化量として算出し、算出結果を最小層厚算出部９８及び寿命情報生成部１００に対して出力する。

減少量算出部９６は、直流電流検出部９０の検出結果を受け入れて、後述する感光層１０４の層厚の初期値に対する平均減少量又は平均減少量に対応する値を算出し、算出結果を寿命情報生成部１００に対して出力する。

最小層厚算出部９８は、直流電流検出部９０の検出結果、平均層厚算出部９２の算出結果、変化量算出部９４の算出結果、減少量算出部９６の算出結果の少なくともいずれかを受け入れ、感光層１０４の層厚の最小値又は最小値に対応する値を算出し、寿命情報生成部１００に対して出力する。
例えば、最小層厚算出部９８は、変化量算出部９４の算出結果に所定の係数を乗じた値を、平均層厚算出部９２の算出結果から減じた値を感光層１０４の層厚の最小値に対応する値としてもよい。また、最小層厚算出部９８は、減少量算出部９６の算出結果、変化量算出部９４の算出結果、及び所定の係数を乗じた値を感光層１０４の層厚の最小値に対応する値としてもよい。

寿命情報生成部１００は、平均層厚算出部９２の算出結果、変化量算出部９４の算出結果、減少量算出部９６の算出結果及び最小層厚算出部９８の算出結果の少なくともいずれかに応じて、像保持体４４の寿命に関する情報を生成（又は寿命を判定）し、生成した寿命に関する情報をＵＩ装置６６に対して出力する。また、寿命情報生成部１００は、画像を保持する像保持体４４の総回転数（サイクル数）に応じて、感光層１０４の平均層厚を算出する機能を具備していてもよい。

次に、像保持体４４の構成について詳述する。
図４は、像保持体４４の断面の構成を示す模式図である。像保持体４４は、例えば接地されたアルミニウムなどからなる円筒状の導電性支持体１０２と、この導電性支持体１０２の外面を覆う感光層１０４とを有し、例えば帯電部材５６が接触する軸方向の長さが約３００ｍｍにされている。感光層１０４は、例えば電荷発生層１０６、電荷輸送層（ＣＴ層）１０８及び保護層（ＯＣ層）１１０から構成される。電荷発生層１０６は、電荷キャリア生成材料を含んで導電性支持体１０２を被覆している。電荷輸送層１０８は、電荷キャリア輸送材料を含む所定の誘電率の部材からなり、層厚が所定値に設定され、電荷発生層１０６の外側に積層されている。保護層１１０は、誘電率が電荷輸送層１０８よりも大きい部材からなり、層厚が所定値に設定され、電荷輸送層１０８の外側に積層されている。また、保護層１１０は、電荷輸送層１０８よりも硬度が高くされている。

上述したように、像保持体４４は、帯電部材５６が接触することにより帯電されており、画像形成装置１０による画像形成数（印刷枚数）が増加すると偏摩耗が生じる。
図５は、像保持体４４の周方向の偏摩耗例を示す断面図である。図５に示すように、初期状態において感光層１０４の断面外形が略円形であった像保持体４４は、画像形成装置１０による画像形成数が増加すると、周方向に偏摩耗が生じ、感光層１０４の断面外形が変形して円形でなくなる。

また、像保持体４４は、画像形成装置１０による画像形成数が増加すると、軸方向にも偏摩耗が生じる。例えば、画像形成装置１０による画像形成数が所定数に達した後に、像保持体４４の周方向の図６に示した４つの位置（０度、９０度、１８０度、２７０度）において、像保持体４４の軸方向の層厚を測定すると、図７に示すようにそれぞれ異なる軸方向の偏摩耗が検出される。また、図７において、軸方向の同一位置における周方向の４つの位置での像保持体４４の層厚の差は、像保持体４４の周方向の偏摩耗を示している。

なお、画像形成装置１０は、像保持体４４の表面電位を一定に保持した状態で像保持体４４が摩耗して感光層１０４が薄くなってくると、形成する画像に黒点やかぶりなどの画像デフェクトが生じてしまう。そこで、画像形成装置１０は、感光層１０４が摩耗により薄くなってくると、制御ユニット７２が像保持体４４の表面電位を下げる方向に制御するようにされている。

次に、制御ユニット７２が実行する処理例について詳述する。
まず、制御ユニット７２が像保持体４４の寿命に関する情報を生成するための特性値を算出して、像保持体４４の寿命に関する情報を生成する（寿命を判定する）処理について説明する。
図８は、像保持体４４の回転周期（像保持体４４の外周上の位置）に対して、直流電流検出部９０が検出した直流電流Ｉｄｃ、及び直流電流Ｉｄｃの平均値を示したグラフである。画像形成装置１０による画像形成数が増加し、像保持体４４の感光層１０４に偏摩耗が生じると、直流電流検出部９０が検出する直流電流Ｉｄｃは、図８に示したように帯電部材５６が接触している像保持体４４の外周上の位置ごとに異なる。感光層１０４の層厚が厚い部分に帯電部材５６が接触している場合には直流電流Ｉｄｃが小さく、感光層１０４の層厚が薄い部分に帯電部材５６が接触している場合には直流電流Ｉｄｃが大きくなるからである。

つまり、図８に示した直流電流Ｉｄｃの変動は感光層１０４の偏摩耗の程度に対応し、直流電流Ｉｄｃの平均値は感光層１０４の層厚の平均値に対応している。なお、直流電流検出部９０が検出した直流電流Ｉｄｃにおいては、像保持体４４の感光層１０４の軸方向の偏摩耗に対する変動分は平均化されている。

したがって、寿命情報生成部１００は、下式１を用いて像保持体４４の寿命を判定するための特性値Ａを算出し、算出した特定値Ａが所定値以下になった場合に像保持体４４が寿命に達したと判定する（寿命に関する情報を生成する）ようにされてもよい。

特性値Ａ＝平均層厚−α１×直流電流ムラ ・・・（１）

なお、上式１において、平均層厚は、平均層厚算出部９２が算出した感光層１０４の平均層厚であってもよいし、像保持体４４のサイクル数に応じて算出された平均層厚であってもよい。また、上式１において、直流電流ムラは、像保持体４４の回転周期などの所定期間における直流電流Ｉｄｃのムラを示す値（直流電流Ｉｄｃの時間変化値）をＣＰＵ７４が算出したものであってもよいし、変化量算出部９４が算出する上述した変化量であってもよい。また、上式１において、α１（係数）は、実験を繰り返して合わせ込む経験値である。さらに、上式１において、特性値Ａは、感光層１０４の層厚に相当するようにα１が設定されてもよい。

また、感光層１０４の摩耗の偏りの程度が同じであっても、感光層１０４の平均層厚が異なると、画像形成装置１０が形成する画像が所定の画質を維持できる場合と、維持できない場合とが生じ得る。
図９は、感光層１０４の偏摩耗と平均層厚との関係を示す模式図であって、（Ａ）は初期状態における像保持体４４の断面を示し、（Ｂ）は平均層厚が大きい場合に偏摩耗が生じた像保持体４４の断面を示し、（Ｃ）は平均層厚が小さい場合に（Ｂ）と同一の偏摩耗が生じた像保持体４４の断面を示す模式図である。像保持体４４が図９（Ａ）に示した状態から図９（Ｂ）に示した状態に変化しても、感光層１０４の平均層厚が大きいので、感光層１０４の最小層厚部分も画質限界層厚（所定の画質を維持できる最小層厚）より厚く、画像形成装置１０が形成する画像は所定の画質を維持される。

一方、像保持体４４が図９（Ａ）に示した状態から図９（Ｃ）に示した状態に変化した場合、感光層１０４の平均層厚が小さいので、感光層１０４の最小層厚部分が画質限界層厚よりも薄くなり、画像形成装置１０が形成する画像は所定の画質を維持されなくなってしまう。

そこで、画像形成装置１０は、下式２を用いて像保持体４４の寿命を判定するための特性値Ｂを算出し、算出した特定値Ｂが所定値以下になった場合に像保持体４４が寿命に達したと判定する（寿命に関する情報を生成する）ようにされてもよい。

特性値Ｂ＝α２×平均層厚減少量×直流電流ムラ ・・・（２）

なお、上式２において、平均層厚減少量は、例えば減少量算出部９６が算出する感光層１０４の層厚の初期値に対する平均減少量である。また、上式２において、直流電流ムラは、像保持体４４の回転周期などの所定期間における直流電流Ｉｄｃのムラを示す値（直流電流Ｉｄｃの時間変化値）をＣＰＵ７４が算出したものであってもよいし、変化量算出部９４が算出する上述した変化量であってもよい。また、上式２において、α２（係数）は、実験を繰り返して合わせ込む重み付けの経験値である。さらに、上式２において、特性値Ｂは、感光層１０４の層厚に相当するようにα２が設定されてもよい。

また、画像形成装置１０は、感光層１０４の平均層厚が異なっても所定の画質を維持するために、下式３を用いて像保持体４４の寿命を判定するための特性値Ｃを算出し、算出した特定値Ｃが所定値以下になった場合に像保持体４４が寿命に達したと判定する（寿命に関する情報を生成する）ようにされてもよい。

特性値Ｃ＝α３×サイクル数×直流電流ムラ ・・・（３）

なお、上式３において、サイクル数は、上述した像保持体４４のサイクル数である。また、上式３において、直流電流ムラは、像保持体４４の回転周期などの所定期間における直流電流Ｉｄｃのムラを示す値（直流電流Ｉｄｃの時間変化値）をＣＰＵ７４が算出したものであってもよいし、変化量算出部９４が算出する上述した変化量であってもよい。また、上式３において、α３（係数）は、実験を繰り返して合わせ込む重み付けの経験値である。さらに、上式３において、特性値Ｃは、感光層１０４の層厚に相当するようにα３が設定されてもよい。

なお、制御ユニット７２は、上述した特性値Ａ〜Ｃ、制御ユニット７２が算出した結果、及び寿命情報生成部１００により生成された情報を、プロセスカートリッジ６４に設けられたメモリ（図示せず）に保持させる。

次に、寿命情報生成部１００が生成する像保持体４４の寿命に関する情報の確からしさ（精度）を高めるために、制御ユニット７２が行う処理について説明する。
図１０は、像保持体４４の回転周期（像保持体４４の外周上の位置）と直流電流ムラ（所定期間に変化量算出部９４が算出した直流電流の変化量に相当）との関係を示すグラフであって、（Ａ）は感光層１０４の平均層厚が異なる場合に、同程度の偏摩耗に対して直流電流検出部９０がそれぞれ検出した直流電流Ｉｄｃと直流電流Ｉｄｃの平均値を示したグラフであり、（Ｂ）は感光層１０４の平均層厚の違いにより生じる直流電流ムラの値の差を補正した結果を示すグラフである。

図１０（Ａ）に示すように、感光層１０４の平均層厚に対応する直流電流Ｉｄｃが異なる値（Ｉｄｃ１，Ｉｄｃ２）である場合、感光層１０４の摩耗の偏りの程度が同じであっても、直流電流ムラ（Ｉｄｃムラ１，Ｉｄｃムラ２）の大きさは異なってしまう。そこで、制御ユニット７２は、感光層１０４の平均層厚の違いにより生じる直流電流ムラの値の差を補正するために、変化量算出部９４が算出する直流電流Ｉｄｃの変化量と、直流電流Ｉｄｃの平均値との比（直流電流Ｉｄｃの変化量／直流電流Ｉｄｃの平均値）を算出するようにされてもよい。
制御ユニット７２が感光層１０４の平均層厚の違いにより生じる直流電流ムラの値の差を補正すると、図１０（Ａ）において生じていた直流電流ムラの大きさの差は、図１０（Ｂ）に示すように略なくなる。

また、上述したように、像保持体４４は、初期状態において感光層１０４の断面外形が略円形になっている。しかしながら、像保持体４４は、初期状態においても、わずかに歪んで感光層１０４の断面外形が真円にはなっていない場合がある。そこで、制御ユニット７２は、初期状態の直流電流ムラを検出し、所定の周期毎に検出した直流電流ムラから初期状態の直流電流ムラを差し引いた値をそれぞれ補正値として用い、像保持体４４の寿命に関する情報を生成するようにされてもよい。また、制御ユニット７２は、所定の周期毎に検出した直流電流ムラと、初期状態の直流電流ムラとの比を補正値として用い、像保持体４４の寿命に関する情報を生成するようにされてもよい。

また、上述したように、画像形成装置１０は、感光層１０４が摩耗により薄くなってくると、制御ユニット７２が像保持体４４の表面電位を下げる方向に制御するようにされている。しかしながら、図１１に示すように、感光層１０４の層厚が一定であっても、像保持体４４の表面電位が低くなると、直流電流検出部９０が検出する直流電流Ｉｄｃが小さくなってしまう。そして、図１２に示すように、画像形成装置１０のサイクル数が増加すると、像保持体４４の表面電位が下げられるように制御された場合に変化量算出部９４が算出する変化量は、像保持体４４の表面電位が下げられずに固定された場合に変化量算出部９４が算出する変化量よりも小さくなっている。

そこで、制御ユニット７２は、感光層１０４が摩耗により薄くなると、画像を形成する場合には像保持体４４の表面電位を下げる方向に制御し、像保持体４４の寿命に関する情報を生成する場合には像保持体４４の表面電位を所定値から変更しない（例えば初期の表面電位にそのつど設定する）ようにしてもよい。

そして、制御ユニット７２は、直流電流Ｉｄｃなどの検出結果に応じて感光層１０４の平均層厚を算出する処理と、直流電流ムラを算出する処理とを連続して行う場合には、直流電流ムラを算出する処理を先に実行するように設定されている。また、制御ユニット７２は、直流電流Ｉｄｃなどの検出結果に応じて感光層１０４の平均層厚を算出する処理と、直流電流ムラを算出する処理との実行タイミングが一致した場合には、いずれかの処理を他の異なるタスクの終了後に実行するように変更する設定がなされている。

さらに、除電装置８０が像保持体４４の除電を行っても、像保持体４４に残留する残留電位があるために、直流電流検出部９０が検出した直流電流Ｉｄｃが、電位０Ｖとの間で流れる電流を検出した値になっていない場合がある。そこで、制御ユニット７２は、直流電流検出部９０を介して、像保持体４４の残留電位による電流値を検出し、直流電流検出部９０が検出する直流電流Ｉｄｃに対し、残留電流による電流を加えて、直流電流Ｉｄｃを補正するようにされてもよい。なお、像保持体４４の残留電位による電流値は、像保持体４４が例えば同位相で１回転する間に、残留電位によって流れる電流を積算したものとしてもよい。

図１３は、直流電流検出部９０が検出する直流電流Ｉｄｃと、像保持体４４に残留する残留電位により流れる電流との関係を示すグラフである。図１３に示すように、制御ユニット７２は、直流電流検出部９０が検出する直流電流Ｉｄｃに対し、像保持体４４に残留する残留電位により流れる電流を加えることにより、直流電流Ｉｄｃを補正する。

次に、制御ユニット７２が像保持体４４の寿命に関する情報を生成する処理について詳述する。
像保持体４４は、周方向の位置及び軸方向の位置の少なくともいずれかが異なると、偏摩耗の程度及び進度が異なる。
図１４は、像保持体４４の軸方向の偏摩耗の程度及び進度を示すグラフであって、（Ａ）は図６に示した９０度の位置における偏摩耗を示すグラフであり、（Ｂ）は図６に示した２７０度の位置における偏摩耗を示すグラフである。

図１４（Ａ）に示すように、像保持体４４の９０度の位置（周方向の所定の位置）における感光層１０４の摩耗は、像保持体４４の軸方向の位置に応じて程度が偏っている。また、感光層１０４の偏摩耗の進度も、像保持体４４の軸方向の位置に応じて偏っている。さらに、像保持体４４のサイクル数が８００Ｋサイクルを超えた後に、摩耗の偏りが顕著になっているのは、感光層１０４の保護層１１０が部分的に摩耗しつくし、硬度の低い電荷輸送層１０８が摩耗を開始していることを示している。

同様に、図１４（Ｂ）に示した像保持体４４の２７０度の位置（周方向の所定の位置）における感光層１０４の摩耗は、像保持体４４の軸方向の位置に応じて程度が偏っている。また、感光層１０４の偏摩耗の進度も、像保持体４４の軸方向の位置に応じて偏っている。さらに、像保持体４４のサイクル数が９００Ｋサイクルを超えた後に、摩耗の偏りが顕著になっているのは、感光層１０４の保護層１１０が部分的に摩耗しつくし、硬度の低い電荷輸送層１０８が摩耗を開始していることを示している。
ただし、像保持体４４の２７０度の位置（周方向の所定の位置）における感光層１０４の摩耗の程度及び進度は、９０度の位置における感光層１０４の摩耗の程度及び進度と異なっており、周方向の偏摩耗が示されている。

図１５は、図１４に示した偏摩耗が生じた像保持体４４について、サイクル数の増加に対する感光層１０４の層厚、直流電流Ｉｄｃの変化量、及び特性値Ａの変化を示すグラフである。
図１５に示すように、寿命情報生成部１００が感光層１０４の平均層厚の値のみに応じて像保持体４４の寿命を判定するとした場合、約１２００Ｋサイクルの動作がなされたときに平均層厚が画質限界レベルに達するので、像保持体４４の寿命は約１２００Ｋサイクルとなってしまう。感光層１０４の平均層厚が画質限界レベルに達したときには、感光層１０４の最小層厚は、画質限界レベルよりもはるかに小さくなっている。感光層１０４の平均層厚と最小層厚との関係も、感光層１０４の偏摩耗の度合いによって変化している。つまり、約１２００Ｋサイクルの動作がなされたときには、感光層１０４の最小層厚部分で所定の画質を維持することができない（画質ディフェクトが発生する）。

図１５においては、特性値Ａは、所定サイクル数の動作後における像保持体４４の回転周期中の最大直流電流値と最小直流電流値との差｛所定サイクル時のＩｄｃ（ｐ−ｐ）｝から、初期状態における像保持体４４の回転周期中の最大直流電流値と最小直流電流値との差｛初期のＩｄｃ（ｐ−ｐ）｝を、差し引いた値を直流電流ムラ｛ΔＩｄｃ＝所定サイクル時のＩｄｃ（ｐ−ｐ）−初期のＩｄｃ（ｐ−ｐ）｝としている。

画像形成装置１０は、例えば特性値Ａが所定値（画質限界レベル）以下になった場合に、像保持体４４が寿命に達したと判定する（寿命に関する情報を生成する）。したがって、図１５に示した例においては、制御ユニット７２は、特性値Ａが画質限界レベル以下になる約９００Ｋサイクルを像保持体４４の寿命と判定する。また、特性値Ａは、感光層１０４の最小層厚が画質限界レベルに達するサイクル数の前後のサイクル数で急激に変化するので、直流電流Ｉｄｃの測定ばらつきが大きくても、像保持体４４の寿命の判定に対する影響が小さくなっている。

図１６は、画像形成装置１０が像保持体４４の寿命に関する情報を生成する処理例（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
図１６に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、直流電流検出部９０は、像保持体４４の周方向に異なる各位置で直流電流Ｉｄｃを検出し、制御ユニット７２に対して出力する。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、変化量算出部９４は、直流電流Ｉｄｃの変化量を算出し、算出結果を最小層厚算出部９８及び寿命情報生成部１００に対して出力する。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、平均層厚算出部９２は、感光層１０４の平均層厚を算出し、算出結果を最小層厚算出部９８、寿命情報生成部１００及び給電装置７３に対して出力する。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、最小層厚算出部９８は、感光層１０４の最小層厚を算出し、寿命情報生成部１００に対して出力する。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、寿命情報生成部１００は、像保持体４４の寿命に関する情報を生成（寿命判定）し、生成した寿命に関する情報をＵＩ装置６６に対して出力する。

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、ＵＩ装置６６は、像保持体４４の寿命に関する情報（寿命の判定結果）を出力する。

ここで、制御ユニット７２は、ＵＩ装置６６を介して、感光層１０４の層厚が所定値（第１の規定値）以下になった直後に像保持体４４の交換準備を促す警告を表示するようにしてもよいし、感光層１０４の層厚が他の所定値（第２の規定値）以下になった直後に像保持体４４の交換を行うように警告を表示するようにしてもよいし、感光層１０４の層厚が他の所定値（第２の規定値）以下になった後に規定サイクル数の動作をした場合に像保持体４４が寿命に達したことを表示して、像保持体４４の動作を強制的に停止させてもよい。

なお、制御ユニット７２は、像保持体４４のサイクル数、直流電流検出部９０の検出結果、変化量算出部９４が算出する変化量、減少量算出部９６の算出結果、又は平均層厚算出部９２の算出結果に応じて、直流電流検出部９０が直流電流Ｉｄｃを検出する頻度を制御してもよいし、減少量算出部９６の算出結果、又は像保持体４４のサイクル数に応じて、直流電流検出部９０が直流電流Ｉｄｃを検出する時機（タイミング，定期検出開始時期）を制御してもよい。

図１７は、直流電流検出部９０の検出結果に応じて、直流電流検出部９０が直流電流Ｉｄｃを検出する頻度を制御ユニット７２が制御する処理例（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
図１７に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、直流電流検出部９０は、直流電流Ｉｄｃを検出（常時検出）し、制御ユニット７２に対して出力する。

ステップ２０２（Ｓ２０２）において、制御ユニット７２は、直流電流Ｉｄｃが規定値以下であるか否かを判定し、規定値以下である場合にはＳ２０４の処理に進み、その他の場合にはＳ２０６の処理に進む。

ステップ２０４（Ｓ２０４）において、制御ユニット７２は、像保持体４４の感光層１０４の層厚算出（Ｓ１０など）の頻度が、像保持体４４の１００Ｋサイクル毎になるように設定する。

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、制御ユニット７２は、像保持体４４の感光層１０４の層厚算出（Ｓ１０など）の頻度が、像保持体４４の５０Ｋサイクル毎になるように設定する。

また、画像形成装置１０は、複数のプロセススピードで画像を形成することができるようにされており、像保持体４４の回転速度が複数の異なる速度に設定されるようになっている。ここで、制御ユニット７２は、直流電流検出部９０が直流電流Ｉｄｃを検出する場合に、像保持体４４の回転速度を設定可能な最高速度にするよう制御してもよい。
さらに、寿命情報生成部１００は、最小層厚算出部９８の算出結果などの移動平均に応じて、像保持体４４の寿命に関する情報を生成してもよい。

また、制御ユニット７２は、画像形成のタスクが終了する毎に像保持体４４の寿命に関する情報を生成してもよい。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す構成図である。 像保持体、帯電部材及びその周辺の構成の詳細を示す構成図である。 像保持体の断面の構成を示す模式図である。 像保持体の周方向の偏摩耗例を示す断面図である。 像保持体の周方向の４つの位置を示す斜視図である。 像保持体の周方向の４つの位置における軸方向の層厚を示すグラフである。 像保持体の回転周期に対して、直流電流検出部が検出した直流電流Ｉｄｃ、及び直流電流Ｉｄｃの平均値を示したグラフである。 感光層の偏摩耗と平均層厚との関係を示す模式図であって、（Ａ）は初期状態における像保持体の断面を示し、（Ｂ）は平均層厚が大きい場合に偏摩耗が生じた像保持体の断面を示し、（Ｃ）は平均層厚が小さい場合に（Ｂ）と同一の偏摩耗が生じた像保持体の断面を示す模式図である。 像保持体の回転周期と直流電流ムラとの関係を示すグラフであって、（Ａ）は感光層の平均層厚が異なる場合に、同程度の偏摩耗に対して直流電流検出部がそれぞれ検出した直流電流Ｉｄｃと直流電流Ｉｄｃの平均値を示したグラフであり、（Ｂ）は感光層の平均層厚の違いにより生じる直流電流ムラの値の差を補正した結果を示すグラフである。 感光層の層厚が一定である場合における像保持体の表面電位と直流電流Ｉｄｃとの関係を示すグラフである。 像保持体のサイクル数と変化量算出部が算出する変化量との関係を示すグラフである。 直流電流検出部が検出する直流電流Ｉｄｃと、像保持体に残留する残留電位により流れる電流との関係を示すグラフである。 像保持体の軸方向の偏摩耗の程度及び進度を示すグラフであって、（Ａ）は図６に示した９０度の位置における偏摩耗を示すグラフであり、（Ｂ）は図６に示した２７０度の位置における偏摩耗を示すグラフである。 図１４に示した偏摩耗が生じた像保持体について、サイクル数の増加に対する感光層の層厚、直流電流Ｉｄｃの変化量、及び特性値Ａの変化を示すグラフである。 画像形成装置が像保持体の寿命に関する情報を生成する処理例（Ｓ１０）を示すフローチャートである。 直流電流検出部の検出結果に応じて、直流電流検出部が直流電流Ｉｄｃを検出する頻度を制御ユニットが制御する処理例（Ｓ２０）を示すフローチャートである。

１０ 画像形成装置
１４ 画像形成部
４４ 像保持体
５６ 帯電部材
７２ 制御ユニット
７３ 給電装置
７４ ＣＰＵ
７６ メモリ
８０ 除電装置
８２ 電位センサ
８４ 直流電源
８６ 交流電源
８８ 高圧電源制御部
９０ 直流電流検出部
９２ 平均層厚算出部
９４ 変化量算出部
９６ 減少量算出部
９８ 最小層厚算出部
１００ 寿命情報生成部
１０２ 導電性支持体
１０４ 感光層
１０８ 電荷輸送層
１１０ 保護層

Claims (11)

1. 被覆層により被覆され、回転する像保持体と、
   この像保持体に接触して該像保持体を帯電させる帯電部材と、
   この帯電部材に対し、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する給電手段と、
   前記像保持体に接触している前記帯電部材に流れる直流電流を、前記像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出する直流電流検出手段と、
   前記直流電流検出手段が所定期間に検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出する変化量算出手段と、
   前記被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出する平均対応値算出手段と、
   前記変化量算出手段の算出結果に所定の係数を乗じた値を、前記平均対応値算出手段の算出結果から減じた値を前記被覆層の層厚の最小値に対応する値として算出する最小対応値算出手段と、
   この最小対応値算出手段の算出結果に応じて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する寿命情報生成手段と、
   を有する画像形成装置。
2. 被覆層により被覆され、回転する像保持体と、
   この像保持体に接触して該像保持体を帯電させる帯電部材と、
   この帯電部材に対し、交流電圧と直流電圧とを重畳させた電圧を印加する給電手段と、
   前記像保持体に接触している前記帯電部材に流れる直流電流を、前記像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出する直流電流検出手段と、
   前記直流電流検出手段が所定期間に検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出する変化量算出手段と、
   前記被覆層の層厚の初期値に対する減少量に対応する値を算出する減少対応値算出手段と、
   前記変化量算出手段の算出結果、前記減少対応値算出手段の算出結果、及び所定の係数を乗じた値を前記被覆層の層厚の最小値に対応する値として算出する最小対応値算出手段と、
   この最小対応値算出手段の算出結果に応じて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する寿命情報生成手段と、
   を有する画像形成装置。
3. 前記減少対応値算出手段の算出結果に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する時機を制御する請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記直流電流検出手段が検出した直流電流に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する頻度を制御する検出頻度制御手段、
   をさらに有する請求項１乃至３いずれか記載の画像形成装置。
5. 前記平均対応値算出手段の算出結果に基づいて、前記直流電流検出手段が直流電流を検出する頻度を制御する検出頻度形成手段、
   をさらに有する請求項１記載の画像形成装置。
   
6. 前記像保持体を除電させる除電手段と、
   前記帯電部材が前記像保持体を帯電させ、前記除電手段が前記像保持体を除電した後に、前記像保持体に残留する電位に対応する値を検出する残留電位対応値検出手段と、
   をさらに有し、
   前記直流電流検出手段が検出した直流電流に替えて、該直流電流検出手段が検出した直流電流に、前記残留電位対応値検出手段が検出した値に対応する直流電流を加えて算出される直流電流を適用する請求項１乃至５いずれか記載の画像形成装置。
7. 前記直流電流検出手段が直流電流を検出する場合に、前記像保持体の表面電位が略所定値となるように制御する表面電位制御手段をさらに有する請求項１乃至６いずれか記載の画像形成装置。
8. 前記寿命情報生成手段は、前記最小対応値算出手段の算出結果の移動平均に基づいて、前記像保持体の寿命に関する情報を生成する請求項１乃至７いずれか記載の画像形成装置。
9. 前記直流電流検出手段が直流電流を検出する場合に、前記像保持体の回転速度を最高速度にするよう制御する回転速度制御手段をさらに有する請求項１乃至８いずれか記載の画像形成装置。
10. 被覆層により被覆されて回転する像保持体に接触している帯電部材に流れる直流電流を、像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出し、
    検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出し、
    被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出し、
    算出した変化量に所定の係数を乗じた値を、算出した層厚の平均値から減じて被覆層の最小値に対応する値を算出し、
    算出した被覆層の最小値に対応する値に基づいて、像保持体の寿命に関する情報を生成する像保持体の寿命情報生成方法。
11. 被覆層により被覆されて回転する像保持体に接触している帯電部材に流れる直流電流を、像保持体の周方向の異なる位置ごとに検出するステップと、
    検出した直流電流の最大値と最小値との差、平均値との差、形状関数、標準偏差、分散、所定値に対する差、所定値に対する比率又は最大値と最小値との差若しくは平均値との差の初期値に対する差を変化量として算出するステップと、
    被覆層の層厚の平均値に対応する値を算出するステップと、
    算出した変化量に所定の係数を乗じた値を、算出した層厚の平均値から減じて被覆層の最小値に対応する値を算出するステップと、
    算出した被覆層の最小値に対応する値に基づいて、像保持体の寿命に関する情報を生成するステップと、
    をコンピュータに実行させる像保持体の寿命情報生成プログラム。

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