JP6787085B2 - 画像形成装置および感光体評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および感光体評価方法に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置として、電子写真方式を利用した画像形成装置が種々考案されており公知技術となっている。その画像形成プロセスは、帯電処理後の感光体表面に静電潜像を形成し、感光体上の静電潜像を現像剤であるトナー等によって現像して可視像化し、現像された画像を転写装置により被転写材に転写して画像を担持させ、圧力および熱等を用いる定着装置によって被転写材上の未定着トナー像を定着する過程により成立している。

このような画像形成装置においては、経時使用により感光体表面がクリーニングブレードによる摺擦や現像領域での現像剤による摺擦を受けることで摩耗したり、感光体の感光層が帯電と除電の繰り返しによって疲労したりして、感光体が経時劣化する。感光体が劣化することにより、前の画像形成時の画像が感光体上に残存し易くなり、次の画像形成により作成される画像上に濃淡となって現れる現象（残像という）などの画像劣化が生じることがある。そして、感光体の経時劣化により許容範囲を超える画質劣化が生じると、感光体の寿命と判断される。このため、感光体は通常、その感光体が寿命を迎える前に交換される。

感光体の交換時期は、例えば、次のように設定される。対象機種と同じ構成をもつ試験機を使って標準的な使用環境や使用条件下で事前に耐久試験等を行い、その感光体が寿命を迎えるまでの累積印刷枚数や感光体の累積回転数等の寿命指標値を求める。そして、当該対象機種についての感光体に関しては、個々の画像形成装置ごとではなく一律に、感光体の交換時期を、その寿命指標値に基づいて設定する。

しかしながら、感光体が寿命を迎える時期は、個々の画像形成装置の使用環境や使用条件に大きく依存するため、感光体の交換時期を一律に設定していると、その交換時期が到来する前に感光体が寿命を迎えてしまうおそれがある。

感光体の交換時期が到来する前に感光体と判断されると、品質上重大な欠陥のある印刷物が出力されてしまう場合がある。この場合、感光体を交換した後に当該印刷物を再度印刷することをユーザに強いることになる。

一方で、どのような使用環境、使用条件でも感光体交換時期が到来する前に感光体が寿命を迎えることが無いように、感光体の交換時期を十分早い時期に設定しておくことも考えられる。しかしながら、この場合、未だ十分に使用できる感光体を交換する事態が多く発生することになり、資源の有効活用の観点やユーザの経済的負担の観点から不利な結果を招く。

これに対し、個々の画像形成装置において、使用中の感光体の劣化状態を検出し、その検出結果に基づいて感光体が寿命を迎えたか否かを判定（寿命到達判定という）したり、寿命を迎える時期を予測（寿命時期予測という）する感光体の寿命を評価する方法が考えられている。

感光体の寿命を評価する技術として、例えば、特許文献１〜４には、感光体の回転方向に露光部（露光箇所）と未露光部（非露光箇所）を形成し、次回転の露光後の表面電位に表れる感光体の回転方向の履歴（露光部と未露光部の電位差）を計測して、その電位差から残像を評価する技術が開示されている。

上記特許文献の記載の技術では、感光体の回転方向で生じる残像を検出することができる。しかしながら、転写条件や軸方向の画像面積率などによっては、感光体の回転方向より軸方向の残像が顕在化しやすい場合があり、上記特許文献の記載の技術では、感光体の軸方向で生じる残像を検出することができず、感光体の軸方向で生じる残像に起因して到来する感光体の寿命を精度良く評価することができなかった。

そこで本発明は、感光体の軸方向で生じる残像に起因して到来する感光体の寿命を精度良く評価することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、回転駆動する感光体と、前記感光体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電後の前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像に現像処理して得られるトナー像を被転写材に転写する転写手段と、前記感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、を備える画像形成装置であって、前記表面電位計測手段は、前記感光体の軸方向における異なる位置に配置された第１の表面電位計測手段および第２の表面電位計測手段からなり、所定のタイミングにおける前記感光体の１回転目に、前記帯電手段により前記感光体の軸方向の全体に帯電処理し、前記露光手段により前記感光体の軸方向の一部に露光処理し、前記転写手段により前記感光体の軸方向の全体に転写処理し、前記感光体の２回転目に、前記帯電手段により前記感光体の軸方向の全体に帯電処理し、前記露光手段により前記感光体の軸方向の全体に露光処理をした後に、前記表面電位計測手段は、前記第１の表面電位計測手段により前記１回転目での前記感光体の未露光部の表面電位Ｖ１を計測し、前記第２の表面電位計測手段により前記１回転目での前記感光体の露光部の表面電位Ｖ２を計測し、かつ、前記表面電位Ｖ１および前記表面電位Ｖ２に基づいて、前記感光体の寿命を評価する寿命評価手段を備えるものである。

本発明によれば、感光体の軸方向で生じる残像に起因して到来する感光体の寿命を精度良く評価することができる。

画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 標準的な使用環境や使用条件下における感光体累積回転数と標準差分値ΔＶとの関係を示すグラフである。 標準的な使用環境や使用条件下における１回転目の感光体軸方向の露光範囲と差分値ΔＶとの関係の一例を示すグラフである。 寿命判定予測処理の一例を示すフローチャートである。 プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 画像形成装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 感光体入れ替え判断処理の一例をフローチャートである。 寿命判定予測処理における追加処理の一例を示すフローチャートである。 寿命判定予測処理における追加処理の他の例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る構成を図１から図９に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

［第１の実施形態］
本実施形態に係る画像形成装置（画像形成装置１）は、回転駆動する感光体（感光体２）と、感光体の表面を帯電させる帯電手段（帯電装置３）と、帯電後の感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段（露光装置４）と、静電潜像に現像処理して得られるトナー像を被転写材（転写紙Ｐ）に転写する転写手段（転写装置６）と、感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、を備える画像形成装置であって、表面電位計測手段は、感光体の軸方向における異なる位置に配置された第１の表面電位計測手段（第１の表面電位計測手段１１）および第２の表面電位計測手段（第２の表面電位計測手段１２）からなり、所定のタイミングにおける感光体の１回転目に、帯電手段により感光体の軸方向の全体に帯電処理し、露光手段により感光体の軸方向の一部に露光処理し、転写手段により感光体の軸方向の全体に転写処理し、感光体の２回転目に、帯電手段により感光体の軸方向の全体に帯電処理し、露光手段により感光体の軸方向の全体に露光処理をした後に、表面電位計測手段は、第１の表面電位計測手段により１回転目での感光体の未露光部の表面電位Ｖ１を計測し、第２の表面電位計測手段により１回転目での感光体の露光部の表面電位Ｖ２を計測し、かつ、表面電位Ｖ１および表面電位Ｖ２に基づいて、感光体の寿命を評価する寿命評価手段（寿命評価手段１３）を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

（画像形成装置の構成）
図１は、画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。画像形成装置１は、矢印Ａ方向に回転するドラム状の感光体２を備えるとともに、感光体２の周囲に、感光体２の表面を一様に帯電する帯電装置３（帯電手段）と、帯電された感光体２の表面をレーザ光Ｌで露光して静電潜像を形成する露光装置４（露光手段）と、静電潜像にトナーを付着させて現像する現像装置５（現像手段）と、現像により得られた感光体２上のトナー像を被転写材としての転写紙Ｐ上に転写する転写装置６（転写手段）と、感光体２の表面の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニング装置７と、感光体２表面の残留電荷を除去する除電装置８と、を、感光体２の回転方向に沿ってこの順序で備えている。

また、感光体２の回転方向における露光装置４と現像装置５との間に、感光体２の表面電位を測定する表面電位計測手段として、第１の電位計測手段１１および第２の電位計測手段１２を備えている。第１の電位計測手段１１と第２の電位計測手段１２は、感光体２の周方向における同一位置であって、感光体２の軸方向の異なる位置に設けられる。なお、以下の説明では、第１の電位計測手段１１による表面電位の計測結果を表面電位Ｖ１、第２の電位計測手段１２による表面電位の計測結果を表面電位Ｖ２として説明する。

また、画像形成装置１は、感光体２の寿命を評価する寿命評価手段１３と、記憶手段としての記録メモリ１４と、報知手段１５と、を備えている。

寿命評価手段１３は、第１の電位計測手段１１および第２の電位計測手段１２ｂによる計測結果が入力される制御部であって、第１の電位計測手段１１および第２の電位計測手段１２ｂによる計測結果等に基づいて、感光体２の寿命を評価する、すなわち、感光体２がすでに寿命に到達しているか否かの判定（寿命到達判定）や、感光体２の残寿命の予測（寿命時期予測）をする。

記録メモリ１４には、後述する経時変化情報等の寿命評価に必要な情報が記憶されており、寿命評価手段１３は感光体２の寿命の評価に際し、必要に応じて、記録メモリ１４内の情報を読み出す。

報知手段１５は、例えば、画像形成装置１の操作パネルおよびその表示制御部であって、寿命評価手段１３による評価結果が入力される。報知手段１５は、寿命評価手段１３による評価結果、例えば、感光体２が既に寿命に到達している旨や寿命の到達時期、を操作パネル上に表示する。

（画像形成動作）
次に画像形成装置１による画像形成動作を説明する。先ず、画像形成装置１の画像読取部において原稿から読み取られた原画像信号や、外部のコンピュータ等で作成された原画像信号が、画像形成装置１の画像処理部に入力され、適切な画像処理が行われる。

この結果得られた入力画像信号が露光装置４に入力され、レーザ光を変調する。入力画像信号によって変調されたレーザ光Ｌは、帯電装置３により帯電された感光体２の表面に照射される。感光体２の表面にレーザ光Ｌが照射されると、感光体２上には入力画像信号に対応した静電潜像が形成される。

感光体２上に形成された静電潜像は、現像装置５によりトナーで現像され、感光体２上にトナー像が形成される。感光体２上に形成されたトナー像は、感光体の矢印Ａ方向への回転に伴って、感光体２に対向して配置された転写装置６に向かって搬送される。

一方、感光体２と転写装置６との間の転写領域に向かって、給紙部から転写紙Ｐが搬送されており、転写装置６により転写領域へ印加される転写バイアスの作用により、感光体２上のトナー像が転写紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは、搬送経路の後段に設けられる定着装置に搬送され、熱と圧力を加えられることによってトナー像が定着され、機外に排出される。

また、トナー像の転写紙Ｐへの転写が終了した感光体２の表面に残留する転写残トナー等の付着物は、クリーニング装置７により除去される。さらに、感光体２の表面の残留電荷が除電装置８により除去されて、１回の画像形成動作が終了する。

（感光体評価）
上述の画像形成動作を何十万回、何百万回と繰り返す中で、感光体２は様々なダメージを受けて劣化する。そして、感光体２が劣化することによって、上述のように前回の画像形成時の画像が感光体２上に残存し易くなり、今回の画像形成により作成される画像上に濃淡となって現れる「残像」という画像劣化が生じる場合がある。

「残像」には、「ポジ残像」と「ネガ残像」が存在する。「ポジ残像」とは、直前の画像形成時に、帯電装置３による帯電後に露光装置４により露光した感光体２表面上の箇所（露光箇所、露光部）が、次の画像形成時において、直前の画像形成時において帯電装置３による帯電後に露光装置４により露光しなかった感光体２表面上の箇所（非露光箇所、未露光部）よりも、画像濃度が濃くなるものをいう。また、「ネガ残像」とは、直前の画像形成時の露光箇所が、次の画像形成時において、直前の画像形成時の非露光箇所よりも、画像濃度が薄くなることをいう。

この残像の判別に関して、上記のように従来技術では、感光体２の回転方向で生じる残像については判別することが可能であったが、感光体２の軸方向で生じる残像について判別することができなかった。

この点について本発明者らは鋭意検討を行った。すなわち、感光体２の同一軸方向に２つの表面電位計測手段を設けておき、所定のタイミングにおける感光体２の１回転目に、帯電装置３により感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、露光装置４により感光体２の軸方向の一部に露光処理を行い、転写装置６により感光体２の軸方向の全体に転写処理する。

そして、２回転目に、帯電装置３により感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、露光装置４により感光体２の軸方向の全体に露光処理後に、一方の表面電位計測手段（第１の表面電位計測手段１１）により１回転目での感光体２の未露光部（非露光箇所）の表面電位Ｖ１を計測し、他方の表面電位計測手段（第２の表面電位計測手段１２）により１回転目の感光体の露光部（露光箇所）の表面電位Ｖ２を計測する。なお、本明細書における「１回転目」、「２回転目」とは、表面電位計測手段により表面電位Ｖ１，Ｖ２を計測して感光体２を評価する所定のタイミング（感光体２は既に所定回転数累積回転している）での感光体２の１回転目、２回転目をいうものである。所定のタイミングについては後述する。

そして、感光体２の軸方向の非露光箇所と露光箇所の表面電位の差ΔＶに基づいて、感光体２の軸方向で生じる残像について定量評価することが可能であること、すなわち、ΔＶがある上限値（ΔＶｍａｘ）より大きい場合、残像が発生することを突き止めた。

本実施形態に係る画像形成装置１は、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２の測定後、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２との絶対値の差分値（｜（Ｖ１−Ｖ２）｜ともいう）であるΔＶを算出し、この差分値ΔＶに基づいて感光体２の寿命到達判定や寿命到達時期を予測をする。

図２は、標準的な使用環境や使用条件下における感光体累積回転数と標準差分値ΔＶとの関係を示すグラフである。図２に示すような、標準的な使用環境や使用条件下における感光体が寿命に至るまでの標準的な差分値ΔＶ（標準差分値ΔＶと呼ぶ）の経時変化を示す情報を経時変化情報といい、経時変化情報は記録メモリ１４に記録されている。

表面電位計測手段は、所定のタイミングとなったら上述したように表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２とを取得し、寿命評価手段１３は、これらの差分値ΔＶを算出し、その差分値ΔＶと、差分値ΔＶに対して寿命判定の閾値として設定された寿命判定基準値ΔＶｍａｘと、を比較する。この比較により差分値ΔＶが、ΔＶ＞ΔＶｍａｘであると判断したら感光体２は寿命に到達したと判定する。また、寿命評価手段１３は、差分値ΔＶがΔＶ≦ΔＶｍａｘであると判断したときは、記録メモリ１４内の経時変化情報を参照し、差分値ΔＶと経時変化情報とに基づいて、感光体２の寿命到達時期を予測する。

転写装置６は定電流制御と定電圧制御の設定切り替えが可能となっており、任意に設定することができる。転写装置６による転写処理の条件は、任意に設定することが可能となっている。すなわち、画像形成動作時の転写処理の条件とは異なる条件とすることができる。具体的な設定方法としては、例えば、累積回転数ｎ＝０のときに、残像の発生しない条件を予め求めておき、常にこの条件で測定を行う方法が挙げられる。

露光装置４により１回転目の露光処理の際に感光体２の軸方向において露光処理する範囲は、任意に設定することができる。また、露光装置４による露光量は、任意に設定することができるが、残像の検出感度を高くする為には、２回転目の露光量は１回転目の露光量よりも小さい方が好ましい。

また、露光装置４による露光処理の条件は、画像形成動作時の露光処理の条件とは異なる条件とすることができる。具体的な設定方法としては、例えば、累積回転数ｎ＝０のときに、残像の発生しない条件を予め条件を求めておき、常にこの条件で測定を行う方法が挙げられる。

また、露光装置４による露光処理は、１回転目の露光処理の際の感光体２の軸方向の露光処理する範囲を変化させながら、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２を取得し、これらの差分値ΔＶを算出することが好ましい。

また、寿命到達判定や寿命時期予測を行うための所定のタイミングは、任意のタイミングで行うことができるが、例えば、印刷ジョブ開始時に行うのが好ましい。印刷ジョブと印刷ジョブとの間や、印刷ジョブの終了直後に寿命到達判定や寿命時期予測を行うための測定を実行する場合、測定前の印刷ジョブの内容に応じて感光体２に蓄積される短期的な劣化の程度が異なるため、測定結果に誤差が生じやすいためである。

図３は、標準的な使用環境や使用条件下における１回転目の感光体軸方向の露光範囲と差分値ΔＶ（標準差分値ΔＶ）との関係の一例を示すグラフである。

図３に示すように、残像を示す指標値である差分値ΔＶは、感光体２の軸方向の露光範囲の大きさに依存する。軸方向に露光部と未露光部が存在する場合、転写処理の際に転写装置６からの感光体２へと流れる転写電流は、露光部と未露光部に分配して流れる。この転写電流の分配の比率は、軸方向の露光範囲の大きさに応じて変化する。

このとき、残像を示す指標値である差分値ΔＶは転写条件の影響を受けるため、軸方向の露光部と未露光部に分配される転写電流が変化することは、残像を示す指標値である差分値ΔＶが変化することを意味する。

このため、１回転目の露光処理の際に、感光体２の軸方向の露光処理する範囲を変化させながら、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２を取得し、これらの差分値ΔＶを算出することで、残像の軸方向の露光範囲の依存性を評価することができる。

同様に、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２を測定する際に、帯電装置３による帯電処理の条件は、任意に設定することができる。すなわち、画像形成動作時の帯電処理の条件とは異なる条件とすることができる。具体的な設定方法としては、例えば、累積回転数ｎ＝０のときに、バイアス印加無しで転写領域を通過させた感光体表面部分を帯電処理することで感光体２の表面電位が−６００Ｖとなるような条件を求めておき、常にこの条件で測定を行う方法が挙げられる。また、測定を行う前に、毎回、バイアス印加無しで転写領域を通過させた感光体表面部分を帯電処理することで感光体２の表面電位が−６００Ｖとなるような条件を求め、その条件で当該測定における帯電処理を行う方法も挙げられる。

報知手段１５は、寿命評価手段１３による感光体２の寿命到達判定や寿命時期予測の結果を報知する。これにより、ユーザや画像形成装置１のサービスマン（保守担当者）は、適切なタイミングで感光体２の交換をすることができる。さらに、ユーザやサービスマンが、感光体２の寿命時期予測結果の報知を受けることにより、感光体２の寿命が到来する前に交換用の感光体２を予め手配しておくこともできる。また、感光体２のユーザ交換ができない場合においても、感光体２の寿命時期予測結果の報知を受けることで、サービスマンがユーザ先を訪問する計画を効率的に立てることもできるため、画像形成装置１のダウンタイムが低減され、結果として生産性向上を図ることができる。

（寿命到達判定および寿命時期予測）
次に、寿命評価手段１３で実行される感光体２の寿命到達判定の処理および寿命時期予測の処理（寿命判定予測処理という）の詳細について説明する。図４は、寿命判定予測処理の一例を示すフローチャートである。

寿命判定予測処理では、印刷ジョブ開始時などの所定のタイミングで、先ず、上述した工程により表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２とを測定する（Ｓ１０１）。

次いで、測定した表面電位Ｖ１および表面電位Ｖ２から、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２との絶対値の差分値ΔＶ（＝｜Ｖ１−Ｖ２｜）を算出する（Ｓ１０２）。算出した差分値ΔＶを記録メモリ１４に記録する（Ｓ１０３）。

次いで、差分値ΔＶと、予め設定されている寿命判定のための閾値である寿命判定基準値ΔＶｍａｘとを比較し、ΔＶ≦ΔＶｍａｘであるか否かを判定する（Ｓ１０４）。寿命判定基準値Δｍａｘの好適な設定例を説明する。転写条件や感光体２の層構成などにもよるが、寿命判定基準値は、例えば、ΔＶｍａｘ≧５［単位：Ｖ］であることが好ましい。残像を表現する画像濃度差は、差分値ΔＶに依存する傾向があり、通常、差分値ΔＶがΔＶ≦５の範囲であれば残像に関して問題はないが、差分値ΔＶがΔＶ≦５の範囲外であると残像が無視できないものとなるためである。

ΔＶ＞ΔＶｍａｘである場合（Ｓ１０４：ＮＯ）には、感光体の寿命到達（寿命切れ）と判定する（Ｓ１０５）。次いで、報知手段１５は、画像形成装置１の操作パネルなどに感光体２が寿命切れとなっている旨の判定結果を報知する（Ｓ１０６）。

一方、ΔＶ≦ΔＶｍａｘである場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）は、まだ感光体の寿命が到達していないため、以下のように感光体２の寿命到達時期を予測する。寿命時期予測では、先ず、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２を測定した時点の感光体累積回転数ｎを記録する（Ｓ１０７）。

次いで、記録メモリ１４に記憶されている感光体２が寿命に至るまでの標準差分値ΔＶの経時変化情報（図２）を参照して、ΔＶ＝ΔＶｍａｘとなるときの感光体２の累積回転数（寿命到達累積回転数という）を算出し、算出した寿命到達累積回転数を感光体２の寿命到達時期の予測値とする。

そして、算出した寿命到達累積回転数と、Ｓ１０７において記録した感光体累積回転数ｎと、に基づいて、今後何枚印刷を行ったら感光体２が寿命に至るかの残寿命を算定する（Ｓ１０８）。

次いで、報知手段１５は、画像形成装置１の操作パネルなどに算定結果（予測された残寿命）を報知する（Ｓ１０９）。

なお、差分値ΔＶは、感光体２の劣化に従って上昇する傾向を示すが、感光体２の累積回転数の増加に対して一定の割合で増加するとは限らない。例えば、図２に示した例のように、感光体累積回転数に対して差分値ΔＶが指数関数的に増加する傾向を示す場合もある。また、感光体累積回転数に対して差分値ΔＶが減少する傾向を示す場合もある。

そのため、画像形成装置１の開発段階において、感光体２が実際に寿命に至るまでに、感光体累積回転数の増加に従って差分値ΔＶがどのような挙動を示すかという標準差分値ΔＶの経時変化情報を調べておき、その経時変化情報に基づいて感光体２の寿命判定や寿命予測を行うことにより、より正確な寿命判定や寿命予測を実現することができる。

具体的には、例えば、過去に検出した差分値ΔＶの推移から、感光体累積回転数に対する差分値ΔＶの傾きを計算し、これを現時点からの図２に示した記録メモリ１４内の経時変化情報を用いた外挿予測、または予め把握しておいた感光体累積回転数に対する差分値ΔＶの傾きデータ、および予め設定された設定値ΔＶｍａｘとを照らし合わせることによって、今後何枚印刷を行ったら感光体が寿命に至るかの残寿命を判断することができる。

（プロセスカートリッジ）
寿命評価手段１３は画像形成装置１に搭載されるものであるが、プロセスカートリッジ方式の画像形成装置１においては、プロセスカートリッジに寿命評価手段１３を搭載してもよいし、画像形成装置１の本体部に寿命評価手段１３を搭載してもよい。

プロセスカートリッジ１０の一例を図５に示す。プロセスカートリッジ１０は、例えば、感光体２を収容するとともに、帯電装置３、露光装置４（図５では図示せず）、現像装置５、転写装置６、クリーニング装置７、除電装置８（図５では図示せず）、第１の電位計測手段１１と第２の電位計測手段１２（図５では図示せず）のうちの少なくとも１つとを、支持部材９で共通支持したものであって、画像形成装置１の本体部にたいして着脱自在に構成された装置（部品）である。

以上説明したように、第１の実施形態に係る画像形成装置１は、任意のタイミングにおける１回転目に、感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、感光体２の軸方向の一部に露光処理を行い、感光体２の軸方向の全体に転写処理し、２回転目に、感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、感光体２の軸方向の全体に露光処理を行った後に、１回転目の感光体２の未露光部の表面電位Ｖ１と、１回転目の感光体２の露光部の表面電位Ｖ２と、を感光体２の同一軸方向に配置された２つの表面電位計測手段により測定する。

そして、表面電位Ｖ１とＶ２との比較値である差分値ΔＶ（＝｜（Ｖ１−Ｖ２）｜）を算出し、その比較値に基づいて感光体２の寿命を評価している。この差分値ΔＶは、感光体の軸方向で生じる残像による画質劣化の度合いを示す指標値であり、感光体２の軸方向で生じる残像の発生によって到来する感光体２の寿命到達判定および寿命時期予測を精度よく行うことが可能となっている。

また、感光体２が寿命に至るまでの差分値ΔＶの経時変化を示す経時変化情報を参照して、寿命時期予測を行うことで、画像形成装置１における差分値ΔＶの推移（経時変化）が特有の経時変化を示す場合でも、高い精度で寿命予測を行うことができる。

また、１回転目の露光処理の際に、感光体２の軸方向の露光処理する範囲を変化させながら、表面電位Ｖ１とＶ２を計測して、差分値ΔＶを求めることにより、感光体２の軸方向の露光範囲を変化させた場合に感光体２の軸方向で生じる残像の発生によって到来する感光体２の寿命を適切に判定することができる。

また、感光体２が寿命に到達した旨や、寿命到達時期の予測結果を通知することで、ユーザやサービスマンに感光体交換準備を促して、ダウンタイムの低減を図ることができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。

第１の実施形態では、感光体２を１つ備えるモノクロ画像形成装置を例に説明したが、本発明は複数の感光体を備えたいわゆるタンデム型のカラー画像形成装置にも同様に適用できる。第２の実施形態では、タンデム型のカラー画像形成装置への適用例について説明する。

図６は、第２の実施形態に係るタンデム型のカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図６に示す画像形成装置１は、互いに異なる色のトナー（例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））を用いて各感光体上に各色トナー像を形成し、これらのトナー像を中間転写体である中間転写ベルト２０上に互いに重なり合うように１次転写する。

そして、中間転写ベルト２０上で重なり合った各色トナー像（カラートナー像）は、２次転写ローラ２２と対向する２次転写領域で、レジストローラ対２１により送り出された転写紙Ｐ上に２次転写される。カラートナー像が２次転写された転写紙Ｐは、転写ベルト２３および搬送ベルト２４の表面に担持されながら搬送され、定着装置２５で熱と圧力を加えられることによってトナー像が定着され、機外に排出される。

図６に示すようなタンデム型のカラー画像形成装置の場合、色ごとに個別の感光体２が使われるため、複数の感光体２を備えている。一般に、出力画像の内容に応じて各色の使われ方が異なるので、そうした状況下で画像形成が繰り返される結果、色ごとに感光体２の劣化速度は異なったものとなる。感光体２の劣化速度が異なると、感光体の寿命到達時期、つまり感光体の交換時期も異なってくる。そのため、感光体２の寿命到達判定や寿命時期予測は、複数の感光体２について個別に行う必要がある。

このとき、各色についての感光体交換時期が到来するたびに、該当する感光体２を新たな感光体２に交換するようにすると、画像形成装置全体での感光体交換作業の頻度が高くなり、ユーザやサービスマンの負担が大きくなる。

そこで、本実施形態に係る画像形成装置１は、以下に説明する感光体入れ替え判断処理を実行することにより全ての感光体２の交換時期をおおよそ同時期となるようにするものである。これにより、すべての感光体２を一括して交換することが可能となる。なお、画像形成装置１の感光体２は、互いに入れ替えることが可能となっている。

（感光体入れ替え判断処理）
図７は、感光体入れ替え判断処理の一例を示すフローチャートである。先ず、４つある感光体２のそれぞれについて、上述の寿命判定予測処理（図４）を実行する。

寿命判定予測処理のＳ１０４において、すべての感光体２について差分値ΔＶと寿命判定基準値ΔＶｍａｘとの比較結果がΔＶ≧ΔＶｍａｘである場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、すべての感光体について、Ｓ１０７とＳ１０８の処理を実行して、各感光体２についての残寿命を算定した後、寿命判定予測処理のＳ１０９の処理に替えて、図７に示す感光体入れ替え判断処理を実行するものである。

感光体入れ替え判断処理では、先ず、寿命判定予測処理のＳ１０８において予測した寿命到達時期から算定された各感光体２の残寿命に基づいて、残寿命が最も短い感光体２を特定する（Ｓ２０１）。

次いで、残寿命が最も短い感光体２の残寿命と、予め寿命の手前に設定された閾値である特定値ｅと、を比較して、残寿命が最も短い感光体２の残寿命が特定値ｅ以下であるかどうかを判断する（Ｓ２０２）。

残寿命が最も短い感光体の残寿命が特定値ｅを超えている場合は（Ｓ２０２：ＮＯ）、報知手段１５は、画像形成装置１の操作パネルなどに算定結果（残寿命が最も短い感光体２についての残寿命）を報知する（Ｓ２０３）。このとき、感光体２ごとの残寿命の判断結果を報知するようにしてもよい。

一方、残寿命が最も短い感光体２の残寿命が特定値ｅ以下である場合は（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、各感光体２の残寿命に基づいて、残寿命が最も長い感光体２を特定する（Ｓ２０４）。

次いで、報知手段１５は、Ｓ２０１で特定した残寿命が最も短い感光体２と、Ｓ２０４で特定した残寿命が最も長い感光体２とを入れ替えることを促す旨の表示を操作パネル等に報知する（Ｓ２０５）。なお、Ｓ２０５の報知は、残寿命が最も短い感光体２と残寿命が最も長い感光体２との間で、残寿命の差が規定値以上である場合だけ行うようにしてもよい。

以上説明したように、第２の実施形態では、タンデム型のカラー画像形成装置において、実際の使用環境や使用条件の下で一定期間使用された後に、各感光体２の残寿命を判断することにより、その実際の使用環境や使用条件下における色ごとの相対的な劣化速度を把握している。

そして、残寿命が最も短い感光体２の残寿命が特定値ｅを超えるまでは、所定のタイミングで、残寿命が最も短い感光体２と残寿命が最も長い感光体２との入れ替えを促す内容の報知処理がなされる。

この報知を受けたユーザやサービスマンは、残寿命が最も短い感光体２と残寿命が最も長い感光体２とを入れ替えることことができる。これにより、入れ替え後は、残寿命が最も長い感光体２が最も劣化速度が速い色について使用され、かつ、残寿命が最も短い感光体２が最も劣化速度が遅い色について使用されることになる。

その結果、入れ替え後に画像形成装置１が一定期間使用されることで、残寿命が最も短い感光体２と残寿命が最も長い感光体２との間の残寿命差が縮まっていくこととなる。よって、このような入れ替えを行わない場合よりも、全ての感光体２の寿命到来時期を互いに近付けることができ、感光体２の寿命を多く残したまま交換するというような無駄が少ない状態で、すべての感光体２を一括して交換することが可能となる。また、この感光体入れ替え判断処理を繰り返し行うことで、全ての感光体２の寿命到来時期をほぼ同時期に調整することが可能となるので、より無駄の少ない状態で全ての感光体２の一括交換が可能となる。

以上説明した第２の実施形態に係る画像形成装置１によれば、複数の感光体２を備えるタンデム型のカラー画像形成装置において、各感光体２ごとの寿命判定を実施することができる。したがって、個々の感光体２の劣化速度に応じた寿命到達判定や寿命時期予測を行うことができる。

また、複数の感光体２には、互いに入れ替え可能な２以上の感光体２が含まれており、複数の感光体２のうち寿命到達時期が最も早いと予測された感光体２の寿命到達時期に至る前の所定のタイミングにおいて、寿命到達時期が最も早いと予測された感光体２と、寿命到達時期が最も遅いと予測された感光体２との交換を促す報知を行うことで、結果的に、より無駄の少ない状態で複数の感光体２の一括交換を可能とすることができる。

［第３の実施形態］
これまで説明したように、画像形成装置１に用いられる感光体２は、繰り返される画像形成動作の中で様々なダメージを受けて劣化する。また、感光体２は画像形成時以外でも、例えば、急激な環境変化（温度および／または湿度の変化）や、装置内に残存した放電生成物の付着などによるダメージを受ける。これらのダメージにより、感光体２の劣化状態が通常の感光体劣化推移から大きく逸脱し、感光体２の劣化が突発的に進んだ状態になることがある。

一方で、このような突発的な感光体２の劣化は、画像形成動作やリフレッシュ動作などが行われることで回復する場合がある。リフレッシュ動作とは、例えば、クリーニングブレードにより感光体表面を摺擦するものである。

このため、突発的に感光体２の劣化が発生している時に行った表面電位の測定に基づいた差分値ΔＶを用いて、感光体２の寿命判定予測処理を実行した場合、本来の寿命到達時期よりも早く寿命切れであると判定してしまったり、残寿命の判断誤差が大きくなったりしてしまう。

そこで第３の実施形態では、突発的に感光体２の劣化が発生している場合においても、精度の高い寿命到達判定や寿命時期予測を可能とするものである。

図８および図９は、それぞれ寿命判定予測処理における追加処理の一例を示すフローチャートである。この追加処理は、寿命判定予測処理のＳ１０２とＳ１０３の間に実行される。

図８に示す追加処理について説明する。寿命判定予測処理のＳ１０２において差分値ΔＶを算出した後、先ず、記録メモリ１４内の経時変化情報を参照して、表面電位Ｖ１と表面電位Ｖ２を測定した時点の感光体累積回転数ｎに対応した標準差分値ΔＶｎを算出する（Ｓ３０１）。

次いで、差分値ΔＶと標準差分値ΔＶｎとの差（｜ΔＶ−ΔＶｎ｜）を算出し、算出結果と予め設定された閾値である設定値ｆとを比較する（Ｓ３０２）。

｜ΔＶ−ΔＶｎ｜≦ｆである場合は（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、感光体２の劣化の突発的な変化が発生していないと判断できる。この場合、寿命判定予測処理のＳ１０３へ進み、Ｓ１０２で算出した差分値ΔＶを記録メモリ１４に記録し、その差分値ΔＶに基づいて寿命到達判定や寿命時期予測を行う。

一方、｜ΔＶ−ΔＶｎ｜≦ｆでない場合は（Ｓ３０２：ＮＯ）、感光体２の劣化の突発的な変化が発生していると考えられる。この場合、所定時間（β時間）経過後に（Ｓ３０３）、記録メモリ１４内の経時変化情報を参照して、前回の測定時における累積回転数ｎに対し、β時間経過するまでに感光体が回転した感光体回転数αを加算した累積回転数ｍ（ｍ＝ｎ＋α）に対応した標準差分値ΔＶｍを算出する（Ｓ３０４）。

標準差分値ΔＶｍを算出したら、感光体累積回転数がｍ回転目であるときに、ｍ回転目に、帯電装置３により感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、感光体２の軸方向の一部に露光処理を行い、転写装置６により感光体２の軸方向の全体に転写処理し、ｍ＋１回転目に、帯電装置３により感光体２の軸方向の全体に帯電処理し、露光装置４により感光体２の軸方向の全体に露光処理後に、第１の電位計測手段１１によりｍ回転目での感光体２の未露光部の表面電位Ｖ１’を計測し、第２の電位計測手段１２によりｍ回転目での感光体２の露光部の表面電位Ｖ２’を計測する（Ｓ３０５）。

次いで、表面電位Ｖ１’，Ｖ２’から、その差分値ΔＶ＝｜（Ｖ１’−Ｖ２’）｜を算出する（Ｓ３０６）。そして、この差分値ΔＶを記録メモリ１４に記録する（Ｓ１０３へ進む）。

この場合、以降の寿命判定予測処理において、Ｓ３０６で算出された差分値ΔＶを用いて寿命判定や寿命予測を行う。

なお、図８に示す追加処理では、｜ΔＶ−ΔＶｎ｜≦ｆでない場合に、所定時間（β時間）経過後に標準差分値ΔＶｍを算出しているが（Ｓ３０３）、図９に示す他の例のように、感光体２が所定回転数（α回転）分回転した後に（Ｓ３０３’）、標準差分値ΔＶｎ＋αを算出するようにしてもよい（Ｓ３０４’）。その他の処理は図８と同様である。

なお、追加処理における累積回転数ｎは自然数、累積回転数ｍはｎ＋２以上の自然数である。また、所定回転数αは自然数である。また、所定時間βは、感光体２の一時的な劣化が回復するために必要な時間以上に設定されるものであり、感光体２の所定回転数αは一時的な劣化が回復するために必要な感光体回転数である。値αおよびβは、適宜設定される値である。短期間または感光体２を数回回転させるだけで回復する場合や、長期間経過またはある程度の回転数回転しないと回復しない場合もあるためである。長期間経過またはある程度の回転数回転しないと回復しない場合は、例えば、感光体２を暖める、または、感光体表面にトナーを入力しながら感光体２を回転させて感光体表面を強制的に磨耗させるなど、感光体２を回復させるためのリフレッシュ処理の実行を加えてもよい。

また、差分値ΔＶと標準差分値ΔＶｎとの差を算出した際、その算出結果が、所定の閾値以上に大きいときには、その旨を報知手段１５から報知するようにしてもよい。

以上説明した第３の実施形態に係る画像形成装置１によれば、差分値ΔＶの算出に用いた表面電位Ｖ１，Ｖ２を測定した時期に対応する基準比較値である標準差分値ΔＶを経時変化情報から特定し、差分値ΔＶと特定した標準差分値ΔＶｎとの差が規定値ｆよりも大きいときには、所定期間経過後であるβ時間経過時、または感光体回転数がα回転した時に、改めて測定した表面電位Ｖ１’，Ｖ２’との差分値ΔＶを算出し、この差分値ΔＶに基づいて感光体２の寿命の評価をすることで、突発的な測定異常による寿命到達判定や寿命時期予測の誤りを抑制することができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

１ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電装置
４ 露光装置
５ 現像装置
６ 転写装置
７ クリーニング装置
８ 除電装置
９ 支持部材
１０ プロセスカートリッジ
１１ 第１の電位計測手段
１２ 第２の電位計測手段
１３ 寿命評価手段
１４ 記録メモリ
１５ 報知手段
２０ 中間転写ベルト
２１ レジストローラ対
２２ ２次転写ローラ
２３ 転写ベルト
２４ 搬送ベルト
２５ 定着装置
Ｐ 転写紙

特許第３６１０２１６号公報 特許第４７４３８７７号公報 特許第５６３０７０８号公報 特開２０１４−１３９６１４号公報

Claims (10)

1. 回転駆動する感光体と、
   前記感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
   帯電後の前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像に現像処理して得られるトナー像を被転写材に転写する転写手段と、
   前記感光体の表面電位を計測する表面電位計測手段と、を備える画像形成装置であって、
   前記表面電位計測手段は、前記感光体の軸方向における異なる位置に配置された第１の表面電位計測手段および第２の表面電位計測手段からなり、
   所定のタイミングにおける前記感光体の１回転目に、
   前記帯電手段により前記感光体の軸方向の全体に帯電処理し、
   前記露光手段により前記感光体の軸方向の一部に露光処理し、
   前記転写手段により前記感光体の軸方向の全体に転写処理し、
   前記感光体の２回転目に、
   前記帯電手段により前記感光体の軸方向の全体に帯電処理し、
   前記露光手段により前記感光体の軸方向の全体に露光処理をした後に、
   前記表面電位計測手段は、前記第１の表面電位計測手段により前記１回転目での前記感光体の未露光部の表面電位Ｖ１を計測し、前記第２の表面電位計測手段により前記１回転目での前記感光体の露光部の表面電位Ｖ２を計測し、
   かつ、前記表面電位Ｖ１および前記表面電位Ｖ２に基づいて、前記感光体の寿命を評価する寿命評価手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記寿命評価手段は、前記表面電位Ｖ１と前記表面電位Ｖ２の差分値と、所定の閾値との比較結果に応じて、前記感光体が寿命に到達したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記寿命評価手段は、前記表面電位Ｖ１と前記表面電位Ｖ２の差分値と、所定の閾値との比較結果に応じて、前記感光体が寿命に到達したか否かを判定し、前記感光体が寿命に到達していないと判定した場合は、前記感光体の寿命の到達時期を予測することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 予め設定された前記感光体の累積回転数と標準差分値との関係を示す経時変化情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記寿命評価手段は、前記差分値および前記経時変化情報に基づいて、前記感光体の寿命の到達時期を予測することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 予め設定された前記感光体の累積回転数と標準差分値との関係を示す経時変化情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記差分値と、該差分値に対応する前記経時変化情報の前記標準差分値との差が所定値以上にある場合、
   前記表面電位計測手段は、所定期間の経過後または前記感光体の所定回数の回転後に、前記表面電位Ｖ１および前記表面電位Ｖ２と同様に、前記感光体の未露光部の表面電位Ｖ１’および前記感光体の露光部の表面電位Ｖ２’を計測し、
   前記寿命評価手段は、前記表面電位Ｖ１’および前記表面電位Ｖ２’に基づいて、前記感光体の寿命を評価することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記寿命評価手段は、前記１回転目の露光処理の際に、前記感光体の軸方向の露光処理をする範囲を変化させながら計測される前記表面電位Ｖ１および前記表面電位Ｖ２に基づいて、前記感光体の寿命を評価することを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記感光体を複数備え、
   前記寿命評価手段は、前記感光体ごとに前記感光体の寿命を評価することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記寿命評価手段による前記感光体の寿命の評価結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の画像形成装置。
9. 前記感光体を複数備えるとともに、該複数の感光体には、互いに入れ替え可能な２以上の感光体が含まれ、
   前記寿命評価手段は、前記表面電位Ｖ１と前記表面電位Ｖ２の差分値と、所定の閾値との比較結果に応じて、前記感光体が寿命に到達したか否かを判定し、前記感光体が寿命に到達していないと判定した場合は、前記感光体の寿命の到達時期を予測するものであり、
   前記複数の感光体のうち寿命の到達時期の最も早い感光体と寿命の到達時期の最も遅い感光体とを決定し、
   前記報知手段は、寿命の到達時期の最も早い感光体と寿命の到達時期の最も遅い感光体との入れ替えを促す旨を報知することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 画像形成装置が備える感光体の感光体評価方法であって、
    所定のタイミングにおける前記感光体の１回転目に、
    前記感光体の軸方向の全体に、前記感光体の表面を帯電させる帯電処理をし、
    前記感光体の軸方向の一部に、帯電後の前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光処理をし、
    前記感光体の軸方向の全体に、前記静電潜像に現像処理して得られるトナー像を被転写材に転写する転写処理をし、
    前記感光体の２回転目に、
    前記感光体の軸方向の全体に、前記帯電処理をし、
    前記感光体の軸方向の全体に、前記露光処理をした後に、
    前記１回転目での前記感光体の未露光部の表面電位Ｖ１、および前記１回転目での前記感光体の露光部の表面電位Ｖ２を計測する計測処理と、
    前記表面電位Ｖ１および前記表面電位Ｖ２に基づいて、前記感光体の寿命を評価する寿命評価処理と、を行うことを特徴とする感光体評価方法。

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