JP2011128345A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体表面の感光層の摩耗量を精確に予測するとともに、予測した摩耗量に基づいて帯電電圧を制御することにより長期間に亘って高画質な画像形成が可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】印字が実行されると、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ毎に各感光体ドラム１ａ〜１ｄの駆動時間ｔ１及び帯電バイアスの印加時間ｔ２をカウントする。次に、ｔ１の積算カウント値が１０分に達したとき帯電電流ｉを帯電電流センサ４５により検出する。そして、式（１）を用いてドラム駆動１０分毎の感光層の摩耗量Ｍを算出し、摩耗量Ｍを積算した積算摩耗量ΣＭを算出してＲＡＭ９３に保存する。ΣＭの増加分に応じて帯電バイアスの基準値に対するシフト電圧（補正値）を帯電バイアス補正テーブルから参照して帯電バイアスを補正する。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の、電子写真式の画像形成装置に関し、特に、感光体ドラムの表面を接触若しくは非接触の状態で帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、感光体ドラムの表面を均一に帯電させる好適な手段としては、コロナ放電器を備えたコロナ帯電方式と、帯電ローラに代表される導電性の帯電部材を備えた接触帯電方式とがある。コロナ放電器はオゾン等のコロナ生成物が多く発生するので、オゾンにより空気中の成分が分解され、ＮＯｘやＳＯｘ等のイオン生成物が生成される。そのため、近年ではコロナ帯電方式に代えて接触帯電方式が採用される傾向が認められる。この接触帯電方式は、特にＤＣ電圧若しくはＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加することによりオゾン、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の発生を抑制可能である。

しかし、接触帯電方式では感光体表面の帯電工程が表面近傍での放電により行われるため、感光層の摩耗が促進される。特に有機感光層（ＯＰＣ）を有する感光体を用いる場合、感光層が摩耗すると静電容量が増大し、画像形成に最適な静電潜像を形成するために感光体表面に与えるべき電荷量が変化する。また、感光体の摩耗が進行すると、感光体の耐圧特性が低下するため、帯電部材に高電圧が印加されたときに感光層がピンホールと呼ばれる局所的な絶縁破壊を起こしやすい。このピンホールは画像上で黒点となって現れ、画像品質上の大きな問題となる。従って、長期間に亘って安定した画像を出力するためには、感光層の層厚（膜厚）に応じた帯電電圧に制御する必要がある。

そこで、画像形成装置の使用期間中における感光層の膜厚を検出し、プロセス設定条件を制御する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、帯電電流値と感光体の静電容量及び感光層の膜厚との関係を用いて、検知された帯電電流値から感光層の膜厚を算出するか、或いは装置の使用時間から感光層の摩耗量を推定し、膜厚変動に応じて現像バイアス及び帯電バイアスを制御する画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、画像形成装置の使用状態や設置環境の変化等の時間推移に基づいて検知電流量を補正し、補正された検知結果に応じてプロセス設定条件を制御する画像形成装置が開示されている。また、特許文献３には、感光体の温度と流れ込み電流に対応して定まる感光層の膜厚に関するデータを記憶手段に格納しておき、実際に検知された感光体への流れ込み電流及び感光体の温度と、記憶手段に格納されたデータとに基づいて感光層の膜厚を算出する画像形成装置が開示されている。

さらに、特許文献４には、放電電流値を条件として係数Ｋを選択し、Ｋを係数とした関数によって像担持体の消耗値Ｗを算出するとともに、消耗値Ｗを積算して算出された積算消耗値Ｓに基づいて像担持体の寿命を判定する像担持体の寿命検知装置及び画像形成装置が開示されている。

特開平１０−２４６９９４号公報 特開２００４−３３４０６３号公報 特開２００６−２０８４７７号公報 特開２００５−１２８１５０号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、帯電電流が検知できれば膜厚が求められることになっているが、実際には環境温度や連続印字中の感光層の光疲労等により、同じ膜厚であっても帯電電流は大きく変化するため膜厚の予測が困難であった。また、使用時間と感光層の摩耗量との関係については、感光体の駆動中に常に画像形成時の電圧が印加されていれば帯電電流の検出値をテーブルに参照することで膜厚の予測が可能であるが、実際には使用状態によって帯電電圧が印加されない状態で感光体が回転している時間が異なるため、使用時間のみで膜厚を予測することも困難であった。

また、特許文献２の方法では、検知電流によって算出された多数の膜厚データから近似線を導き、膜厚を補正していくために、メモリ容量を増大させて多数のデータを格納しておく必要があり、装置のコストアップに繋がるという問題点があった。また、特許文献３の方法では、感光体の温度と表面電位を精確に検出する温度検出手段及び表面電位検出手段が必要であり、特に複数の感光体を使用するカラー画像形成装置においてはコストアップに繋がる。

また、特許文献４では、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を帯電ローラに印加する構成のため、像担持体と帯電ローラとの間に流れる放電電流値とＡＣ電圧の周波数（帯電周波数）とに基づいて係数Ｋを決定している。そして、Ｋを決定するためのテーブルが予め記憶素子に記憶されている（段落［００８５］、図６）。そのため、Ｋの値に対応する放電電流値が所定の幅（範囲）を持つことになり、放電電流値の微小な変化に応じた係数Ｋの最適値を決定できず、ひいては像担持体の消耗値Ｗを精度良く算出することができなかった。

なお、感光体表面を非接触の状態で帯電させる場合においても、帯電部材と感光体とが近接している場合は上述したような接触帯電方式と同様の問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑み、感光体表面の感光層の摩耗量を精確に予測するとともに、予測した摩耗量に基づいて帯電電圧を制御することにより長期間に亘って高画質な画像形成が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、表面に感光層が形成された像担持体と、該像担持体の表面に接触若しくは非接触状態で直流電圧のみからなる帯電バイアスを印加することで前記像担持体表面を帯電させる帯電部材と、該帯電部材に直流電圧を印加する電圧印加手段と、該電圧印加手段により帯電バイアスを印加したとき前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる帯電電流を検出する電流検出手段と、前記像担持体の駆動時間ｔ１、前記帯電部材への帯電バイアスの印加時間ｔ２を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記像担持体の駆動時間ｔ１、前記帯電部材への帯電バイアスの印加時間ｔ２、及び前記電流検出手段により検出された帯電電流ｉに基づいて感光層の摩耗量Ｍを算出し、摩耗量Ｍを積算して得られた積算摩耗量ΣＭに応じて前記帯電部材に印加される帯電バイアスを基準値から補正する制御手段と、を備えた画像形成装置である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、算出された積算摩耗量ΣＭを前記記憶手段に記憶するとともに、積算摩耗量ΣＭが前回の帯電バイアスの補正時から所定量増加する毎に帯電バイアスを補正することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記摩耗量Ｍは、以下の式（１）により算出されることを特徴としている。
Ｍ＝ｒ×ｔ１＋ｓ×ｉ×ｔ２ ・・・（１）
ただし、
ｒ：像担持体を所定の線速で駆動させたときの、帯電バイアスを印加しない場合の単位時間当たりの摩耗レート
ｓ：像担持体を所定の線速で駆動させたときの、単位時間、単位帯電電流当たりの摩耗レート
である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記記憶手段には、装置内部の環境条件に応じた複数の前記摩耗レートｓが記憶されていることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記記憶手段には、前記像担持体の線速に応じた複数の前記摩耗レートｒ、ｓが記憶されていることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記像担持体及び前記帯電部材を複数組有し、像担持体毎に算出される前記摩耗量Ｍ及び前記積算摩耗量ΣＭに基づいて各帯電部材に印加される帯電バイアスが個別に制御されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記帯電バイアスは、感光層の初期層厚と前記積算摩耗量ΣＭとに応じて決まる絶縁破壊発生電圧よりも低く設定されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記感光層が有機感光層であることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、帯電部材に直流電圧のみからなる帯電バイアスを印加する場合、像担持体の駆動時間ｔ１、帯電バイアスの印加時間ｔ２、及び帯電電流ｉに基づいて摩耗量Ｍを算出し、算出された摩耗量Ｍを積算して積算摩耗量ΣＭを算出することにより、帯電電流の影響を受ける印字中の摩耗量に加えて、帯電電流の影響を排除した非印字時の摩耗量を算出することができる。また、算出された積算摩耗量ΣＭに基づいて帯電バイアスを制御することにより、感光層の摩耗量に応じた適切な帯電バイアスを決定することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、算出された積算摩耗量ΣＭを記憶手段に記憶しておき、積算摩耗量ΣＭが前回の帯電バイアスの補正時から所定量増加する毎に帯電バイアスを補正することにより、層厚の変化に応じた適切な間隔で補正が入るため、補正間隔が短すぎることによる待ち時間の増加や補正間隔が長すぎることによる帯電不具合等を抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、摩耗レートｒと像担持体の駆動時間ｔ１の積で表される物理的な摩耗量と、摩耗レートｓ、帯電電流ｉ、帯電バイアスの印加時間ｔ２の積で表される帯電バイアス印加による摩耗量の増加分とを別個に計算して加算することで、例えば短時間で多量の印字を連続して行う場合と、少量の印字を何度も行う場合のどちらの場合でも摩耗量Ｍを精度良く算出することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第３の構成の画像形成装置において、装置内部の環境条件に応じた複数の摩耗レートｓを記憶しておくことで、装置内部の環境条件に係わらず摩耗量の予測精度がより高くなる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第３又は第４の構成の画像形成装置において、像担持体の線速に応じた複数の摩耗レートｒ、ｓを記憶しておくことで、様々なモードでの摩耗量をより精度良く予測することができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、像担持体及び帯電部材を複数組有する場合、像担持体毎に算出される摩耗量Ｍ及び積算摩耗量ΣＭに基づいて帯電部材毎に帯電バイアスを個別に制御することにより、例えばタンデム型カラー画像形成装置における各像担持体の使用状況に応じて適切な帯電バイアスを印加することができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の画像形成装置において、帯電バイアスを、感光層の初期層厚と積算摩耗量ΣＭとに応じて決まる絶縁破壊発生電圧よりも低く設定することにより、ピンホールの発生を確実に防止することができる。

また、本発明の第８の構成によれば、上記第１乃至第７のいずれかの構成の画像形成装置において、感光層が摩耗し易い有機感光層である像担持体においても適切な帯電バイアスを印加してピンホールの発生リスクを低下させることができる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 図１における画像形成ユニットＰａ周辺の部分拡大図 本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図 画像形成時及び非画像形成時における感光体ドラムの駆動時間ｔ１と感光層の摩耗量Ｍとの関係を示すグラフ スコロトロン式の帯電装置を用いて連続印字を行ったときの感光体ドラムの駆動時間ｘ１と感光層の摩耗量ｙ１との関係を示すグラフ 接触帯電式の帯電装置を用いて連続印字を行ったときの帯電電流ｘ２と、各電流値に対する単位時間（１００分）当たりの感光層の摩耗量から０μＡでの摩耗量を差し引いた放電による摩耗量の増加分ｙ２との関係を示すグラフ 本発明の画像形成装置における帯電バイアスの制御例を示すフローチャート 実施例における、帯電バイアスをＯＮとして連続印字を行った場合と、帯電バイアスをＯＦＦとして画像形成装置を駆動した場合における感光体ドラムの駆動時間と感光層の摩耗量との関係を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラープリンタ１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、図１では右側から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写されて重畳された後、二次転写ローラ９の作用によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９と後述する中間転写ベルト８の駆動ローラ１１との間のニップへと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラ９から見て中間転写ベルト８の移動方向の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合には不図示のトナー補給装置から各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより一次転写ローラ６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラ対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラ対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラ対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラ対１５から排出トレイ１７に排出される。

図２は、図１における画像形成部Ｐa付近の拡大図である。なお、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置５ａ、及び除電ランプ２０が配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ６ａが配置されている。

帯電装置２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラ２１と、帯電ローラ２１をクリーニングするための帯電クリーニングローラ２３とを有している。本発明においては、発生するオゾン量を少なくし、且つ帯電バイアス電源４２（図３参照）のコストを低減するために、直流電圧のみからなる帯電バイアスを帯電ローラ２１に印加している。

現像装置３ａは、２本の攪拌搬送スクリュー２５と、磁気ローラ２７と、現像ローラ２９とを有する二成分現像式であり、磁気ローラ２７表面に起立する磁気ブラシを用いて現像ローラ２９にトナー薄層を形成し、現像ローラ２９にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング装置５ａは、クリーニングブレード３１及び回収スクリュー３３を有している。

感光体ドラム１ａ表面の、中間転写ベルト８との当接面よりも回転方向下流側には、クリーニングブレード３１が感光体ドラム１ａに当接した状態で固定されている。クリーニングブレード３１としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°のポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード３１の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム１ａへの食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム１ａの仕様に応じて適宜設定される。クリーニングブレード３１によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー３３の回転に伴ってクリーニング装置５ａの外部に排出される。

クリーニング装置５ａと帯電装置２ａの間には除電ランプ２０が配置されている。除電ランプ２０は、感光体ドラム１ａ表面に光照射することによりドラム表面の残留電荷を除去する。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンタ１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンタ１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、カラープリンタ１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンタ１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンタ１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンタ１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンタ１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。具体的には、各感光体ドラム１ａ〜１ｄの駆動時間ｔ１、各帯電装置２ａ〜２ｄへの帯電バイアスの印加時間ｔ２、後述する感光層の摩耗レートｒ、ｓ、及びこれらを用いて算出された感光層の摩耗量Ｍ、積算摩耗量ΣＭの他、感光層の摩耗量（層厚）に対するシフト電圧（補正値）との関係を記憶した帯電バイアス補正テーブルも格納されている。カウンタ９５は、印刷枚数や駆動時間ｔ１、帯電バイアス印加時間ｔ２を積算してカウントする。

また、制御部９０は、カラープリンタ１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄ、露光ユニット４、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、定着部７、二次転写ローラ９、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、カラープリンタ１００がパーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電装置２ａ〜２ｄ、磁気ローラ２７、現像ローラ２９、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ９に所定のバイアスを印加する。帯電電流センサ４５は、帯電ローラ２１に帯電バイアスが印加されたときに帯電ローラ２１と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に流れる電流値を検知し、検知結果は制御部９０に送信される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、カラープリンタ１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、カラープリンタ１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、カラープリンタ１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

次に、本発明の画像形成装置における感光層の摩耗量の予測方法について説明する。図１に示したような接触式の帯電装置２ａ〜２ｄを備えた画像形成装置においては、帯電ローラ２１に帯電バイアスを印加した状態で装置を駆動する画像形成時と、帯電ローラ２１に帯電バイアスを印加しない状態で装置を駆動する非画像形成時とで、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面に形成された感光層の単位時間当たりの摩耗量（摩耗レート）が異なる。

感光体ドラム１ａ〜１ｄが摩耗する主な要因としては、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触する中間転写ベルト８、クリーニングブレード３１による物理的な摩耗が挙げられる。この物理的な摩耗は、中間転写ベルト８、及びクリーニングブレード３１等の接触部材が感光体ドラム１ａ〜１ｄに所定の圧力で押圧され、トナー外添剤である酸化チタン等の高硬度微粒子を含む現像剤が介在した状態で感光体ドラム１ａ〜１ｄが接触部材に対し線速差をもって回転し、感光体ドラム１ａ〜１ｄの回転により接触部材と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に摩擦が生じることで発生する。

画像形成時においては、上記の物理的な摩耗に加えて、帯電ローラ２１から感光体ドラム１ａ〜１ｄへ流れる帯電電流により摩耗が促進される。そのため、帯電バイアスを印加する画像形成時の感光層の摩耗レートは帯電バイアスを印加しない非画像形成時の感光層の摩耗レートに比べて大きくなる。また、後述するように、直流電圧のみからなる帯電バイアスを印加したときの摩耗レートは、感光体ドラムと帯電装置との間に流れる帯電電流ｉに比例する。

そこで、帯電バイアスを印加しない状態での単位時間当たりの感光層の摩耗レート（以下、摩耗レートｒという）と、帯電バイアスを印加した場合の単位時間、単位帯電電流当たりの摩耗レート（以下、摩耗レートｓという）とを予め求めておき、感光体ドラムの駆動時間と摩耗レートｒとの積で算出される物理的な摩耗量、及び帯電バイアスの印加時間と帯電電流ｉ、摩耗レートｓとの積で算出される帯電バイアス印加による摩耗量の増加分を加算すれば、感光層の摩耗量を予測することができる。

即ち、感光体ドラムの駆動時間をｔ１、帯電バイアスの印加時間をｔ２とすると、感光層の摩耗量Ｍは以下の式（１）で表される。
Ｍ＝ｒ×ｔ１＋ｓ×ｉ×ｔ２ ・・・（１）

画像形成時においてはｔ１＝ｔ２であるため、感光層の摩耗量Ｍは、図４（ａ）に示すように、物理的な摩耗量（ｒ×ｔ１）と放電による摩耗量の増加分（ｓ×ｉ×ｔ２）の和となる。一方、非画像形成時においてはｔ２＝０であるため、感光層の摩耗量Ｍは、図４（ｂ）に示すように、物理的な摩耗量（ｒ×ｔ１）のみとなる。

そして、画像形成装置の使用期間中に任意の時間毎の摩耗量Ｍを複数回（Ｍ１、Ｍ２・・・）算出し、さらにＭを積算して積算摩耗量ΣＭを算出する。積算摩耗量ΣＭの算出例を表１に示す。表１では、駆動時間ｔ１の積算値が１０分を超えたジョブの終了後に摩耗量ＭをＭ１〜Ｍ１０の１０回分算出し、各Ｍ１〜Ｍ１０の算出結果を積算して積算摩耗量ΣＭを求めている。

なお、感光層の初期層厚のスペックは決まっており（例えば３６±２μｍ）、所定の環境条件において感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面が狙いの表面電位となるような帯電バイアスの基準値が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて設定されている。そして、得られた感光層の積算摩耗量ΣＭに応じて、初期層厚がスペックの下限値である場合であっても絶縁破壊発生電圧を超えないように帯電ローラ２１へ印加する帯電バイアスを制御することにより、感光層のピンホール発生を防止して長期間に亘って安定した画像を出力することができる。以下、摩耗レートｒ、ｓの具体的な求め方について説明する。

（摩耗レートｒの求め方）
図１の画像形成装置における接触式の帯電装置２ａ〜２ｄを、スコロトロン式の帯電装置に変更し、連続印字を行ったときの印字時間に対する摩耗量をプロットする。スコロトロン式の帯電装置を使用した場合、放電による摩耗量の増加はほぼ無視できる程度となる。従って、感光層の摩耗量は接触部材（中間転写ベルト８、クリーニングブレード３１）による物理的な摩耗によるものとみなされ、各部材の接触状態に大きな変動がなければ摩耗量は感光体ドラムの駆動時間に比例する。

図５は、感光体ドラムの駆動時間ｘ１（分）を横軸に、感光層の摩耗量ｙ１（μｍ）を縦軸にとり、感光体ドラムを所定の線速（例えば１６８ｍｍ／ｓ）で回転させて連続印字したときのグラフである。図５に示すグラフは、一次式ｙ１＝０．０００５ｘ１で表される直線となるから、傾き０．０００５が摩耗レートｒ（感光体ドラムを線速１６８ｍｍ／ｓで駆動させたときの、１分間当たりの感光層の摩耗量）に相当する。

（摩耗レートｓの求め方）
図１の画像形成装置において、帯電装置２ａ〜２ｄの帯電ローラ２１と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に一定電流（例えば０μＡ、３０μＡ、５０μＡ、７０μＡ）を印加して感光体ドラム１ａ〜１ｄを画像形成時と同じ速度で回転させる。途中、クリーニングブレード３１のめくれを防止するために、必要に応じて潤滑剤としてトナーを補給する。そして、初期状態、及び所定時間経過後に感光層の層厚を測定し、各電流値に対する単位時間当たりの摩耗量を算出する。

図６は、帯電電流ｘ２（μＡ）を横軸に、各電流値に対する単位時間（１００分）当たりの感光層の摩耗量から０μＡでの摩耗量を差し引いた放電による摩耗量の増加分ｙ２（μｍ／１００分）を縦軸にとり、感光体ドラムを所定の線速（例えば１６８ｍｍ／ｓ）で回転させて連続印字したときのグラフである。図６に示すグラフは、一次式ｙ２＝０．００３ｘ２＋０．００５６で表される直線となるから、傾き０．００３が感光体ドラムを線速１６８ｍｍ／ｓで１００分間駆動させたときの、単位帯電電流（１μＡ）当たりの摩耗量の増加分に相当する。従って、摩耗レートｓ（感光体ドラムを線速１６８ｍｍ／ｓで駆動させたときの、１分間・１μＡ当たりの摩耗量の増加分）は０．００３／１００＝０．００００３となる。

上述した方法により感光層の摩耗量を算出することで、図１に示したようなカラープリンタにおいて、例えばモノクロ印字動作時に画像形成部Ｐｄの帯電装置２ｄにのみ帯電バイアスが印加され、画像形成部Ｐａ〜Ｐｃの帯電装置２ａ〜２ｃに帯電バイアスが印加されていないような場合でも、帯電電流の影響を排除した感光体ドラム１ａ〜１ｃの感光層の摩耗量を精度良く算出することができる。

また、短時間で多量の印字を連続して行う場合（ドラム駆動時間ｔ１≒帯電バイアス印加時間ｔ２）と、少量の印字を何度も行う場合（ドラム駆動時間ｔ１＞帯電バイアス印加時間ｔ２）のどちらの場合でも摩耗量を精度良く算出することができる。また、帯電ローラ２１から感光体ドラム１ａ〜１ｄへの放電量（≒帯電電流）がわかれば摩耗量を算出できるため、使用環境によらず摩耗量を精度良く算出することができる。

なお、特に高湿環境の場合、帯電ローラ２１表面が吸湿すると感光体ドラム１ａ〜１ｄとの接触部からの電荷注入割合が増加するため、検出された電流値に対する摩耗レートｓは減少する。そのため、装置の使用環境、特に湿度条件に対応して複数の摩耗レートｓを予め記憶させておき、湿度検出センサで検出された装置内部の湿度に応じて摩耗レートｓを変更して摩耗量を算出すれば、摩耗量の予測精度がより高くなる。

図７は、本発明の画像形成装置における帯電バイアスの制御例を示すフローチャートである。図１〜図４を参照しながら、図７のステップに沿って感光層の層厚の予測値に基づく帯電バイアスの制御手順について説明する。図１に示したカラープリンタ１００において印字が実行されると、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ毎に各感光体ドラム１ａ〜１ｄの駆動時間ｔ１及び帯電バイアスの印加時間ｔ２をカウントする（ステップＳ１）。ｔ１、ｔ２のカウントはｔ１の積算カウント値が１０分に達するまで継続され（ステップＳ２）、１０分に達したときは全速モード（例えば１６８ｍｍ／ｓ）での帯電電流を帯電電流センサ４５により検出する（ステップＳ３）。

ステップＳ３で検出された帯電電流は、ドラム駆動１０分間の帯電ＯＮ時間中の帯電電流ｉとみなされる。また、１／２線速、３／４線速など、全速モードと異なるモードで画像形成が行われる場合は、電流検知は全速モード時にのみ行い、積算カウント値に１／２、３／４等の係数を掛けてドラム駆動時間ｔ１、帯電バイアス印加時間ｔ２を補正する。ｔ１、ｔ２はＲＯＭ９３に格納される。

そして、式（１）を用いてドラム駆動１０分毎の感光層の摩耗量Ｍを算出し（ステップＳ４）、ｔ１及びｔ２をリセットする（ステップＳ５）。さらに、算出された摩耗量Ｍを積算して積算摩耗量ΣＭを算出し（ステップＳ６）、ΣＭをＲＡＭ９３に保存する（ステップＳ７）。次に、ΣＭが１μｍ増えたか否かが判断され（ステップＳ８）、ΣＭが１μｍ増えた場合は帯電バイアスの基準値に対するシフト電圧（補正値）を帯電バイアス補正テーブルから参照して帯電バイアスを補正し（ステップＳ８）、次回以降の画像形成時における帯電バイアスの印加に反映させる。具体的には、帯電バイアスを感光層の層厚に応じて決まる絶縁破壊発生電圧よりも低く、且つ所望のドラム表面電位が得られるような電圧値に設定する。

帯電バイアスを補正した後はステップＳ１に戻り、同様の手順で摩耗量Ｍを算出してＲＡＭ９３内に保存された積算摩耗量ΣＭに加算して上書き保存し、直前の帯電バイアス補正時からΣＭが１μｍ増える毎に帯電バイアスの補正を行う。なお、帯電バイアスの最適値は装置内部の温湿度条件等、感光層の層厚以外のファクターによっても変化するため、実際の帯電バイアスは複数のファクターで決まるシフト電圧を加算して決定される。

上記のように帯電バイアスの制御を行うことで、感光層が摩耗した場合にも感光層の層厚に応じて感光体ドラムの表面電位を一定に維持するために必要十分な帯電バイアスを印加することができる。従って、感光層のピンホールによる黒点やドラム表面電位の低下による画像カブリのない高品質な画像を長期間に亘り安定して出力できる画像形成装置となる。また、感光層のピンホールの発生も抑制されるため、感光体ドラムの長寿命化にも寄与する。

さらに、ドラム駆動時間ｔ１、帯電バイアス印加時間ｔ２、積算摩耗量ΣＭ、及び摩耗レートｒ、ｓを記憶しておけば感光層の摩耗量に基づく帯電バイアス制御が可能となるため、これらが格納されるＲＡＭ９３の容量を小さくすることができる。

また、１／２線速、３／４線速等の通常線速（全速モード）と異なる線速のときに、通常線速から大きく帯電条件を変える場合や、ユーザの使用態様によっては通常線速と異なる線速で使用頻度が高い場合も考えられる。そのような場合は、摩耗レートｒ、ｓの値を線速毎に複数設定しておき、摩耗量Ｍの算出を線速の異なるジョブ毎に分けて行うようにすることで、様々なモードでの摩耗量をより精度良く予測することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態に記載されている構成部品の材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、感光層の摩耗量Ｍを算出する際の駆動時間の積算カウント値や帯電バイアスの補正トリガーとなる積算摩耗量ΣＭの増加幅についても一例に過ぎず、感光層の特性や初期層厚等に応じて適宜変更可能である。

また、上記実施形態において、帯電ローラ２１は、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に接触して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させるよう構成されているが、帯電ローラ２１が感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に近接して配置され、非接触の状態で帯電させるように構成される実施形態においても、実質的に同じ作用により実質的に同じ効果を奏することができる。

また、本発明は図１に示したタンデム型のカラープリンタに限らず、アナログ又はデジタル式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ、ロータリー式或いはタンデム式のカラー複写機、ファクシミリ等の、種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図１に示した画像形成装置を用いて、実際に連続印字を行った場合、或いは帯電バイアスをＯＦＦとして駆動を行った場合の感光層の摩耗量と、式（１）を用いて算出される摩耗量の予測値とを比較した。試験方法としては、所定時間毎に帯電電流と感光層の層厚を測定し、感光体ドラムの駆動時間に対する摩耗量の実測値の推移をプロットした。一方、予め決定された摩耗レートｒ、ｓ（ここではｒ＝０．０００５、ｓ＝０．００００３）と、測定された帯電電流ｉとから式（１）を用いて摩耗量の予測値を算出し、実測値と同様にプロットした。結果を図８に示す。

図８に示すように、式（１）により算出した感光層の摩耗量の予測値（図に□で表示）と、感光層の摩耗量の実測値（図に●で表示）とは、連続印字時（図に実線で表示）と帯電バイアスＯＦＦ時（図に破線で表示）の両方でよく一致していることがわかる。この結果より、本発明の方法を用いて感光層の摩耗量を精度良く予測できるとともに、摩耗量の予測値に基づいて帯電バイアスを適正に制御可能であることが確認された。

本発明は、感光体ドラムの表面に接触若しくは非接触状態で直流電圧のみからなる帯電バイアスを印加してドラム表面を帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、感光層の摩耗量を精度良く予測し、感光層の層厚に応じた適切な帯電バイアスを印加することでピンホールの発生を効果的に抑制でき、像担持体の長寿命化も促進可能な画像形成装置を提供することができる。

特に、感光層が摩耗し易いＯＰＣ等の有機感光体を備えた画像形成装置に適用した場合、感光層の摩耗に伴うピンホールの発生リスクを低下させて装置の長寿命化、出力画像の画質及びメンテナンス性の向上を図ることができる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光ユニット
５ａ〜５ｄ クリーニング装置
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラ
８ 中間転写ベルト
９ 二次転写ローラ
２０ 除電ランプ
２１ 帯電ローラ（帯電部材）
４１ バイアス制御回路（電圧印加手段）
４２ 帯電バイアス電源（電圧印加手段）
４５ 帯電電流センサ（電流検出手段）
９０ 制御部（制御手段）
９３ ＲＡＭ（記憶手段）
９５ カウンタ
１００ カラープリンタ

Claims (8)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   該像担持体の表面に接触若しくは非接触状態で直流電圧のみからなる帯電バイアスを印加することで前記像担持体表面を帯電させる帯電部材と、
   該帯電部材に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
   該電圧印加手段により帯電バイアスを印加したとき前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる帯電電流を検出する電流検出手段と、
   前記像担持体の駆動時間ｔ１、前記帯電部材への帯電バイアスの印加時間ｔ２を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段に記憶された前記像担持体の駆動時間ｔ１、前記帯電部材への帯電バイアスの印加時間ｔ２、及び前記電流検出手段により検出された帯電電流ｉに基づいて感光層の摩耗量Ｍを算出し、摩耗量Ｍを積算して得られた積算摩耗量ΣＭに応じて前記帯電部材に印加される帯電バイアスを基準値から補正する制御手段と、を備えた画像形成装置。
2. 前記制御手段は、算出された積算摩耗量ΣＭを前記記憶手段に記憶するとともに、積算摩耗量ΣＭが前回の帯電バイアスの補正時から所定量増加する毎に帯電バイアスを補正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. 前記摩耗量Ｍは、以下の式（１）により算出されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
   Ｍ＝ｒ×ｔ１＋ｓ×ｉ×ｔ２ ・・・（１）
   ただし、
   ｒ：像担持体を所定の線速で駆動させたときの、帯電バイアスを印加しない場合の単位時間当たりの摩耗レート
   ｓ：像担持体を所定の線速で駆動させたときの、単位時間、単位帯電電流当たりの摩耗レート
   である。
4. 前記記憶手段には、装置内部の環境条件に応じた複数の前記摩耗レートｓが記憶されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記記憶手段には、前記像担持体の線速に応じた複数の前記摩耗レートｒ、ｓが記憶されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体及び前記帯電部材を複数組有し、像担持体毎に算出される前記摩耗量Ｍ及び前記積算摩耗量ΣＭに基づいて各帯電部材に印加される帯電バイアスが個別に制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記帯電バイアスは、感光層の初期層厚と前記積算摩耗量ΣＭとに応じて決まる絶縁破壊発生電圧よりも低く設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記感光層が、有機感光層であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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