JP4421486B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば複写機などの電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いる画像形成装置は、一般に、感光体とそのまわりに配置される帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段、クリーニング手段および除電手段とを含んで構成される。帯電手段は、感光体の表面を一様に帯電する。露光手段は、帯電された感光体表面に画像情報に応じた光を露光して静電潜像を形成する。現像手段は、トナーを感光体表面に形成された静電潜像に供給してトナー像を形成する。転写手段は、トナーと逆極性の電荷を記録材に与えてトナー像を記録材に転写させる。定着手段は、加熱、加圧などの手段によって転写されたトナー像を記録材上に定着する。クリーニング手段は、記録材に転写されずに感光体表面に残るトナーを除去清掃する。除電手段は、トナー像が記録材に転写された後の感光体を除電する。このように構成される電子写真方式を用いる画像形成装置によって、記録材上に所望の画像が形成される。

静電潜像が形成されるとともにトナーが供給されてトナー像が形成される感光体には、導電性基体上に感光層が積層されて形成されるものが広く用いられている。感光層としては、従来セレン合金または酸化亜鉛などの無機系材料からなるものが用いられていたけれども、近年低コスト、無公害性、高感度などの理由で、樹脂中に電荷発生物質、電荷輸送物質として有機光導電体（ＯＰＣ：Organic Photo Conductor）を分散させたものが多用されるに至っている。このようなＯＰＣを樹脂中に分散させた感光層を有する感光体は、長期使用に伴う磨耗によって感光層の膜厚が減少する膜減りが起こる。感光体の膜減りに伴い電荷保持能力が低下して形成される画像の品質安定性を維持することが困難になるので、感光体は使用寿命を有している。したがって、画像形成装置には、感光体の感光層の膜厚減少に対応した画像品質の安定化と、感光体使用寿命を正確に判定し、寿命が尽きた感光体によって品質の低下した無駄な画像形成を行わないように、また感光体まわりの装置を損なわないようにすることが求められる。

形成画像の品質安定化に関する従来技術として、感光体の帯電電位を検知し、その検知電位に応じて感光体の帯電電位を目標電位にするために必要とされる印加電圧を求め、また該印加電圧と感光体を帯電させる帯電部材の検知温度に基づく補正印加電圧との差分を求め、該差分に基づいて印加電圧の補正ルールをさらに補正することによって、感光体の帯電電位を安定に制御し、良好な画像を安定して形成することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１では、単に感光体の表面電位を安定化させる技術が開示されるのみであり、感光体の使用寿命を判断することができないので、画像品質の低下が予測される感光体の使用寿命を超えたところでの画像形成を防止することができないという問題がある。

また感光体の寿命検知に係る従来技術として、感光体を帯電する帯電手段に印加されるＤＣバイアスおよびＡＣバイアスの種々の組合せが異なるｎ種類のバイアス印加条件を持ち、ｎ種類の各バイアス印加条件における印加時間を積算値に積算し、該積算値を用いて経験則に基づく実験式に従って感光体のダメージ指数を求め、該ダメージ指数と予め定める感光体の寿命指数との比較によって感光体寿命を求めることが提案されている（特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２では経験則に基づく実験式に従って一律に感光体寿命を求めるけれども、画像形成装置に搭載される感光体の実際の膜減り量すなわち寿命は、個々の装置間の機構的な面に基づくばらつきの方が大きいので、特許文献２に開示される技術では、画像形成装置に搭載される個々の感光体寿命を正確に判断することは困難である。

特開平９−１０１６５５号公報 特許第３５６６４６８号公報

本発明の目的は、感光体の膜厚すなわち使用寿命を正確に判定し、感光体の使用寿命内において安定した品質の画像形成を可能にする画像形成装置を提供することである。

本発明は、導電性基体の表面上に積層されて形成される感光層を有し、画像情報に対応する光によって露光されて表面に静電潜像が形成される感光体を備える電子写真方式の画像形成装置において、
感光体を帯電させる帯電手段と、
感光体の表面電位を検出する表面電位検出手段と、
帯電された感光体の表面を画像情報に対応する光によって露光する露光手段と、
感光体の温度を検出する温度検出手段と、
感光体の流込み電流を検出する電流検出手段と、
感光体の温度と流込み電流とに対応して定まる感光体の感光層の膜厚に関するデータが予め格納される記憶手段と、
表面電位検出手段によって検出される感光体の表面電位が予め定める電位になるように帯電手段による感光体に対する帯電動作を制御するとともに、感光体の表面電位が前記予め定める電位にある状態で、電流検出手段によって検出される感光体の流込み電流と、温度検出手段によって検出される感光体の温度とに応じ、記憶手段から読出した感光層の膜厚に関するデータに基づいて感光層の膜厚を求める制御手段とを含み、
前記表面電位検出手段は、帯電手段と露光手段との間に配置され、
前記温度検出手段は、感光体の回転方向に関して帯電手段の上流側であり、かつ帯電手段の近傍に配置され、
前記制御手段は、画像形成ジョブが実行されているときに、感光層の膜厚を求めることを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、制御手段による表示動作指令に応答して情報を表示する表示手段をさらに含み、
前記記憶手段が、さらに感光体の使用寿命として予め定められる感光層の膜厚である限界膜厚を格納するとともに、感光層の膜厚と限界膜厚との膜厚差に対応して定められる画像形成可能枚数に関するデータを格納し、
制御手段は、
感光層の膜厚と限界膜厚との膜厚差を演算し、該膜厚差に対応する画像形成可能枚数を表示するように表示手段の動作を制御することを特徴とする。

また本発明は、制御手段は、感光層の膜厚と限界膜厚とが等しくなるとき、感光体の寿命が終了したことを表示するように表示手段の動作を制御することを特徴とする。

本発明によれば、感光体の温度と、感光体の流込み電流とに基づいて、感光体の感光層の膜厚を正確に判定することが可能になる。このことによって、常に感光体の使用寿命内において画像形成するとともに、安定した品質の画像を形成することが可能になる。

また、感光体の表面電位を検出する表面電位検出手段が、帯電手段と露光手段との間に配置されるので、帯電された後露光される前のタイミングで、感光体の表面電位を正確に検出することができる。

また、感光体の温度を検出する温度検出手段が、帯電手段よりも上流側かつ帯電手段の近傍に配置されるので、たとえば定着手段などの熱発生装置による温度影響を受けないところで、感光体の温度を正確に検出することができる。

また本発明によれば、表示手段には感光体の膜厚と限界膜厚との膜厚差に対応する画像形成可能枚数が表示されるので、感光体の交換時期を明確に知ることができる。

また本発明によれば、感光層の膜厚と限界膜厚とが等しくなるとき、表示手段には感光体の寿命が終了したことが表示されるので、寿命を超えて使用することが防止され、装置本体の故障および感光体まわりに設けられている各装置のダメージを抑止することが可能になる。

図１は本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を簡略化して示す図であり、図２は図１に示す画像形成装置１の全体外観を示す斜視図である。

画像形成装置１は、電子写真方式を用いるたとえば複写機であり、画像情報に対応する光によって露光されて表面に静電潜像が形成される感光体２と、感光体２のまわりに配置される以下の各手段、帯電手段３と、表面電位検出手段４と、露光手段５と、現像手段６と、転写手段７と、定着手段８と、除電手段９と、クリーニング手段１０と、電流検出手段１１と、温度検出手段１２と、さらに画像形成装置１の全体動作を制御する制御手段１３と、記憶手段１４と、表示手段１５とを含んで構成される。

画像形成装置１の全体構成では、大略、上記の装置主要部を含む画像形成部２１と、画像原稿が載置される原稿載置部２２を備える画像情報読取部２３と、画像形成部２１に対して記録媒体である記録紙１６を供給する用紙供給部２４と、画像形成された記録紙１６が排紙される排紙部２５とを含む。

感光体２は、図示しない駆動手段により、軸線まわりに回転駆動可能に支持されるローラ状部材である。感光体２は、円筒状の導電性基体と、導電性基体の表面上に積層されて形成される感光層とを有する。導電性基体としては、たとえばアルミニウム素管など、この分野で常用されるものを使用できる。感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層して形成される２層タイプであっても良く、また電荷発生物質と電荷輸送物質とを１つの層に含む単層タイプであっても良い。また感光層と導電性基体との間に下引層を有するものなど、種々のタイプのものを使用することができる。

帯電手段３は、感光体２の表面を一様な電位に帯電させる。本実施形態では、帯電手段３は、感光体２に対して接触して設けられる帯電ローラ３１と、帯電ローラ３１に電圧を印加する電圧印加手段３２とを含む。電圧印加手段３２は、制御手段１３に接続され、制御手段１３による動作指令に従って、帯電ローラ３１に対して電圧を印加し、該帯電ローラ３１を介して感光体２に対して表面電位を与える。

表面電位検出手段４は、帯電手段３と露光手段５との間に配置され、たとえば感光体２表面近傍の磁界の強さなどに基づいて感光体２の表面電位を検出する。露光手段５は、発光光源と、光走査系とを含み、画像情報読取部２３で読取られ、画像処理された画像情報に対応する光を、矢符３３で示すように感光体２の表面に照射し、かつ走査して感光層を露光し、静電潜像を形成する。

現像手段６は、現像剤であるトナーを収容するトナー収容容器３４と、感光体２を臨み回転自在に設けられる現像ローラ３５と、現像ローラ３５に接続されて現像ローラ３５に対して現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段３６とを含む。トナー収容容器３４は、感光体２を臨んで開口部を有し、その開口部から一部が露出する状態で感光体２を臨んで現像ローラ３５が設けられる。また、トナー収容容器３４内には、図示しないトナー撹拌ローラが設けられ、該トナー撹拌ローラの撹拌によってトナーが摩擦帯電されて現像ローラ３５に供給される。現像ローラ３５に供給されたトナーは、現像バイアス印加手段３６で現像ローラ３５に印加されるトナーと同極性の現像バイアスによって、感光体２の表面へ供給されて静電潜像を現像し、トナー像を形成する。

転写手段７は、本実施形態では転写ローラ３７と、転写ローラ３７に対して転写電圧を印加する転写電圧印加手段３８とを含む。転写ローラ３７は、感光体２に当接しかつ回転自在に設けられる。転写手段７は、用紙供給部２４から供給される記録紙１６を、転写ローラ３７と感光体２との当接部を通過するように搬送し、その搬送過程において、転写ローラ３７に転写電圧印加手段３８からトナーと逆極性の電圧を印加し、記録紙１６にトナー像を転写させる。なお記録紙１６は、不図示の搬送手段によって、露光手段５の露光に同期して、転写手段７に供給される。

定着手段８は、加熱ローラ８ａおよび加圧ローラ８ｂを含んで構成される熱圧着方式の定着手段であり、加圧ローラ８ｂが加熱ローラ８ａに圧接するようにして設けられる。加熱ローラ８ａは、不図示の加熱手段を備え、予め定められる温度に加熱される。トナー像が転写された記録紙１６は、定着手段８へ搬送され、加熱ローラ８ａと加圧ローラ８ｂとの圧接部を通過する際、加熱および加圧されてトナー像が定着される。トナー像が定着された記録紙１６は、搬送手段によって搬送されて排紙部２５へと排紙される。

除電手段９は、除電ランプなどによって構成され、記録紙１６に対してトナー像を転写した後、感光体２表面の電荷を除去する。クリーニング手段１０は、感光体２表面に残留するトナーを掻取ることによって、トナーを除去清掃する部材である。クリーニング手段１０は、感光体２の表面に当接して設けられるクリーニングブレード１０ａと、クリーニングブレード１０ａが装着され、クリーニングブレード１０ａが感光体２の表面から掻取った残留トナーを収容する回収容器１０ｂとを含む。

感光体２の温度を検出する温度検出手段１２は、感光体２の矢符３９で示す回転方向に関して帯電手段３の上流側であり、かつ帯電手段３の近傍に配置される。温度検出知手段１２は、たとえば、熱電対を用いた接触式温度センサまたはレーザもしくは赤外線により放射熱を計測する非接触温度センサなどを使用することができる。温度検出手段１２によって検出される感光体２の温度は、制御手段１３に入力される。

帯電手段３によって感光体２が帯電されることに伴い、感光体２の表面から感光体２の導電性基体に向って電流が流込む。電流検出手段１１は、前記感光体２の流込み電流（ドラム電流と呼ぶこともある）を検出する。電流検出手段１１は、導電性基体とグランドとを接続する回路中に設けられる電流計であり、制御手段１３におけるデータ処理の関係から、デジタル電流計であることが好ましい。電流検出手段１１によって検出される流込み電流は、制御手段１３に入力される。

制御手段１３は、中央処理装置（略称ＣＰＵ）などによって実現される処理回路である。記憶手段１４は、制御手段１３に付設され、たとえばリードオンリィメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）またはハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などによって実現されるメモリである。

記憶手段１４には、画像形成装置１全体の動作を制御するためのプログラム、動作条件に関するデータ等が予め格納されるとともに、詳細を後述する感光体２の温度と流込み電流とに対応して定まる感光体２の感光層の膜厚に関するデータ、感光体２の使用寿命として予め定められる限界膜厚、および感光体２の膜厚と限界膜厚との膜厚差に対応して定められる画像形成可能枚数に関するデータが格納される。ここで、画像形成可能枚数とは、感光体２の膜厚と限界膜厚との膜厚差が得られたとき、該膜厚差を有する感光体２を用いて、標準画像、たとえば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｐ０１３８に規定されるＡ４サイズの記録紙に印字比率５％以下で形成する画像に換算して、限界膜厚に至るまでの間に後何枚画像形成することができるかを意味する。

図３は、制御手段１３の制御動作に係る電気的構成を示すブロック図である。制御手段１３は、入力される情報に対応して装置の各部に対する動作指令を出力するとともに、演算など各種の処理を実行する。すなわち制御手段１３は、表面電位検出手段４によって検出される感光体２の表面電位が予め定める電位になるように帯電手段３による感光体２に対する帯電動作を制御するとともに、感光体２の表面電位が前記予め定める電位にある状態で、電流検出手段１１によって検出される感光体２の流込み電流と、温度検出手段６によって検出される感光体２の温度とに応じ、記憶手段１４から読出した感光層の膜厚に関するデータに基づいて感光層の膜厚を求める。また、制御手段１３は、前記のようにして求める感光体２の膜厚と、記憶手段１４に格納される限界膜厚との膜厚差を演算し、該膜厚差に対応する画像形成可能枚数を表示するように表示手段１５の動作を制御し、感光層の膜厚と限界膜厚とが等しくなるとき、感光体２の寿命が終了したことを表示するように表示手段１５の動作を制御する。

表示手段１５は、たとえば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）からなり、画像形成装置１を操作する操作者が、装置の電源操作、画像形成（印字）ジョブの画像形成枚数などの条件入力、画像形成ジョブ開始指令入力などの入力操作を行う操作部２６の近傍に設けられる。

以下、制御手段１３による感光体２の感光層の膜厚を求める動作について説明する。図４は、感光体２の温度と感光体２の流込み電流との関係を示す図である。なお、図４は、感光体２の表面電位を一定に保った場合における温度と流れ込み電流との関係を定性的に示すものである。

感光体２の流込み電流は、感光体２の感光層がある膜厚値を有するとき、温度が高くなるとともに電気的特性が変化して減少する。また感光体２の流込み電流は、温度がある値で一定のとき、感光体２の感光層の膜厚が減少するとともに増加する。したがって、画像形成装置に搭載する感光体の種類ごとに、図４に示すような温度と、流込み電流と、感光層の膜厚との関係を予め求めておき、その関係をテーブルデータとしてメモリ１４に格納しておき、次のような手順によって、任意の時点における感光体２の感光層の膜厚を求めることができる。

図５は、制御手段１３による感光体２の感光層の膜厚を求める動作を説明するフローチャートである。ステップａ１では、たとえば画像形成（印字）ジョブを実行するとき、表面電位検出手段４によって感光体２の表面電位を検出する。通常、画像形成動作を繰返すのに伴って感光体２の表面電位は、予め定める所定電位（Ｖ０）より低下しているので、ステップａ２では、制御手段１３が、表面電位検出手段４が検出する表面電位に応じて帯電手段３の動作を制御し、感光体２の表面電位が所定電位Ｖ０になるように調整する。ステップａ３では、感光体２の表面電位が所定電位Ｖ０である状態で、電流検出手段１１によって流込み電流を検出する。ステップａ４では、温度検出手段１２によって感光体２の温度を検出する。ステップａ５では、制御手段１３が、記憶手段であるメモリ１４から流込み電流と感光層の膜厚との関係についてのテーブルデータを読出し、流込み電流と感光体２の温度とに応じて、感光層の膜厚を求める。

本実施形態の画像形成装置１は、感光体２の感光層の膜厚を求めるにとどまらず、以下に説明する処理を実行することができる。図６は、制御手段１３の動作指令に基づく表示手段１５の表示動作を説明するフローチャートである。

ステップｂ１は、前述の図５に示すフローにおけるステップａ５の後に実行されるステップであり、制御手段１３は、メモリ１４から感光体２の使用寿命として予め定められる感光層の限界膜厚を読出す。ステップｂ２では、制御手段１３は、ステップａ５で求めた膜厚と、限界膜厚との差である膜厚差（＝感光層の膜厚−限界膜厚）を演算する。ステップｂ３では、制御手段１３が、膜厚差が零（０）以下であるか否かを判定する。すなわち制御手段１３は、感光層の膜厚が限界膜厚以下の厚さになったか否かを判定する。感光層の膜厚が限界膜厚以下であるときステップｂ４へ進み、感光層の膜厚が限界膜厚を超えるとき、ステップｂ５へ進む。

ステップｂ４では、感光層の膜厚が限界膜厚以下であるので、制御手段１３は、表示手段１５に動作指令を出力し、感光体２が使用寿命に達したこと、たとえば感光体２を交換するべきことを意味する表示を行う。このステップｂ４に至ると、感光体２が使用寿命に達し、そのまま画像形成ジョブを実行すると画像品質が低下したり、周辺装置を損なうおそれがあるので、一旦画像形成ジョブを終了し、感光体２を交換した後、画像形成ジョブを開始する。

一方、ステップｂ５では、感光層の膜厚が、未だ限界膜厚に達していないので、該膜厚差に対応する画像形成可能枚数をメモリ１４から読出す。ステップｂ６では、制御手段１３は、表示手段１５に動作指令を出力し、読出した画像形成可能枚数を表示させる。その後、図５に示すステップａ１へ戻り、以降のステップに進む。なお、現在の画像形成ジョブを実行中は、ステップａ１戻ることなく、一旦エンドへ進んで感光体２の膜厚検出に関する動作を終了しても良い。

このような制御手段１３による感光体２の感光層の膜厚を求める動作ならびに感光体２が寿命に至っているか否かの判定とその判定結果の表示および感光層の厚さと限界膜厚との膜厚差に対応する画像形成可能枚数を求めてそれを表示する動作は、画像形成ジョブが実行されている間は常に実行されても良く、また操作者によって指示される画像形成ジョブごとに実行されても良く、また感光体２が更新されるごとに画像形成の累積枚数を計数し、該累積枚数が予め定める値に達するごとに、たとえば千枚、二千枚に達するごとに実行されても良い。

本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を簡略化して示す図である。 図１に示す画像形成装置１の全体外観を示す斜視図である。 制御手段１３の制御動作に係る電気的構成を示すブロック図である。 感光体２の温度と感光体２の流込み電流との関係を示す図である。 制御手段１３による感光体２の感光層の膜厚を求める動作を説明するフローチャートである。 制御手段１３の動作指令に基づく表示手段１５の表示動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電手段
４ 表面電位検出手段
５ 露光手段
６ 現像手段
７ 転写手段
８ 定着手段
９ 除電手段
１０ クリーニング手段
１１ 電流検出手段
１２ 温度検出手段
１３ 制御手段
１４ 記憶手段
１５ 表示手段
１６ 記録紙
２１ 画像形成部
２２ 原稿載置部
２３ 画像情報読取部
２４ 用紙供給部
２５ 排紙部
２６ 操作部

Claims (3)

1. 導電性基体の表面上に積層されて形成される感光層を有し、画像情報に対応する光によって露光されて表面に静電潜像が形成される感光体を備える電子写真方式の画像形成装置において、
   感光体を帯電させる帯電手段と、
   感光体の表面電位を検出する表面電位検出手段と、
   帯電された感光体の表面を画像情報に対応する光によって露光する露光手段と、
   感光体の温度を検出する温度検出手段と、
   感光体の流込み電流を検出する電流検出手段と、
   感光体の温度と流込み電流とに対応して定まる感光体の感光層の膜厚に関するデータが予め格納される記憶手段と、
   表面電位検出手段によって検出される感光体の表面電位が予め定める電位になるように帯電手段による感光体に対する帯電動作を制御するとともに、感光体の表面電位が前記予め定める電位にある状態で、電流検出手段によって検出される感光体の流込み電流と、温度検出手段によって検出される感光体の温度とに応じ、記憶手段から読出した感光層の膜厚に関するデータに基づいて感光層の膜厚を求める制御手段とを含み、
   前記表面電位検出手段は、帯電手段と露光手段との間に配置され、
   前記温度検出手段は、感光体の回転方向に関して帯電手段の上流側であり、かつ帯電手段の近傍に配置され、
   前記制御手段は、画像形成ジョブが実行されているときに、感光層の膜厚を求めることを特徴とする画像形成装置。
2. 制御手段による表示動作指令に応答して情報を表示する表示手段をさらに含み、
   前記記憶手段が、さらに感光体の使用寿命として予め定められる感光層の膜厚である限界膜厚を格納するとともに、感光層の膜厚と限界膜厚との膜厚差に対応して定められる画像形成可能枚数に関するデータを格納し、
   制御手段は、
   感光層の膜厚と限界膜厚との膜厚差を演算し、該膜厚差に対応する画像形成可能枚数を表示するように表示手段の動作を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 制御手段は、
   感光層の膜厚と限界膜厚とが等しくなるとき、感光体の寿命が終了したことを表示するように表示手段の動作を制御することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。

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