JP4337319B2 - 画像形成装置、像担持体の寿命検知方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式などを採用したフルカラーや白黒の画像等を形成することが可能なプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置等に関し、より詳しくは、複数の画像形成ユニットから構成される画像形成装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、カラー画像を高速且つ高画質に形成することを目的として、所謂フルカラーのタンデム機が提案されている。このタンデム機の代表的なものとしては、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニットを互いに並列的に配置し、これらの各画像形成ユニットにて順次形成される各色のトナー像(イエロー、マゼンタ、シアン、黒)を、中間転写ベルト上に一旦、多重に一次転写した後、この中間転写ベルトから転写紙上に一括して二次転写し、この転写紙上に形成されたトナー像を定着することによって、フルカラーや白黒(モノクロ)の画像を形成するものが挙げられる。
【０００３】
図１２は、かかるタンデム機の一例を示した図である。この図１２に示す画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各々色の異なるトナー像を形成する４つの画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋを備え、これらの画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋは、水平方向に沿って一定間隔を隔て、並列的に配置されている。この画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋは、形成するトナー像の色が異なる他は、ほぼ同様な構成を備えており、感光体ドラム３０１の表面を帯電装置３０２によって一様に帯電した後、露光装置３０３によって感光体ドラム３０１の表面に画像露光を施し、各色の画像情報に応じた静電潜像を形成している。この感光体ドラム３０１の表面に形成された静電潜像は、対応する色の現像装置３０４により顕像化されてトナー像となり、このトナー像は、一次転写用の帯電器３０５によって中間転写ベルト３０６上に、順次、多重に転写される。また、感光体ドラム３０１の表面に残留したトナーはクリーニング装置３０７によって除去され、次の画像形成工程に備える。
【０００４】
中間転写ベルト３０６は、駆動ローラを含む複数本のローラ３０８、３０９、３１０、３１１、３１２によって、感光体ドラム３０１の回転速度と等しい速度で循環駆動される。この中間転写ベルト３０６上に多重に転写されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー像は、この中間転写ベルト３０６の下方に設けられた二次転写位置(ローラ３１１の位置)において、中間転写ベルト３０６の表面と接触する二次転写ロール３１３により、この二次転写位置に所定のタイミングで給紙される転写用紙３１４上に一括して転写される。その後、この転写用紙３１４は、定着装置(図示せず)まで搬送され、この定着装置によって熱および圧力で定着処理を受けることで、カラーや白黒の画像が形成される。
【０００５】
ここで、感光体ドラム３０１の表面を帯電させる帯電装置３０２としては、従来、コロナ帯電装置によって放電する非接触型が広く用いられてきたが、オゾンの発生を低減し消費電力を削減するために、近年、接触型が注目されている。この接触型では、被帯電体である感光体ドラム３０１に、例えば帯電ローラや帯電ブラシ等の帯電部材を当接させ、所定の帯電バイアスを印加して像担持体である感光体ドラム３０１の表面を所定の極性、電位に帯電させている。
【０００６】
この接触型の帯電部材を用いる従来技術として、感光体の寿命を検知するために、感光体の回転時間と一次ＡＣ高圧の印加時間、さらにプロセス速度に重み付けをして感光体の使用状況を測定し、それぞれの要因が感光体の寿命に与える影響を考慮して、この感光体の寿命を判断する技術が存在する(例えば、特許文献１参照)。また、帯電部材からのバイアス印加にＡＣ電圧とＤＣ電圧を併用している場合、印加されるバイアス成分に応じて、それぞれのバイアス印加が像担持体に対して与えるダメージを演算するための係数を変更し、この係数とバイアス印加時間とから演算された像担持体のダメージを積算する技術が存在する(例えば、特許文献２)。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３９６９０号公報(第４−６頁、図１、図６)
【特許文献２】
特開平１０−１８６９７２号公報(第８−９頁、図１、図４)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、接触型帯電部材を感光体ドラム等の像担持体に接触させて帯電させる場合には、種々の要因により、この像担持体の表面がダメージを受けて摩耗する。この像担持体の摩耗の要因として、より具体的には、像担持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置との摩擦や、接触型帯電部材から印加される帯電バイアスによるダメージなどが挙げられる。特に、帯電バイアスの印加にＡＣ電圧を用いた場合には、ＤＣ電圧を用いた場合よりも相当大きなダメージを与えることが知られている。この帯電バイアスによる像担持体のダメージは、非接触型の帯電装置であっても同様に発生し得る。このような要因により摩耗した像担持体にて画像を形成すると、画質が低下してしまうという問題がある。そのため、像担持体が摩耗し、表面の膜厚が所定値以下となった場合には、この像担持体の寿命がきたことを検知し、像担持体または像担持体を含むプロセスカートリッジ毎の交換を行うことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、画像形成装置の動作時に、この画像形成装置内部に装着されている像担持体の寿命を正確に検知することは困難である。かかる問題に対し、例えば、上述した文献１の技術を採用し、像担持体の回転時間、バイアス電圧の印加時間、およびプロセス速度から像担持体の寿命を判断することは、像担持体の寿命を検知するのにはある程度有効であるが、この寿命を正確に検知することはできない。また、上述した文献２に記載された技術では、印加されるバイアス電圧の成分に応じて摩耗係数を変更して、この係数とバイアス印加時間とから像担持体のダメージを積算しているが、像担持体のサイクルに応じた適切な摩耗係数の選択がなされておらず、この像担持体のダメージを正確に検知することができない。さらに、上記の特許文献１，２では、バイアス印加時間に対して重み付けを行っているが、像担持体の摩耗量は、この像担持体のサイクルによっても異なる。
【００１０】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、接触型帯電部材により帯電バイアスを印加する際の使用状態に影響されることなく像担持体の寿命をより高精度に検知することにある。
また他の目的は、画像形成装置内に複数設けられた像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行い、それぞれの像担持体の寿命を個別に検知するシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明では、像担持体に印加される電圧の印加条件とこの像担持体のサイクル数とによって決まる像担持体の使用状態に着目した。さらに本発明の発明者は、像担持体に電圧を印加した場合における摩耗量を高精度に計測して、印加条件とサイクル数とから高精度な寿命係数を求めた。そして本発明では、像担持体の寿命係数と使用状態に基づいて、この像担持体の寿命を高精度に検知する。
すなわち、本発明は、像担持体に対して電圧を印加する帯電器を備えた画像形成装置であって、この帯電器から像担持体に印加される電圧の印加条件とこの像担持体のサイクル数とを把握する使用状態把握手段と、この使用状態把握手段により把握された印加条件とこの像担持体の過去における使用履歴とから像担持体の寿命係数を決定する寿命係数決定手段と、この寿命係数決定手段により決定された寿命係数と像担持体のサイクル数とに基づいてこの像担持体の寿命を算出する寿命積算量算出手段とを備える。
【００１２】
ここで、この寿命係数決定手段により決定される前記寿命係数の値は、帯電器により印加される印加電圧をパラメータとして、像担持体の寿命積算量から決定される値である。また、この使用状態把握手段により把握されるサイクル数は、帯電器から像担持体に印加される電圧の印加時間と、この像担持体におけるプロセス速度と、この像担持体の径とから把握される。さらに、使用状態把握手段により把握される電圧の印加条件は、少なくともＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた電圧を印加した場合と、ＤＣ電圧のみからなる電圧を印加した場合とを含む。またさらに、この画像形成装置は、像担持体と帯電器とがカートリッジ化されてこの画像形成装置本体に収納されると共に、このカートリッジ単位で像担持体の過去における使用履歴情報を格納する格納手段をさらに備える。そして、寿命積算量算出手段は、この格納手段に格納された使用履歴情報に基づいて像担持体の寿命積算量を算出する。
【００１３】
また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、この像担持体を帯電させる帯電器と、この帯電器に対して所定の印加条件により帯電バイアスを印加する電源ユニットと、この電源ユニットによる帯電バイアスの印加条件およびこの像担持体の過去における使用履歴からこの像担持体の寿命係数を決定すると共に、この像担持体の使用状態と寿命係数とから像担持体の寿命積算量を算出する制御部とを備えた構成とすることができる。
ここで、この画像形成装置において、像担持体の使用状態は、この像担持体のサイクル数または帯電バイアスの印加による像担持体の帯電時間に基づいて把握される。また、像担持体の寿命係数は、この像担持体の寿命積算量に応じて無段階または段階的に増加する。
【００１４】
さらに、本発明は、帯電器により帯電バイアスを印加される像担持体を備えた画像形成装置において、以下のような像担持体の寿命検知方法を提供する。この像担持体の寿命検知方法は、画像形成装置のプリント動作における像担持体のサイクル数を算出するステップと、この像担持体の過去における寿命積算量を読み込むステップと、この帯電器から像担持体に印加される帯電バイアスの印加条件と読み込まれた像担持体の寿命積算量とから寿命係数を算出するステップと、この像担持体のサイクル数と寿命係数とに基づいてこのプリント動作における寿命積算量を算出するステップとを含む。
【００１５】
ここで、この像担持体の寿命検知方法において、寿命積算量を算出するステップでは、過去における寿命積算量と算出されたプリント動作における寿命積算量とから新たな寿命積算量を算出する。また、この像担持体の寿命検知方法は、算出された新たな寿命積算量と所定の閾値とを比較することにより像担持体の寿命を判断するステップをさらに含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図であり、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタを示している。図１に示す画像形成装置は、本体１に、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、記録用紙(シート)を搬送するシート搬送系４０、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるＩＰＳ(Image Processing System)５０を備えている。
【００１７】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ、この画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対してレーザ光を照射する光学系ユニットであるＲＯＳ(Raster Output Scanner)３０を備えている。また本体１には、転写ユニット２０によって二次転写された記録用紙(シート)上の画像を、熱および圧力を用いて記録用紙に定着させる定着器２９を備えている。更に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対して各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが設けられている。
【００１８】
転写ユニット２０は、中間転写体である中間転写ベルト２１を駆動するドライブロール２２、中間転写ベルト２１に一定のテンションを付与するテンションロール２３、重畳された各色のトナー像を記録用紙に二次転写するためのバックアップロール２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するクリーニング装置２５を備えている。中間転写ベルト２１は、このドライブロール２２とテンションロール２３およびバックアップロール２４との間に一定のテンションで掛け回されており、定速性に優れた専用の駆動モータ(図示せず)によって回転駆動されるドライブロール２２により、矢印方向に所定の速度で循環駆動される。この中間転写ベルト２１は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されている。クリーニング装置２５は、クリーニングブラシ２５ａおよびクリーニングブレード２５ｂを備えており、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト２１の表面から残留トナーや紙粉等を除去して、次の画像形成プロセスに備えるように構成されている。
【００１９】
ＲＯＳ３０は、図示しない半導体レーザ、変調器の他、半導体レーザから出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を偏向走査するポリゴンミラー３１を備えている。図１に示す例では、ＲＯＳ３０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの下方に備えられることから、トナー等の落下による汚損の危険性を有している。そこで、ＲＯＳ３０は、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム３２を設け、レーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)が通過するガラス製のウィンドウ３３をこのフレーム３２の上方に設けて、走査露光と共にシールド効果を高めるように構成されている。
【００２０】
シート搬送系４０は、画像が記録される記録用紙(シート)を積載して供給する給紙装置４１、給紙装置４１から記録用紙を取り上げて供給するナジャーロール４２、ナジャーロール４２から供給された記録用紙を１枚ずつ分離して搬送するフィードロール４３、フィードロール４３により１枚ずつに分離された記録用紙を画像転写部に向けて搬送する搬送路４４を備えている。また、搬送路４４を介して搬送された記録用紙に対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストロール４５、二次転写位置に設けられバックアップロール２４に圧接して記録用紙上に画像を二次転写する二次転写ロール４６を備えている。更に、定着器２９によってトナー画像が定着された記録用紙を本体１の機外に排出する排出ロール４７、排出ロール４７によって排出された記録用紙を積載する排出トレイ４８を有する。また、定着器２９によって定着された記録用紙を反転させて両面記録を可能とする両面用搬送ユニット４９を備えている。
【００２１】
次に、図１に示す画像形成装置の動作について説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各８ビットの反射率データとしてＩＰＳ５０に入力される。ＩＰＳ５０では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４色の色材階調データに変換され、ＲＯＳ３０に出力される。
【００２２】
ＲＯＳ３０では、入力された色材階調データに応じて、半導体レーザ(図示せず)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を、ｆ−θレンズ(図示せず)を介してポリゴンミラー３１に出射している。ポリゴンミラー３１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に照射している。画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電された表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色のトナー像として現像される。
【００２３】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、中間転写体である中間転写ベルト２１上に多重転写される。このとき、黒色のトナー像を形成する黒の画像形成ユニット１１Ｋは、中間転写ベルト２１の移動方向の最下流側に設けられ、黒色のトナー像は、中間転写ベルト２１に対して最後に一次転写される。
【００２４】
一方、シート搬送系４０では、画像形成のタイミングに合わせてナジャーロール４２が回転し、給紙装置４１から所定サイズの記録用紙が供給される。フィードロール４３により１枚ずつ分離された記録用紙は、搬送路４４を経てレジストロール４５に搬送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト２１の移動タイミングに合わせてレジストロール４５が回転し、記録用紙は、バックアップロール２４および二次転写ロール４６によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される記録用紙には、圧接力および所定の電界を用いて、４色が多重されているトナー像が副走査方向に順次、転写される。そして、各色のトナー像が転写された記録用紙は、定着器２９によって熱および圧力で定着処理を受けた後、排出ロール４７によって本体１の上部に設けられた排出トレイ４８に排出される。尚、排出トレイ４８にそのまま排出せずに、図示しない切り換えゲートによって搬送方向を切り換え、定着器２９によって定着された記録用紙を両面用搬送ユニット４９によって反転させることもできる。この反転された記録用紙をレジストロール４５に搬送した後、前述と同様な流れによって、印刷されていない他の面について画像を形成することで、記録用紙の両面に画像を形成することが可能となる。
【００２５】
次に、画像プロセス系１０における画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋについて詳述する。
図２は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの構成を説明するための図であり、ここでは、イエロー(Ｙ)の画像形成ユニット１１Ｙとマゼンタ(Ｍ)の画像形成ユニット１１Ｍとが示されている。他の画像形成ユニット１１Ｃ,１１Ｋもほぼ同様に構成されている。
【００２６】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、トナー像を担持させる像担持体としての感光体ドラム１２、帯電ロール１３ａを用いて感光体ドラム１２を帯電させる帯電器１３、帯電器１３によって帯電され、ＲＯＳ３０からのレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)によって感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像ロール１４ａによって現像する現像器１４、中間転写ベルト２１を挟んで感光体ドラム１２に対向して設けられ、帯電バイアスを印加することにより感光体ドラム１２上に現像されたトナー像を中間転写ベルト２１上に転写する一次転写ロール１５、転写後に感光体ドラム１２上に残った残留トナーを除去するクリーニング装置１６を備えている。
【００２７】
次に、カートリッジについて説明する。
図３は、本実施の形態におけるカートリッジを説明するための図である。本実施の形態では、各色ごとに、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２、帯電器１３、およびクリーニング装置１６を一体化し、プロセスカートリッジ６０を形成している。画像形成装置の本体１からこのプロセスカートリッジ６０だけを取り外し、また、プロセスカートリッジ６０だけを本体１に対して取り付け可能とし、ユーザによる交換を可能としている。これらのプロセスカートリッジ６０は、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの間で差し替えて用いることもできる。
【００２８】
図４は、プロセスカートリッジを他の方向から見た斜視図である。この各プロセスカートリッジ６０には、カートリッジメモリ６１が搭載されている。このカートリッジメモリ６１には、例えば、感光体ドラム１２の回転数、高圧電圧印加時間、プリント枚数、寿命積算量(後述する)など、所定の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、そのプロセスカートリッジ６０が装着された際の、各々のカートリッジ使用履歴情報が格納されている。各々のプロセスカートリッジ６０に夫々カートリッジメモリ６１が搭載されていることにより、プロセスカートリッジ６０が異なる画像形成ユニットで用いられた場合であっても、トータルとしての自らの使用履歴情報を、プロセスカートリッジ６０自らが保存することができる。その結果、プロセスカートリッジ６０毎に、正しい寿命を判断することができる。
【００２９】
次に、画像形成装置における駆動制御について説明する。
図５は、本実施の形態が適用される画像形成装置の駆動制御を説明するための図である。ＩＰＳ５０により画像処理がなされた画像信号に基づき、制御回路１００のＣＰＵ(図示せず)は、ＲＯＭ(図示せず)に記憶されたプログラムに従って処理を実行する。制御回路１００は、駆動系として、２次転写ロール４６や定着器２９、シート搬送系４０、黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける現像器１４(１４Ｋ)等を駆動させるメインモータ１０１、転写ユニット２０の中間転写ベルト２１等を駆動する中間転写体駆動モータ１０２、黒の画像形成ユニット１１Ｋを除くカラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおける感光体ドラム１２(１２Ｙ,１２Ｍ,１２Ｋ)を駆動する感光体駆動モータ１０３、黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける感光体ドラム１２(１２Ｋ)を駆動する黒用感光体駆動モータ１０４、黒の画像形成ユニット１１Ｋを除くカラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおける現像器１４(１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ)を駆動する現像器駆動モータ１０５を制御している。また、制御回路１００は、メインモータ１０１に連結されシート搬送系４０の駆動を切り換えるクラッチ１１１、およびメインモータ１０１に連結され黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける現像器１４(１４Ｋ)を切り換えるクラッチ１１２を制御している。制御回路１００は、これらの各種モータ、クラッチの動作を制御することで、画像形成装置における各箇所のタイミングを図り、前述した動作によって記録用紙に対する画像形成を可能としている。
【００３０】
尚、前述のように、本実施の形態では、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの一部をカートリッジ化し、各プロセスカートリッジ６０に各々設けられたカートリッジメモリ６１に使用履歴情報を格納している。例えば、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに設けられたカートリッジを夫々第１カートリッジ〜第４カートリッジとすると、制御回路１００は、これらのプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１から使用履歴情報を読み出し、読み出された使用履歴情報に基づいて、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋごとに、個別に、プロセス形成条件を変更することができる。また、制御回路１００は、各プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に対して、新たな使用履歴情報を書き込む作業も行っている。
【００３１】
図６は、駆動制御を除く画像形成装置の制御を説明するための図である。制御回路１００は、高圧ユニット(ＨＶＰＳ：High Voltage Power Supply)１２０を制御しており、この高圧ユニット１２０は、帯電器１３(１３Ｙ,１３Ｍ,１３Ｃ,１３Ｋ)に対して帯電バイアスを印加している。尚、ここでは、高圧ユニット１２０から現像器１４に印加される現像バイアス等の説明は省略している。また、制御回路１００には、画像形成装置を操作するための各種ボタンまたはタッチパネル等の操作手段(図示せず)やディスプレイ等の表示手段(図示せず)を備えたコントロールパネル１４０が接続されている。この制御回路１００は、ＣＰＵ(図示せず)の機能として、ＲＯＭ(図示せず)に記憶された各情報およびプログラムに従って動作する。
また、この制御回路１００には、ＣＰＵが動作する際に用いられる各種情報を保持するＲＡＭ(図示せず)が備えられている。
【００３２】
さらに、制御回路１００は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋを構成するプロセスカートリッジ６０に搭載されたカートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)に接続されている。また、画像形成装置の本体１に設けられている本体メモリ１３０に接続されている。このカートリッジメモリ６１には、前述のように各々のプロセスカートリッジ６０における過去の使用履歴情報が格納されている。また本体メモリ１３０には、ＰＶ(Page Volume)カウンタによって計数された記録用紙のプリント枚数や、サイクルカウンタによって計数された感光体ドラム１２の回転数等の情報、この感光体ドラム１２の寿命積算量等が格納されている。制御回路１００では、カートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)および本体メモリ１３０から得られた各情報に基づいて高圧ユニット１２０等に対する制御が実行されると共に、制御回路１００からの指示に基づいてカートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)の使用履歴情報等が更新される。
【００３３】
制御回路１００は、高圧ユニット１２０を制御し、ＤＣ電圧成分の他、このＤＣ電圧成分に振動成分(交流成分)を含むＡＣ電圧成分を重畳させて帯電器１３(１３Ｙ,１３Ｍ,１３Ｃ,１３Ｋ)に帯電バイアスを印加している。帯電バイアスに用いられるＤＣ電圧としては、例えば、定電圧としてＶｄｃ＝(−７５０)Ｖが印加される。ＡＣ電圧としては、ＤＣ電圧と比べて均一帯電が可能なサイン(sin)波の波形で、プロセススピード１６５ｍｍ/ｓｅｃ(フルカラーモードのとき)にて、例えば、周波数ｆ＝１３０６Ｈｚかつ電圧値Ｖｐｐ＝１．９ｋＶとなるように制御される。この場合、感光体ドラム１２には、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアス、またはＤＣ電圧のみの帯電バイアスが印加される。また、モノクロモードのときには、画像形成装置全体のプロセススピードが１６５ｍｍ／ｓｅｃであるときに、非作像エンジン(カラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ)のプロセススピードは、例えば５２ｍｍ／ｓｅｃとなる。この場合、カラー用の感光体ドラム１２(１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ)は、帯電バイアスが印加されない状態で空回りする。このように、フルカラーのタンデム機においては、形成する画像に応じて感光体ドラム１２に印加される帯電バイアス(印加条件)が異なる。
【００３４】
図７は、本実施の形態における制御回路１００において実現される機能を説明するための図である。図７のブロック図に示す機能は、制御回路１００のＣＰＵにおいて実現されるソフトウェアブロックである。この制御回路１００は、各帯電器１３に対する電圧印加条件(帯電条件)に応じた感光体ドラム１２のドラムサイクル数(感光体ドラム１２が１回転するのを１サイクルとする)を検出する帯電サイクル検出部２０１と、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に格納された直前のプリント動作終了時までの寿命積算量(過去における使用履歴に基づく寿命積算量または摩耗量)を読み込む寿命積算量読み込み部２０２と、帯電サイクル検出部２０１にて検出された電圧印加条件、ドラムサイクル数、および過去における使用履歴情報(寿命積算量)に基づいて感光体ドラム１２の寿命係数を演算する寿命係数演算部２０３と、ドラムサイクル数と寿命係数演算部２０３にて演算された寿命係数とから寿命積算量を演算する寿命積算量演算部２０４と、寿命積算量演算部２０４にて演算された寿命積算量をプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に格納する寿命積算量書き込み部２０５とを備える。また、制御回路１００は、感光体ドラム１２の寿命を判断する閾値として用いられる寿命情報を読み込む寿命情報読み込み部２０６と、カートリッジメモリ６１に格納された寿命積算量と寿命情報とを比較する寿命積算量比較部２０７と、寿命積算量比較部２０７における比較結果に従い必要に応じて警告を行う寿命警告部２０８とをさらに備える。
【００３５】
ここで、上記の帯電サイクル検出部２０１は、帯電バイアスの成分(ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳して印加した場合、ＤＣ電圧のみを印加した場合、帯電バイアス印加なしの場合)、すなわち帯電バイアスの印加条件ごとの、感光体ドラム１２のドラムサイクル数を高精度に検出する。すなわち、制御回路１００は、帯電バイアスの印加条件を把握すると共に、この印加条件に応じた感光体ドラム１２のドラムサイクル数を把握する使用状態把握手段として機能する。また、寿命係数決定手段としての寿命係数演算部２０３は、電圧の印加条件と感光体ドラム１２の過去における使用履歴(感光体ドラム１２のドラムサイクル数に応じた摩耗量)から、この感光体ドラム１２の摩耗係数を演算により算出する。さらに、寿命積算量算出手段としての寿命積算量演算部２０４は、後述する式に従い、プリント動作による寿命積算量を演算により算出する。
【００３６】
ところで、上述したように感光体ドラム１２の摩耗量は、帯電バイアスの印加条件、すなわち感光体ドラム１２の使用状態によって異なる。以下図８では、感光体ドラム１２の使用状態と摩耗量との関係についての実験結果を示す。
図８は、本実施の形態における感光体ドラム１２のドラムサイクル数と、感光体ドラム１２の摩耗量との関係を示す図である。ここで、図８では、横軸は感光体ドラム１２のドラムサイクル数［ｋｃｙｃｌｅ］、縦軸は感光体ドラム１２の摩耗量［μｍ］を示している。また、帯電器１３に対する帯電バイアスの印加条件として、実線はＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアスが印加された場合、破線はＤＣ電圧のみが帯電バイアスとして印加された場合、二点鎖線は帯電バイアスが印加されない場合について示している。ここでは、帯電バイアスによる印加電圧をパラメータとした、感光体ドラム１２のドラムサイクル数と摩耗量との相関関係について説明する。
【００３７】
図８に示すデータより、どのような使用条件下において感光体ドラム１２を回転させた場合においても、この感光体ドラム１２の摩耗量の増加率は、ドラムサイクル数が増加するにつれて大きくなる傾向にある。換言すれば、感光体ドラム１２の摩耗量は、ドラムサイクル数の増加にしたがい、二次関数に近似的に増加していると言える。また、摩耗量の増加率は、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスを印加した場合に最も大きく、次いでＤＣ電圧のみの帯電バイアスを印加した場合が大きい。そして、摩耗量の増加率は、帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム１２を空回転させた場合に最も小さくなるが、帯電バイアスを印加しない場合であっても感光体ドラム１２のドラムサイクル数に応じて所定量摩耗する。このようにして得られた、より正確なドラムサイクル数と摩耗量との関係から、感光体ドラム１２の寿命を算出するための摩耗係数を導き出す。従来において摩耗係数を導き出すにあたっては、どのような使用条件においても摩耗量が帯電バイアス印加時間に応じて一次関数的(略直線的)に増加するものとしていた。これに対して本発明者は、ドラムサイクル数と摩耗量との関係を高精度に測定したことにより、より高精度な摩耗係数を導き出すことが可能となり、これにより、感光体ドラム１２の寿命をより高精度に算出することができるようになる。
【００３８】
本発明者の鋭意検討の結果、図８に示した実験結果のデータに基づき、感光体ドラム１２の寿命係数を導き出すことができた。図９は、感光体ドラム１２の寿命積算量と感光体ドラム１２の寿命係数との相関関係を示す図である。図９では、横軸は感光体ドラム１２の寿命積算量(摩耗量[μｍ])、縦軸は感光体ドラム１２の寿命係数を示している。また、同図において、実線はＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアスが印加された場合における感光体ドラム１２の寿命係数Ｒ１、破線はＤＣ電圧のみが帯電バイアスとして印加された場合における感光体ドラム１２の寿命係数Ｒ２、二点鎖線は帯電バイアスが印加されない場合における寿命係数Ｒ３を示している。
【００３９】
図９に示すように、図８に示したドラムサイクル数と摩耗量との相関関係から導き出される寿命係数Ｒ１は、寿命積算量が０のときには約０．０５、寿命積算量すなわち使用履歴に応じた摩耗量が例えば１６[μｍ]のときには約０．０８とすることができる。また、寿命係数Ｒ２は、寿命積算量が０のときには約０．０２、上記の寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０３５とすることができる。さらに、寿命係数Ｒ３は、寿命積算量が０のときには約０．００５、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．００９とすることができる。このように、これらの寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、寿命積算量に応じて直線的(無段階)に増加するように設定することができる。
【００４０】
また、図８の実験結果のデータに基づき、感光体ドラム１２の寿命係数を、図１０に示すように設定することができる。図１０は、感光体ドラム１２の寿命積算量と感光体ドラム１２の寿命係数との相関関係を示す図である。図１０の横軸および縦軸、さらに寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を示す各線種は、図９に示したのと同じなので説明を省略する。図１０に示すように、寿命係数Ｒ１は、寿命積算量(摩耗量[μｍ])が０のときには約０．０５であり、約４[μｍ]摩耗するごとに(寿命積算量に応じて)約０．０１ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０８とすることができる。また、寿命係数Ｒ２は、寿命積算量が０のときには約０．０２０であり、約４[μｍ]摩耗するごとに約０．００５ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０３５とすることができる。さらに、寿命係数Ｒ３は、寿命積算量が０のときには約０．００５０であり、約４[μｍ]摩耗するごとに約０．００１３ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．００９０とすることができる。このように、これらの寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、ドラムサイクル数に応じて段階的に増加するように設定することができる。
【００４１】
以上図９、図１０では、電圧の印加条件をパラメータとした寿命積算量と摩耗量との関係から寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を求める場合について示したが、これらのグラフに代えて、寿命積算量および寿命係数の各々の読み値に対応するテーブルを設け、このテーブルに基づいて寿命係数を求めるようにしても良い。また、以上では、寿命積算量に応じて寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を求める場合について示したが、寿命積算量に代えて、ドラムサイクル数や帯電時間に基づいて寿命係数を求めるようにしても構わない。
【００４２】
本実施の形態では、以上のようにして得られた寿命係数に基づいて、寿命積算量を導き出すことができる。
ここで、前プリント動作終了時点での寿命積算量をＢ、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳して帯電バイアスを印加した場合のドラムサイクル数をＣ１、この場合における寿命係数をＲ１、ＤＣ電圧のみの帯電バイアスを印加した場合のドラムサイクル数をＣ２、この場合における寿命係数をＲ２、帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム１２が空回りした場合のドラムサイクル数をＣ３、この場合における寿命係数をＲ３とすると、寿命積算量Ａは、
Ａ＝Ｂ＋（Ｒ１×Ｃ１＋Ｒ２×Ｃ２＋Ｒ３×Ｃ３）
となる。
このような式を用いて寿命積算量を算出すれば、感光体ドラム１２の使用状態がどのような場合であっても、この使用状態に対応することができる。
【００４３】
図１１は、感光体ドラム１２の使用状態に応じて、制御回路１００によって実行される処理を示すフローチャートである。画像形成装置において或るプリント動作が行われると制御回路１００により、このプリント動作が終了したことが認識される(ステップ１１０１)。そして、帯電サイクル検出部２０１において、このプリント動作の画像形成プロセスにおける帯電バイアスの印加時間とプロセス速度と感光体ドラム１２の径とから、感光体ドラム１２の使用状態としての帯電バイアスの印加条件(ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳、ＤＣ電圧のみ、電圧印加なし)ごとのドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)が算出される(ステップ１１０２)。この帯電サイクル検出部２０１によるドラムサイクル数の算出に代えて、各帯電バイアスの印加条件ごとに感光体ドラム１２のドラムサイクル数を、センサ等を用いて検出するようにしても構わない。
【００４４】
次に、寿命積算量読み込み部２０２により、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１から、直前のプリント動作終了時までの寿命積算量Ｂが読み込まれる(ステップ１１０３)。そして、寿命係数演算部２０３により、読み込まれた寿命積算量Ｂおよび帯電バイアスの印加条件から、図９、図１０に示した感光体ドラム１２の各使用状態における寿命係数(Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３)が算出される(ステップ１１０４)。ステップ１１０２において算出されたドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)、ステップ１１０３において読み込まれた寿命積算量Ｂ、およびステップ１１０４において算出された寿命係数(Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３)は、例えば、制御回路１００のＲＡＭ、または本体メモリ１３０に保持される。
【００４５】
そして、寿命積算量演算部２０４において、ＲＡＭに保持されたドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)、寿命係数(Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３)、および寿命積算量Ｂが用いられ、上記の式に基づいてステップ１１０１のプリント動作終了時における新たな寿命積算量Ａが算出される(ステップ１１０５)。ステップ１１０５において算出された寿命積算量Ａは、ＲＡＭに保持されると共に、寿命積算量書き込み部２０５によりプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に書き込まれる(ステップ１１０６)。この書き込まれた寿命積算量Ａは、次回以降の処理において寿命積算量読み込み部２０２により読み込まれる場合には、直前のプリント動作終了時までの寿命積算量Ｂとして読み込まれる。
【００４６】
さらに、寿命情報読み込み部２０６により、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１または制御回路１００のＲＯＭから、寿命情報(Ｙ，Ｚ)が読み込まれ(ステップ１１０７)、この寿命情報(Ｙ，Ｚ)はＲＡＭに保持される。ここで、この寿命情報Ｙは、感光体ドラム１２の寿命が近づいたことをユーザに対して通知し、交換を促すための閾値である。また、この寿命情報Ｚは、感光体ドラム１２の寿命の閾値である。これらの閾値の大きさは、Ｙ＜Ｚである。そして、寿命積算量比較部２０７では、寿命積算量Ａの値が寿命情報Ｙの値よりも小さいか否かの判断が行われる(ステップ１１０８)。ステップ１１０８において、寿命積算量Ａの値が小さいと判断された場合には、感光体ドラム１２の寿命は、まだ近づいてはいないものと判断され、ステップ１１０１において、それ以降のプリント動作の認識が行われるまで待機する。
【００４７】
また、ステップ１１０８において、寿命積算量Ａの値が大きいと判断された場合には、寿命積算量比較部２０７では、さらに、寿命積算量Ａの値が寿命情報Ｚの値よりも小さいか否かの判断が行われる(ステップ１１０９)。ステップ１１０９において、寿命積算量Ａの値が小さいと判断された場合には、寿命警告部２０８によって、例えば、コントロールパネル１４０に備えられた表示手段に、感光体ドラム１２の交換を促すメッセージが表示され、ユーザに対して警告が行われる(ステップ１１１０)。ここで、ステップ１１１０の警告の表示が行われた後には、ステップ１１０１において、それ以降のプリント動作の認識が行われるまで待機する。
【００４８】
ステップ１１０９において、寿命積算量Ａの値が大きいと判断された場合には、寿命警告部２０８によって、コントロールパネル１４０の表示手段に、感光体ドラム１２の寿命である旨の警告メッセージが表示され、それ以降のプリント動作が禁止される(ステップ１１１１)。ステップ１１１１の処理が行われた後には、寿命であると判断された感光体ドラム１２が格納されたプロセスカートリッジ６０でのプリント動作が禁止される。例えば、カラー用の感光体ドラム１２(１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ)の寿命がきた場合には、フルカラーモードでの画像形成プロセスが禁止され、黒用の感光体ドラム１２の寿命がきた場合には、さらに、モノクロモードでの画像形成プロセスが禁止される。
【００４９】
図１１に示したフローチャートでは、プリント動作が終了した時点から処理を開始する場合について例示したが、プリント動作の途中においても寿命積算量を演算し、各々の警告を示すようにしても構わない。また、以上では、１つのプリント動作ごとに処理を行う場合について例示したが、例えば、画像形成装置の起動時や省電力モードからの復旧時に寿命積算量を演算するようにしても構わない。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態では、像担持体の使用状態に応じた摩耗係数を求め、この摩耗係数とドラムサイクル数とから、像担持体の寿命を検知している。より詳しくは、帯電器を用いて像担持体に印加される帯電バイアスの成分(ＡＣ電圧とＤＣ電圧との重畳、ＤＣ電圧のみ、電圧印加なし)に応じた場合分けを行っている。そして、それぞれの帯電バイアスによって像担持体が受けるダメージ、すなわち像担持体の摩耗(過去における使用履歴)を正確に計測している。この計測結果から求められた摩耗係数とドラムサイクル数とに基づいて、像担持体の寿命をより正確に検知している。これにより、像担持体の使用状態が多種多様に変化する場合であっても、この像担持体の寿命をより高精度かつ簡易に把握することができるようになる。そして、寿命となった像担持体を交換することにより、この像担持体における静電潜像の形成に悪影響を与えるのを未然に抑制することができる。そうすることにより、像担持体の寿命が原因である記録紙上における画質の低下を未然に抑制することができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、プロセスカートリッジごとの像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行っている。より詳しくは、このプロセスカートリッジを使用してプリントを行った際の帯電バイアスの印加時間、プロセス速度、像担持体の径に基づいて、この像担持体の寿命を検知している。積算された寿命は、このプロセスカートリッジに備えられたカートリッジメモリに格納されるので、このプロセスカートリッジを他の位置に入れ換えた場合であっても、寿命を正確に検知することが可能である。そして、このようにカートリッジごとに寿命の検知を行うことにより、寿命となったカートリッジのみを交換することができるので、画像形成装置の運用コストを低減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接触型帯電部材による帯電バイアスを印加する際の使用状態に影響されることなく像担持体の寿命をより高精度に検知することができる。
また、本発明によれば、画像形成装置内に複数設けられた像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行い、それぞれの像担持体の寿命を個別に検知するシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】 画像形成ユニットの構成を説明するための図である。
【図３】 本実施の形態におけるカートリッジを説明するための図である。
【図４】 本実施の形態におけるプロセスカートリッジを他の方面から見た斜視図である。
【図５】 本実施の形態が適用される画像形成装置の駆動制御を説明するための図である。
【図６】 駆動制御を除く画像形成装置の制御を説明するための図である。
【図７】 本実施の形態における制御回路において実現される機能を説明するための図である。
【図８】 感光体ドラムのサイクル数と、感光体ドラムの摩耗量との関係を示す図である。
【図９】 感光体ドラムの寿命積算量と、感光体ドラムの寿命係数との関係を示す図である。
【図１０】 感光体ドラムの寿命積算量と、感光体ドラムの寿命係数との他の関係を示す図である。
【図１１】 感光体ドラムの使用状態に応じて、制御回路よって実行される処理を示すフローチャートである。
【図１２】 従来技術としてタンデム機の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…本体、１０…画像プロセス系、１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１３…帯電器、１４…現像器、１４ａ…現像ロール、１５…一次転写ロール、１６…クリーニング装置、２０…転写ユニット、２１…中間転写ベルト、３０…ＲＯＳ、４０…シート搬送系、５０…ＩＰＳ(Image Processing System)、６０…プロセスカートリッジ、６１…カートリッジメモリ、１００…制御回路、１２０…高圧ユニット、１３０…本体メモリ、１４０…コントロールパネル、２０１…帯電サイクル検出部、２０２…寿命積算量読み込み部、２０３…寿命係数演算部、２０４…寿命積算量演算部、２０５…寿命積算量書き込み部、２０６…寿命情報読み込み部、２０７…寿命積算量比較部、２０８…寿命警告部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式などを採用したフルカラーや白黒の画像等を形成することが可能なプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置等に関し、より詳しくは、複数の画像形成ユニットから構成される画像形成装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、カラー画像を高速且つ高画質に形成することを目的として、所謂フルカラーのタンデム機が提案されている。このタンデム機の代表的なものとしては、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニットを互いに並列的に配置し、これらの各画像形成ユニットにて順次形成される各色のトナー像(イエロー、マゼンタ、シアン、黒)を、中間転写ベルト上に一旦、多重に一次転写した後、この中間転写ベルトから転写紙上に一括して二次転写し、この転写紙上に形成されたトナー像を定着することによって、フルカラーや白黒(モノクロ)の画像を形成するものが挙げられる。
【０００３】
図１２は、かかるタンデム機の一例を示した図である。この図１２に示す画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒の各々色の異なるトナー像を形成する４つの画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋを備え、これらの画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋは、水平方向に沿って一定間隔を隔て、並列的に配置されている。この画像形成ユニット３００Ｙ,３００Ｍ,３００Ｃ,３００Ｋは、形成するトナー像の色が異なる他は、ほぼ同様な構成を備えており、感光体ドラム３０１の表面を帯電装置３０２によって一様に帯電した後、露光装置３０３によって感光体ドラム３０１の表面に画像露光を施し、各色の画像情報に応じた静電潜像を形成している。この感光体ドラム３０１の表面に形成された静電潜像は、対応する色の現像装置３０４により顕像化されてトナー像となり、このトナー像は、一次転写用の帯電器３０５によって中間転写ベルト３０６上に、順次、多重に転写される。また、感光体ドラム３０１の表面に残留したトナーはクリーニング装置３０７によって除去され、次の画像形成工程に備える。
【０００４】
中間転写ベルト３０６は、駆動ローラを含む複数本のローラ３０８、３０９、３１０、３１１、３１２によって、感光体ドラム３０１の回転速度と等しい速度で循環駆動される。この中間転写ベルト３０６上に多重に転写されたイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各色のトナー像は、この中間転写ベルト３０６の下方に設けられた二次転写位置(ローラ３１１の位置)において、中間転写ベルト３０６の表面と接触する二次転写ロール３１３により、この二次転写位置に所定のタイミングで給紙される転写用紙３１４上に一括して転写される。その後、この転写用紙３１４は、定着装置(図示せず)まで搬送され、この定着装置によって熱および圧力で定着処理を受けることで、カラーや白黒の画像が形成される。
【０００５】
ここで、感光体ドラム３０１の表面を帯電させる帯電装置３０２としては、従来、コロナ帯電装置によって放電する非接触型が広く用いられてきたが、オゾンの発生を低減し消費電力を削減するために、近年、接触型が注目されている。この接触型では、被帯電体である感光体ドラム３０１に、例えば帯電ローラや帯電ブラシ等の帯電部材を当接させ、所定の帯電バイアスを印加して像担持体である感光体ドラム３０１の表面を所定の極性、電位に帯電させている。
【０００６】
この接触型の帯電部材を用いる従来技術として、感光体の寿命を検知するために、感光体の回転時間と一次ＡＣ高圧の印加時間、さらにプロセス速度に重み付けをして感光体の使用状況を測定し、それぞれの要因が感光体の寿命に与える影響を考慮して、この感光体の寿命を判断する技術が存在する(例えば、特許文献１参照)。また、帯電部材からのバイアス印加にＡＣ電圧とＤＣ電圧を併用している場合、印加されるバイアス成分に応じて、それぞれのバイアス印加が像担持体に対して与えるダメージを演算するための係数を変更し、この係数とバイアス印加時間とから演算された像担持体のダメージを積算する技術が存在する(例えば、特許文献２)。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３９６９０号公報(第４−６頁、図１、図６)
【特許文献２】
特開平１０−１８６９７２号公報(第８−９頁、図１、図４)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、接触型帯電部材を感光体ドラム等の像担持体に接触させて帯電させる場合には、種々の要因により、この像担持体の表面がダメージを受けて摩耗する。この像担持体の摩耗の要因として、より具体的には、像担持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置との摩擦や、接触型帯電部材から印加される帯電バイアスによるダメージなどが挙げられる。特に、帯電バイアスの印加にＡＣ電圧を用いた場合には、ＤＣ電圧を用いた場合よりも相当大きなダメージを与えることが知られている。この帯電バイアスによる像担持体のダメージは、非接触型の帯電装置であっても同様に発生し得る。このような要因により摩耗した像担持体にて画像を形成すると、画質が低下してしまうという問題がある。そのため、像担持体が摩耗し、表面の膜厚が所定値以下となった場合には、この像担持体の寿命がきたことを検知し、像担持体または像担持体を含むプロセスカートリッジ毎の交換を行うことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、画像形成装置の動作時に、この画像形成装置内部に装着されている像担持体の寿命を正確に検知することは困難である。かかる問題に対し、例えば、上述した文献１の技術を採用し、像担持体の回転時間、バイアス電圧の印加時間、およびプロセス速度から像担持体の寿命を判断することは、像担持体の寿命を検知するのにはある程度有効であるが、この寿命を正確に検知することはできない。また、上述した文献２に記載された技術では、印加されるバイアス電圧の成分に応じて摩耗係数を変更して、この係数とバイアス印加時間とから像担持体のダメージを積算しているが、像担持体のサイクルに応じた適切な摩耗係数の選択がなされておらず、この像担持体のダメージを正確に検知することができない。さらに、上記の特許文献１，２では、バイアス印加時間に対して重み付けを行っているが、像担持体の摩耗量は、この像担持体のサイクルによっても異なる。
【００１０】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、接触型帯電部材により帯電バイアスを印加する際の使用状態に影響されることなく像担持体の寿命をより高精度に検知することにある。
また他の目的は、画像形成装置内に複数設けられた像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行い、それぞれの像担持体の寿命を個別に検知するシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明では、像担持体に印加される電圧の印加条件とこの像担持体のサイクル数とによって決まる像担持体の使用状態に着目した。さらに本発明の発明者は、像担持体に電圧を印加した場合における摩耗量を高精度に計測して、印加条件とサイクル数とから高精度な寿命係数を求めた。そして本発明では、像担持体の寿命係数と使用状態に基づいて、この像担持体の寿命を高精度に検知する。
すなわち、本発明は、像担持体に対して電圧を印加する帯電器を備えた画像形成装置であって、この帯電器から像担持体に印加される電圧の印加条件とこの像担持体のサイクル数とを把握する使用状態把握手段と、この使用状態把握手段により把握された印加条件とこの像担持体の過去における使用履歴とから像担持体の寿命係数を決定する寿命係数決定手段と、この寿命係数決定手段により決定された寿命係数と像担持体のサイクル数とに基づいてこの像担持体の寿命を算出する寿命積算量算出手段とを備える。
【００１２】
ここで、この寿命係数決定手段により決定される前記寿命係数の値は、帯電器により印加される印加電圧をパラメータとして、像担持体の寿命積算量から決定される値である。また、この使用状態把握手段により把握されるサイクル数は、帯電器から像担持体に印加される電圧の印加時間と、この像担持体におけるプロセス速度と、この像担持体の径とから把握される。さらに、使用状態把握手段により把握される電圧の印加条件は、少なくともＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた電圧を印加した場合と、ＤＣ電圧のみからなる電圧を印加した場合とを含む。またさらに、この画像形成装置は、像担持体と帯電器とがカートリッジ化されてこの画像形成装置本体に収納されると共に、このカートリッジ単位で像担持体の過去における使用履歴情報を格納する格納手段をさらに備える。そして、寿命積算量算出手段は、この格納手段に格納された使用履歴情報に基づいて像担持体の寿命積算量を算出する。
【００１３】
また、本発明の画像形成装置は、像担持体と、この像担持体を帯電させる帯電器と、この帯電器に対して所定の印加条件により帯電バイアスを印加する電源ユニットと、この電源ユニットによる帯電バイアスの印加条件およびこの像担持体の過去における使用履歴からこの像担持体の寿命係数を決定すると共に、この像担持体の使用状態と寿命係数とから像担持体の寿命積算量を算出する制御部とを備えた構成とすることができる。
ここで、この画像形成装置において、像担持体の使用状態は、この像担持体のサイクル数または帯電バイアスの印加による像担持体の帯電時間に基づいて把握される。また、像担持体の寿命係数は、この像担持体の寿命積算量に応じて無段階または段階的に増加する。
【００１４】
さらに、本発明は、帯電器により帯電バイアスを印加される像担持体を備えた画像形成装置において、以下のような像担持体の寿命検知方法を提供する。この像担持体の寿命検知方法は、画像形成装置のプリント動作における像担持体のサイクル数を算出するステップと、この像担持体の過去における寿命積算量を読み込むステップと、この帯電器から像担持体に印加される帯電バイアスの印加条件と読み込まれた像担持体の寿命積算量とから寿命係数を算出するステップと、この像担持体のサイクル数と寿命係数とに基づいてこのプリント動作における寿命積算量を算出するステップとを含む。
【００１５】
ここで、この像担持体の寿命検知方法において、寿命積算量を算出するステップでは、過去における寿命積算量と算出されたプリント動作における寿命積算量とから新たな寿命積算量を算出する。また、この像担持体の寿命検知方法は、算出された新たな寿命積算量と所定の閾値とを比較することにより像担持体の寿命を判断するステップをさらに含む。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図であり、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタを示している。図１に示す画像形成装置は、本体１に、各色の階調データに対応して画像形成を行う画像プロセス系１０、記録用紙(シート)を搬送するシート搬送系４０、例えばパーソナルコンピュータや画像読み取り装置等に接続され、受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理系であるＩＰＳ(Image Processing System)５０を備えている。
【００１７】
画像プロセス系１０は、水平方向に一定の間隔を置いて並列的に配置される、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４つの画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ、この画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト２１上に多重転写させる転写ユニット２０、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対してレーザ光を照射する光学系ユニットであるＲＯＳ(Raster Output Scanner)３０を備えている。また本体１には、転写ユニット２０によって二次転写された記録用紙(シート)上の画像を、熱および圧力を用いて記録用紙に定着させる定着器２９を備えている。更に、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに対して各色のトナーを供給するためのトナーカートリッジ１９Ｙ,１９Ｍ,１９Ｃ,１９Ｋが設けられている。
【００１８】
転写ユニット２０は、中間転写体である中間転写ベルト２１を駆動するドライブロール２２、中間転写ベルト２１に一定のテンションを付与するテンションロール２３、重畳された各色のトナー像を記録用紙に二次転写するためのバックアップロール２４、中間転写ベルト２１上に存在する残留トナー等を除去するクリーニング装置２５を備えている。中間転写ベルト２１は、このドライブロール２２とテンションロール２３およびバックアップロール２４との間に一定のテンションで掛け回されており、定速性に優れた専用の駆動モータ(図示せず)によって回転駆動されるドライブロール２２により、矢印方向に所定の速度で循環駆動される。この中間転写ベルト２１は、例えば、チャージアップを起こさないベルト素材(ゴムまたは樹脂)にて抵抗調整されたものが使用されている。クリーニング装置２５は、クリーニングブラシ２５ａおよびクリーニングブレード２５ｂを備えており、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト２１の表面から残留トナーや紙粉等を除去して、次の画像形成プロセスに備えるように構成されている。
【００１９】
ＲＯＳ３０は、図示しない半導体レーザ、変調器の他、半導体レーザから出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を偏向走査するポリゴンミラー３１を備えている。図１に示す例では、ＲＯＳ３０は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの下方に備えられることから、トナー等の落下による汚損の危険性を有している。そこで、ＲＯＳ３０は、各構成部材を密閉するための直方体状のフレーム３２を設け、レーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)が通過するガラス製のウィンドウ３３をこのフレーム３２の上方に設けて、走査露光と共にシールド効果を高めるように構成されている。
【００２０】
シート搬送系４０は、画像が記録される記録用紙(シート)を積載して供給する給紙装置４１、給紙装置４１から記録用紙を取り上げて供給するナジャーロール４２、ナジャーロール４２から供給された記録用紙を１枚ずつ分離して搬送するフィードロール４３、フィードロール４３により１枚ずつに分離された記録用紙を画像転写部に向けて搬送する搬送路４４を備えている。また、搬送路４４を介して搬送された記録用紙に対し、二次転写位置に向けてタイミングを合わせて搬送するレジストロール４５、二次転写位置に設けられバックアップロール２４に圧接して記録用紙上に画像を二次転写する二次転写ロール４６を備えている。更に、定着器２９によってトナー画像が定着された記録用紙を本体１の機外に排出する排出ロール４７、排出ロール４７によって排出された記録用紙を積載する排出トレイ４８を有する。また、定着器２９によって定着された記録用紙を反転させて両面記録を可能とする両面用搬送ユニット４９を備えている。
【００２１】
次に、図１に示す画像形成装置の動作について説明する。図示しない原稿読み取り装置によって読み取られた原稿の色材反射光像や、図示しないパーソナルコンピュータ等にて形成された色材画像データは、例えばＲ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の各８ビットの反射率データとしてＩＰＳ５０に入力される。ＩＰＳ５０では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４色の色材階調データに変換され、ＲＯＳ３０に出力される。
【００２２】
ＲＯＳ３０では、入力された色材階調データに応じて、半導体レーザ(図示せず)から出射されたレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)を、ｆ−θレンズ(図示せず)を介してポリゴンミラー３１に出射している。ポリゴンミラー３１では、入射されたレーザ光を各色の階調データに応じて変調し、偏向走査して、図示しない結像レンズおよび複数枚のミラーを介して画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２に照射している。画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２では、帯電された表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の各色のトナー像として現像される。
【００２３】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、中間転写体である中間転写ベルト２１上に多重転写される。このとき、黒色のトナー像を形成する黒の画像形成ユニット１１Ｋは、中間転写ベルト２１の移動方向の最下流側に設けられ、黒色のトナー像は、中間転写ベルト２１に対して最後に一次転写される。
【００２４】
一方、シート搬送系４０では、画像形成のタイミングに合わせてナジャーロール４２が回転し、給紙装置４１から所定サイズの記録用紙が供給される。フィードロール４３により１枚ずつ分離された記録用紙は、搬送路４４を経てレジストロール４５に搬送され、一旦、停止される。その後、トナー像が形成された中間転写ベルト２１の移動タイミングに合わせてレジストロール４５が回転し、記録用紙は、バックアップロール２４および二次転写ロール４６によって形成される二次転写位置に搬送される。二次転写位置にて下方から上方に向けて搬送される記録用紙には、圧接力および所定の電界を用いて、４色が多重されているトナー像が副走査方向に順次、転写される。そして、各色のトナー像が転写された記録用紙は、定着器２９によって熱および圧力で定着処理を受けた後、排出ロール４７によって本体１の上部に設けられた排出トレイ４８に排出される。尚、排出トレイ４８にそのまま排出せずに、図示しない切り換えゲートによって搬送方向を切り換え、定着器２９によって定着された記録用紙を両面用搬送ユニット４９によって反転させることもできる。この反転された記録用紙をレジストロール４５に搬送した後、前述と同様な流れによって、印刷されていない他の面について画像を形成することで、記録用紙の両面に画像を形成することが可能となる。
【００２５】
次に、画像プロセス系１０における画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋについて詳述する。
図２は、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの構成を説明するための図であり、ここでは、イエロー(Ｙ)の画像形成ユニット１１Ｙとマゼンタ(Ｍ)の画像形成ユニット１１Ｍとが示されている。他の画像形成ユニット１１Ｃ,１１Ｋもほぼ同様に構成されている。
【００２６】
画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋは、トナー像を担持させる像担持体としての感光体ドラム１２、帯電ロール１３ａを用いて感光体ドラム１２を帯電させる帯電器１３、帯電器１３によって帯電され、ＲＯＳ３０からのレーザ光(ＬＢ-Ｙ,ＬＢ-Ｍ,ＬＢ-Ｃ,ＬＢ-Ｋ)によって感光体ドラム１２上に形成された静電潜像を現像ロール１４ａによって現像する現像器１４、中間転写ベルト２１を挟んで感光体ドラム１２に対向して設けられ、帯電バイアスを印加することにより感光体ドラム１２上に現像されたトナー像を中間転写ベルト２１上に転写する一次転写ロール１５、転写後に感光体ドラム１２上に残った残留トナーを除去するクリーニング装置１６を備えている。
【００２７】
次に、カートリッジについて説明する。
図３は、本実施の形態におけるカートリッジを説明するための図である。本実施の形態では、各色ごとに、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの感光体ドラム１２、帯電器１３、およびクリーニング装置１６を一体化し、プロセスカートリッジ６０を形成している。画像形成装置の本体１からこのプロセスカートリッジ６０だけを取り外し、また、プロセスカートリッジ６０だけを本体１に対して取り付け可能とし、ユーザによる交換を可能としている。これらのプロセスカートリッジ６０は、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの間で差し替えて用いることもできる。
【００２８】
図４は、プロセスカートリッジを他の方向から見た斜視図である。この各プロセスカートリッジ６０には、カートリッジメモリ６１が搭載されている。このカートリッジメモリ６１には、例えば、感光体ドラム１２の回転数、高圧電圧印加時間、プリント枚数、寿命積算量(後述する)など、所定の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにて、そのプロセスカートリッジ６０が装着された際の、各々のカートリッジ使用履歴情報が格納されている。各々のプロセスカートリッジ６０に夫々カートリッジメモリ６１が搭載されていることにより、プロセスカートリッジ６０が異なる画像形成ユニットで用いられた場合であっても、トータルとしての自らの使用履歴情報を、プロセスカートリッジ６０自らが保存することができる。その結果、プロセスカートリッジ６０毎に、正しい寿命を判断することができる。
【００２９】
次に、画像形成装置における駆動制御について説明する。
図５は、本実施の形態が適用される画像形成装置の駆動制御を説明するための図である。ＩＰＳ５０により画像処理がなされた画像信号に基づき、制御回路１００のＣＰＵ(図示せず)は、ＲＯＭ(図示せず)に記憶されたプログラムに従って処理を実行する。制御回路１００は、駆動系として、２次転写ロール４６や定着器２９、シート搬送系４０、黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける現像器１４(１４Ｋ)等を駆動させるメインモータ１０１、転写ユニット２０の中間転写ベルト２１等を駆動する中間転写体駆動モータ１０２、黒の画像形成ユニット１１Ｋを除くカラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおける感光体ドラム１２(１２Ｙ,１２Ｍ,１２Ｋ)を駆動する感光体駆動モータ１０３、黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける感光体ドラム１２(１２Ｋ)を駆動する黒用感光体駆動モータ１０４、黒の画像形成ユニット１１Ｋを除くカラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃにおける現像器１４(１４Ｙ,１４Ｍ,１４Ｃ)を駆動する現像器駆動モータ１０５を制御している。また、制御回路１００は、メインモータ１０１に連結されシート搬送系４０の駆動を切り換えるクラッチ１１１、およびメインモータ１０１に連結され黒の画像形成ユニット１１Ｋにおける現像器１４(１４Ｋ)を切り換えるクラッチ１１２を制御している。制御回路１００は、これらの各種モータ、クラッチの動作を制御することで、画像形成装置における各箇所のタイミングを図り、前述した動作によって記録用紙に対する画像形成を可能としている。
【００３０】
尚、前述のように、本実施の形態では、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋの一部をカートリッジ化し、各プロセスカートリッジ６０に各々設けられたカートリッジメモリ６１に使用履歴情報を格納している。例えば、画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋに設けられたカートリッジを夫々第１カートリッジ〜第４カートリッジとすると、制御回路１００は、これらのプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１から使用履歴情報を読み出し、読み出された使用履歴情報に基づいて、各画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋごとに、個別に、プロセス形成条件を変更することができる。また、制御回路１００は、各プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に対して、新たな使用履歴情報を書き込む作業も行っている。
【００３１】
図６は、駆動制御を除く画像形成装置の制御を説明するための図である。制御回路１００は、高圧ユニット(ＨＶＰＳ：High Voltage Power Supply)１２０を制御しており、この高圧ユニット１２０は、帯電器１３(１３Ｙ,１３Ｍ,１３Ｃ,１３Ｋ)に対して帯電バイアスを印加している。尚、ここでは、高圧ユニット１２０から現像器１４に印加される現像バイアス等の説明は省略している。また、制御回路１００には、画像形成装置を操作するための各種ボタンまたはタッチパネル等の操作手段(図示せず)やディスプレイ等の表示手段(図示せず)を備えたコントロールパネル１４０が接続されている。この制御回路１００は、ＣＰＵ(図示せず)の機能として、ＲＯＭ(図示せず)に記憶された各情報およびプログラムに従って動作する。
また、この制御回路１００には、ＣＰＵが動作する際に用いられる各種情報を保持するＲＡＭ(図示せず)が備えられている。
【００３２】
さらに、制御回路１００は、各々の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋを構成するプロセスカートリッジ６０に搭載されたカートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)に接続されている。また、画像形成装置の本体１に設けられている本体メモリ１３０に接続されている。このカートリッジメモリ６１には、前述のように各々のプロセスカートリッジ６０における過去の使用履歴情報が格納されている。また本体メモリ１３０には、ＰＶ(Page Volume)カウンタによって計数された記録用紙のプリント枚数や、サイクルカウンタによって計数された感光体ドラム１２の回転数等の情報、この感光体ドラム１２の寿命積算量等が格納されている。制御回路１００では、カートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)および本体メモリ１３０から得られた各情報に基づいて高圧ユニット１２０等に対する制御が実行されると共に、制御回路１００からの指示に基づいてカートリッジメモリ６１(６１Ｙ,６１Ｍ,６１Ｃ,６１Ｋ)の使用履歴情報等が更新される。
【００３３】
制御回路１００は、高圧ユニット１２０を制御し、ＤＣ電圧成分の他、このＤＣ電圧成分に振動成分(交流成分)を含むＡＣ電圧成分を重畳させて帯電器１３(１３Ｙ,１３Ｍ,１３Ｃ,１３Ｋ)に帯電バイアスを印加している。帯電バイアスに用いられるＤＣ電圧としては、例えば、定電圧としてＶｄｃ＝(−７５０)Ｖが印加される。ＡＣ電圧としては、ＤＣ電圧と比べて均一帯電が可能なサイン(sin)波の波形で、プロセススピード１６５ｍｍ/ｓｅｃ(フルカラーモードのとき)にて、例えば、周波数ｆ＝１３０６Ｈｚかつ電圧値Ｖｐｐ＝１．９ｋＶとなるように制御される。この場合、感光体ドラム１２には、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアス、またはＤＣ電圧のみの帯電バイアスが印加される。また、モノクロモードのときには、画像形成装置全体のプロセススピードが１６５ｍｍ／ｓｅｃであるときに、非作像エンジン(カラー用の画像形成ユニット１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ)のプロセススピードは、例えば５２ｍｍ／ｓｅｃとなる。この場合、カラー用の感光体ドラム１２(１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ)は、帯電バイアスが印加されない状態で空回りする。このように、フルカラーのタンデム機においては、形成する画像に応じて感光体ドラム１２に印加される帯電バイアス(印加条件)が異なる。
【００３４】
図７は、本実施の形態における制御回路１００において実現される機能を説明するための図である。図７のブロック図に示す機能は、制御回路１００のＣＰＵにおいて実現されるソフトウェアブロックである。この制御回路１００は、各帯電器１３に対する電圧印加条件(帯電条件)に応じた感光体ドラム１２のドラムサイクル数(感光体ドラム１２が１回転するのを１サイクルとする)を検出する帯電サイクル検出部２０１と、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に格納された直前のプリント動作終了時までの寿命積算量(過去における使用履歴に基づく寿命積算量または摩耗量)を読み込む寿命積算量読み込み部２０２と、帯電サイクル検出部２０１にて検出された電圧印加条件、ドラムサイクル数、および過去における使用履歴情報(寿命積算量)に基づいて感光体ドラム１２の寿命係数を演算する寿命係数演算部２０３と、ドラムサイクル数と寿命係数演算部２０３にて演算された寿命係数とから寿命積算量を演算する寿命積算量演算部２０４と、寿命積算量演算部２０４にて演算された寿命積算量をプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に格納する寿命積算量書き込み部２０５とを備える。また、制御回路１００は、感光体ドラム１２の寿命を判断する閾値として用いられる寿命情報を読み込む寿命情報読み込み部２０６と、カートリッジメモリ６１に格納された寿命積算量と寿命情報とを比較する寿命積算量比較部２０７と、寿命積算量比較部２０７における比較結果に従い必要に応じて警告を行う寿命警告部２０８とをさらに備える。
【００３５】
ここで、上記の帯電サイクル検出部２０１は、帯電バイアスの成分(ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳して印加した場合、ＤＣ電圧のみを印加した場合、帯電バイアス印加なしの場合)、すなわち帯電バイアスの印加条件ごとの、感光体ドラム１２のドラムサイクル数を高精度に検出する。すなわち、制御回路１００は、帯電バイアスの印加条件を把握すると共に、この印加条件に応じた感光体ドラム１２のドラムサイクル数を把握する使用状態把握手段として機能する。また、寿命係数決定手段としての寿命係数演算部２０３は、電圧の印加条件と感光体ドラム１２の過去における使用履歴(感光体ドラム１２のドラムサイクル数に応じた摩耗量)から、この感光体ドラム１２の摩耗係数を演算により算出する。さらに、寿命積算量算出手段としての寿命積算量演算部２０４は、後述する式に従い、プリント動作による寿命積算量を演算により算出する。
【００３６】
ところで、上述したように感光体ドラム１２の摩耗量は、帯電バイアスの印加条件、すなわち感光体ドラム１２の使用状態によって異なる。以下図８では、感光体ドラム１２の使用状態と摩耗量との関係についての実験結果を示す。
図８は、本実施の形態における感光体ドラム１２のドラムサイクル数と、感光体ドラム１２の摩耗量との関係を示す図である。ここで、図８では、横軸は感光体ドラム１２のドラムサイクル数［ｋｃｙｃｌｅ］、縦軸は感光体ドラム１２の摩耗量［μｍ］を示している。また、帯電器１３に対する帯電バイアスの印加条件として、実線はＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアスが印加された場合、破線はＤＣ電圧のみが帯電バイアスとして印加された場合、二点鎖線は帯電バイアスが印加されない場合について示している。ここでは、帯電バイアスによる印加電圧をパラメータとした、感光体ドラム１２のドラムサイクル数と摩耗量との相関関係について説明する。
【００３７】
図８に示すデータより、どのような使用条件下において感光体ドラム１２を回転させた場合においても、この感光体ドラム１２の摩耗量の増加率は、ドラムサイクル数が増加するにつれて大きくなる傾向にある。換言すれば、感光体ドラム１２の摩耗量は、ドラムサイクル数の増加にしたがい、二次関数に近似的に増加していると言える。また、摩耗量の増加率は、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた帯電バイアスを印加した場合に最も大きく、次いでＤＣ電圧のみの帯電バイアスを印加した場合が大きい。そして、摩耗量の増加率は、帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム１２を空回転させた場合に最も小さくなるが、帯電バイアスを印加しない場合であっても感光体ドラム１２のドラムサイクル数に応じて所定量摩耗する。このようにして得られた、より正確なドラムサイクル数と摩耗量との関係から、感光体ドラム１２の寿命を算出するための摩耗係数を導き出す。従来において摩耗係数を導き出すにあたっては、どのような使用条件においても摩耗量が帯電バイアス印加時間に応じて一次関数的(略直線的)に増加するものとしていた。これに対して本発明者は、ドラムサイクル数と摩耗量との関係を高精度に測定したことにより、より高精度な摩耗係数を導き出すことが可能となり、これにより、感光体ドラム１２の寿命をより高精度に算出することができるようになる。
【００３８】
本発明者の鋭意検討の結果、図８に示した実験結果のデータに基づき、感光体ドラム１２の寿命係数を導き出すことができた。図９は、感光体ドラム１２の寿命積算量と感光体ドラム１２の寿命係数との相関関係を示す図である。図９では、横軸は感光体ドラム１２の寿命積算量(摩耗量[μｍ])、縦軸は感光体ドラム１２の寿命係数を示している。また、同図において、実線はＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された帯電バイアスが印加された場合における感光体ドラム１２の寿命係数Ｒ１、破線はＤＣ電圧のみが帯電バイアスとして印加された場合における感光体ドラム１２の寿命係数Ｒ２、二点鎖線は帯電バイアスが印加されない場合における寿命係数Ｒ３を示している。
【００３９】
図９に示すように、図８に示したドラムサイクル数と摩耗量との相関関係から導き出される寿命係数Ｒ１は、寿命積算量が０のときには約０．０５、寿命積算量すなわち使用履歴に応じた摩耗量が例えば１６[μｍ]のときには約０．０８とすることができる。また、寿命係数Ｒ２は、寿命積算量が０のときには約０．０２、上記の寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０３５とすることができる。さらに、寿命係数Ｒ３は、寿命積算量が０のときには約０．００５、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．００９とすることができる。このように、これらの寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、寿命積算量に応じて直線的(無段階)に増加するように設定することができる。
【００４０】
また、図８の実験結果のデータに基づき、感光体ドラム１２の寿命係数を、図１０に示すように設定することができる。図１０は、感光体ドラム１２の寿命積算量と感光体ドラム１２の寿命係数との相関関係を示す図である。図１０の横軸および縦軸、さらに寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を示す各線種は、図９に示したのと同じなので説明を省略する。図１０に示すように、寿命係数Ｒ１は、寿命積算量(摩耗量[μｍ])が０のときには約０．０５であり、約４[μｍ]摩耗するごとに(寿命積算量に応じて)約０．０１ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０８とすることができる。また、寿命係数Ｒ２は、寿命積算量が０のときには約０．０２０であり、約４[μｍ]摩耗するごとに約０．００５ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．０３５とすることができる。さらに、寿命係数Ｒ３は、寿命積算量が０のときには約０．００５０であり、約４[μｍ]摩耗するごとに約０．００１３ずつ増加し、寿命積算量としての摩耗量が１６[μｍ]のときには約０．００９０とすることができる。このように、これらの寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、ドラムサイクル数に応じて段階的に増加するように設定することができる。
【００４１】
以上図９、図１０では、電圧の印加条件をパラメータとした寿命積算量と摩耗量との関係から寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を求める場合について示したが、これらのグラフに代えて、寿命積算量および寿命係数の各々の読み値に対応するテーブルを設け、このテーブルに基づいて寿命係数を求めるようにしても良い。また、以上では、寿命積算量に応じて寿命係数Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を求める場合について示したが、寿命積算量に代えて、ドラムサイクル数や帯電時間に基づいて寿命係数を求めるようにしても構わない。
【００４２】
本実施の形態では、以上のようにして得られた寿命係数に基づいて、寿命積算量を導き出すことができる。
ここで、前プリント動作終了時点での寿命積算量をＢ、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳して帯電バイアスを印加した場合のドラムサイクル数をＣ１、この場合における寿命係数をＲ１、ＤＣ電圧のみの帯電バイアスを印加した場合のドラムサイクル数をＣ２、この場合における寿命係数をＲ２、帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム１２が空回りした場合のドラムサイクル数をＣ３、この場合における寿命係数をＲ３とすると、寿命積算量Ａは、
Ａ＝Ｂ＋（Ｒ１×Ｃ１＋Ｒ２×Ｃ２＋Ｒ３×Ｃ３）
となる。
このような式を用いて寿命積算量を算出すれば、感光体ドラム１２の使用状態がどのような場合であっても、この使用状態に対応することができる。
【００４３】
図１１は、感光体ドラム１２の使用状態に応じて、制御回路１００によって実行される処理を示すフローチャートである。画像形成装置において或るプリント動作が行われると制御回路１００により、このプリント動作が終了したことが認識される(ステップ１１０１)。そして、帯電サイクル検出部２０１において、このプリント動作の画像形成プロセスにおける帯電バイアスの印加時間とプロセス速度と感光体ドラム１２の径とから、感光体ドラム１２の使用状態としての帯電バイアスの印加条件(ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳、ＤＣ電圧のみ、電圧印加なし)ごとのドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)が算出される(ステップ１１０２)。この帯電サイクル検出部２０１によるドラムサイクル数の算出に代えて、各帯電バイアスの印加条件ごとに感光体ドラム１２のドラムサイクル数を、センサ等を用いて検出するようにしても構わない。
【００４４】
次に、寿命積算量読み込み部２０２により、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１から、直前のプリント動作終了時までの寿命積算量Ｂが読み込まれる(ステップ１１０３)。そして、寿命係数演算部２０３により、読み込まれた寿命積算量Ｂおよび帯電バイアスの印加条件から、図９、図１０に示した感光体ドラム１２の各使用状態における寿命係数(Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３)が算出される(ステップ１１０４)。ステップ１１０２において算出されたドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)、ステップ１１０３において読み込まれた寿命積算量Ｂ、およびステップ１１０４において算出された寿命係数(Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３)は、例えば、制御回路１００のＲＡＭ、または本体メモリ１３０に保持される。
【００４５】
そして、寿命積算量演算部２０４において、ＲＡＭに保持されたドラムサイクル数(Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３)、寿命係数(Ｒ１、Ｒ２，Ｒ３)、および寿命積算量Ｂが用いられ、上記の式に基づいてステップ１１０１のプリント動作終了時における新たな寿命積算量Ａが算出される(ステップ１１０５)。ステップ１１０５において算出された寿命積算量Ａは、ＲＡＭに保持されると共に、寿命積算量書き込み部２０５によりプロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１に書き込まれる(ステップ１１０６)。この書き込まれた寿命積算量Ａは、次回以降の処理において寿命積算量読み込み部２０２により読み込まれる場合には、直前のプリント動作終了時までの寿命積算量Ｂとして読み込まれる。
【００４６】
さらに、寿命情報読み込み部２０６により、プロセスカートリッジ６０のカートリッジメモリ６１または制御回路１００のＲＯＭから、寿命情報(Ｙ，Ｚ)が読み込まれ(ステップ１１０７)、この寿命情報(Ｙ，Ｚ)はＲＡＭに保持される。ここで、この寿命情報Ｙは、感光体ドラム１２の寿命が近づいたことをユーザに対して通知し、交換を促すための閾値である。また、この寿命情報Ｚは、感光体ドラム１２の寿命の閾値である。これらの閾値の大きさは、Ｙ＜Ｚである。そして、寿命積算量比較部２０７では、寿命積算量Ａの値が寿命情報Ｙの値よりも小さいか否かの判断が行われる(ステップ１１０８)。ステップ１１０８において、寿命積算量Ａの値が小さいと判断された場合には、感光体ドラム１２の寿命は、まだ近づいてはいないものと判断され、ステップ１１０１において、それ以降のプリント動作の認識が行われるまで待機する。
【００４７】
また、ステップ１１０８において、寿命積算量Ａの値が大きいと判断された場合には、寿命積算量比較部２０７では、さらに、寿命積算量Ａの値が寿命情報Ｚの値よりも小さいか否かの判断が行われる(ステップ１１０９)。ステップ１１０９において、寿命積算量Ａの値が小さいと判断された場合には、寿命警告部２０８によって、例えば、コントロールパネル１４０に備えられた表示手段に、感光体ドラム１２の交換を促すメッセージが表示され、ユーザに対して警告が行われる(ステップ１１１０)。ここで、ステップ１１１０の警告の表示が行われた後には、ステップ１１０１において、それ以降のプリント動作の認識が行われるまで待機する。
【００４８】
ステップ１１０９において、寿命積算量Ａの値が大きいと判断された場合には、寿命警告部２０８によって、コントロールパネル１４０の表示手段に、感光体ドラム１２の寿命である旨の警告メッセージが表示され、それ以降のプリント動作が禁止される(ステップ１１１１)。ステップ１１１１の処理が行われた後には、寿命であると判断された感光体ドラム１２が格納されたプロセスカートリッジ６０でのプリント動作が禁止される。例えば、カラー用の感光体ドラム１２(１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ)の寿命がきた場合には、フルカラーモードでの画像形成プロセスが禁止され、黒用の感光体ドラム１２の寿命がきた場合には、さらに、モノクロモードでの画像形成プロセスが禁止される。
【００４９】
図１１に示したフローチャートでは、プリント動作が終了した時点から処理を開始する場合について例示したが、プリント動作の途中においても寿命積算量を演算し、各々の警告を示すようにしても構わない。また、以上では、１つのプリント動作ごとに処理を行う場合について例示したが、例えば、画像形成装置の起動時や省電力モードからの復旧時に寿命積算量を演算するようにしても構わない。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態では、像担持体の使用状態に応じた摩耗係数を求め、この摩耗係数とドラムサイクル数とから、像担持体の寿命を検知している。より詳しくは、帯電器を用いて像担持体に印加される帯電バイアスの成分(ＡＣ電圧とＤＣ電圧との重畳、ＤＣ電圧のみ、電圧印加なし)に応じた場合分けを行っている。そして、それぞれの帯電バイアスによって像担持体が受けるダメージ、すなわち像担持体の摩耗(過去における使用履歴)を正確に計測している。この計測結果から求められた摩耗係数とドラムサイクル数とに基づいて、像担持体の寿命をより正確に検知している。これにより、像担持体の使用状態が多種多様に変化する場合であっても、この像担持体の寿命をより高精度かつ簡易に把握することができるようになる。そして、寿命となった像担持体を交換することにより、この像担持体における静電潜像の形成に悪影響を与えるのを未然に抑制することができる。そうすることにより、像担持体の寿命が原因である記録紙上における画質の低下を未然に抑制することができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、プロセスカートリッジごとの像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行っている。より詳しくは、このプロセスカートリッジを使用してプリントを行った際の帯電バイアスの印加時間、プロセス速度、像担持体の径に基づいて、この像担持体の寿命を検知している。積算された寿命は、このプロセスカートリッジに備えられたカートリッジメモリに格納されるので、このプロセスカートリッジを他の位置に入れ換えた場合であっても、寿命を正確に検知することが可能である。そして、このようにカートリッジごとに寿命の検知を行うことにより、寿命となったカートリッジのみを交換することができるので、画像形成装置の運用コストを低減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、接触型帯電部材による帯電バイアスを印加する際の使用状態に影響されることなく像担持体の寿命をより高精度に検知することができる。
また、本発明によれば、画像形成装置内に複数設けられた像担持体の使用状態に応じた寿命の検知を行い、それぞれの像担持体の寿命を個別に検知するシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】 画像形成ユニットの構成を説明するための図である。
【図３】 本実施の形態におけるカートリッジを説明するための図である。
【図４】 本実施の形態におけるプロセスカートリッジを他の方面から見た斜視図である。
【図５】 本実施の形態が適用される画像形成装置の駆動制御を説明するための図である。
【図６】 駆動制御を除く画像形成装置の制御を説明するための図である。
【図７】 本実施の形態における制御回路において実現される機能を説明するための図である。
【図８】 感光体ドラムのサイクル数と、感光体ドラムの摩耗量との関係を示す図である。
【図９】 感光体ドラムの寿命積算量と、感光体ドラムの寿命係数との関係を示す図である。
【図１０】 感光体ドラムの寿命積算量と、感光体ドラムの寿命係数との他の関係を示す図である。
【図１１】 感光体ドラムの使用状態に応じて、制御回路よって実行される処理を示すフローチャートである。
【図１２】 従来技術としてタンデム機の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…本体、１０…画像プロセス系、１１Ｙ,１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋ…画像形成ユニット、１２…感光体ドラム、１３…帯電器、１４…現像器、１４ａ…現像ロール、１５…一次転写ロール、１６…クリーニング装置、２０…転写ユニット、２１…中間転写ベルト、３０…ＲＯＳ、４０…シート搬送系、５０…ＩＰＳ(Image Processing System)、６０…プロセスカートリッジ、６１…カートリッジメモリ、１００…制御回路、１２０…高圧ユニット、１３０…本体メモリ、１４０…コントロールパネル、２０１…帯電サイクル検出部、２０２…寿命積算量読み込み部、２０３…寿命係数演算部、２０４…寿命積算量演算部、２０５…寿命積算量書き込み部、２０６…寿命情報読み込み部、２０７…寿命積算量比較部、２０８…寿命警告部
Claims (10)
- 像担持体に対して電圧を印加する帯電器を備えた画像形成装置であって、
少なくともＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた電圧を印加した場合とＤＣ電圧のみからなる電圧を印加した場合とを含む印加条件によって前記帯電器から前記像担持体に印可される前記電圧の当該印加条件と当該像担持体のサイクル数とを把握する使用状態把握手段と、
前記印加条件ごとの寿命係数と前記使用状態把握手段により把握された前記印加条件における前記像担持体の前記サイクル数とに基づいた値を積算して得られる寿命積算値に応じて警告を行う寿命警告手段と、
過去における前記像担持体のサイクル数に係る値を積算して得られる使用積算値に基づき前記印加条件ごとの当該像担持体の前記寿命係数を決定する寿命係数決定手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記使用状態把握手段により把握される前記サイクル数は、
前記帯電器から前記像担持体に印加される前記電圧の印加時間と、当該像担持体におけるプロセス速度と、当該像担持体の径とから把握されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体と前記帯電器とがカートリッジ化されて前記装置本体に収納されると共に、当該カートリッジ単位で当該像担持体の過去における前記使用積算値の情報を格納する格納手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
- 像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電器と、
少なくともＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた電圧を印加する場合とＤＣ電圧のみからなる電圧を印加する場合とを含む印加条件により前記帯電器に対して電圧を印加する電源ユニットと、
過去における前記像担持体のサイクル数に係る値を積算して得られる使用積算値に基づき前記印加条件ごとに寿命係数を決定すると共に、前記印加条件ごとの前記寿命係数と前記印加条件における前記像担持体の前記サイクル数とに基づいた値を積算して寿命積算値を算出する制御部と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記像担持体のサイクル数に係る値は、前記像担持体のサイクル数または前記帯電器による当該像担持体の帯電時間に基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の寿命係数は、前記像担持体の前記使用積算値に応じて無段階または段階的に増加することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体と前記帯電器とがカートリッジ化されて前記装置本体に収納されると共に、当該カートリッジ単位で当該像担持体の過去における寿命積算値の情報を格納するカートリッジメモリをさらに備え、
前記制御部は、
前記カートリッジメモリに格納された前記過去における寿命積算値の情報に基づいて、前記寿命積算値を算出することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。 - 画像形成装置において帯電器により、少なくともＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重畳させた電圧を印加した場合とＤＣ電圧のみからなる電圧を印加した場合とを含む印加条件によって電圧を印可される像担持体の寿命検知方法であって、
前記画像形成装置のプリント動作における前記像担持体のサイクル数を算出するステップと、
前記印加条件ごとの寿命係数と当該印加条件における前記像担持体の前記サイクル数とに基づいた値を積算して得られる寿命積算値を読み込むステップと、
前記帯電器から前記像担持体に印加される前記電圧の前記印加条件と読み込まれた当該像担持体の過去における寿命積算値とから寿命係数を算出するステップと、
前記像担持体の前記サイクル数と前記寿命係数とに基づいて前記プリント動作における寿命積算値を算出するステップと
を含むことを特徴とする像担持体の寿命検知方法。 - 前記寿命積算値を算出するステップでは、
前記過去における寿命積算値と算出された前記プリント動作における前記寿命積算値とから新たな寿命積算値を算出することを特徴とする請求項８に記載の像担持体の寿命検知方法。 - 算出された前記新たな寿命積算値と像担持体の劣化の程度に応じて設定された閾値とを比較するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の像担持体の寿命検知方法。
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