(57)【要約】【課題】感光体表面の劣化状況を正確に識別できる画像形成装置を提供する。【解決手段】２つの作像条件でトナー付着パターンを２つ作像し、光反射型フォトセンサ１０によりそれぞれのトナー付着パターンにおいてトナー付着部の光学濃度値Ｖｓｐ１、Ｖｓｐ２と感光体１の地肌部の光学濃度値Ｖｓｇ１、Ｖｓｇ２を検出し、トナー付着部の光学濃度値と地肌部の光学濃度値の比Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１及びＶｓｐ２／Ｖｓｇ２を求め、［Ｖｓｐ２／Ｖｓｇ２］−［Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１］の値が所定値（０．２）を超えた場合には感光体１が劣化していると判断する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体上に書き込み露光してトナー付着パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーにて作像する現像手段と、前記像担持体上の光学濃度を検出する光学的検出手段とを備え、前記光学的検出手段による検出値は必要に応じて前記光学的検出手段の発光光量を調整することで所定値に設定できるようになされた画像形成装置において、複数の作像条件で前記トナー付着パターンを複数作像し、前記光学的検出手段によりそれぞれの前記トナー付着パターンにおいてトナー付着部の光学濃度値と前記像担持体の地肌部の光学濃度値を検出し、前記トナー付着部の光学濃度値と前記地肌部の光学濃度値の比を求め、作像条件が異なることに伴う前記比の変化量が所定値を超えた場合に前記像担持体が劣化していることを警告するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１において、現像バイアス電圧を変化させて複数のトナー付着パターンを作像することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１において、帯電印加電圧を変化させて複数のトナー付着パターンを作像することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１において、書き込み露光出力を変化させて複数のトナー付着パターンを作像することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを利用する画像形成装置に係り、詳しくは像担持体上の光学濃度を検出する光学的検出手段を搭載した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置は、像担持体としての感光体を帯電器により均一に帯電させて、露光装置で潜像を形成し、この静電潜像を現像器によりトナー像を形成して、転写装置により転写紙などに転写している。
一般的に、感光体には帯電ローラー、転写ローラー、現像剤、現像入口シール、クリーニングブレード、クリーニングブラシなどが接触しており、感光体が回転することでその表面は徐々に磨耗していく。　また、転写工程においては各種の転写紙が接触するため、炭酸カルシウムやシリカ等の様々な紙の添加物が感光体表面に付着する。更に、現像工程後から転写工程ないし感光体クリーニング工程までは感光体表面にトナーが付着しているので、トナー中に含まれるシリカ、酸化チタン、ワックスなどの物質も付着する。
このような感光体表面の劣化、異物付着が画質劣化を招く大きな要因となるので、感光体表面の光学濃度、つまり感光体の地肌部の光学濃度値を光反射型フォトセンサで検出することで感光体表面の劣化状態を検出するという技術が一般に利用されている。
光反射型フォトセンサを用いた場合は、その表面が飛散したトナーなどで汚れ、センサ感度の低下が問題となるので、汚れをつき難くするために取付位置を工夫したり、送風機構や自動清掃機構を備えるなどして感度低下をできるだけ抑えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような汚れ対策を採用しても、反射型フォトセンサへの異物等の付着によるセンサ感度の経時劣化を完全に防止することはできない。そのため、センサ感度の低下に伴い感光体の地肌部の光学濃度値が低下し、感光体表面の状態に関わらず、感光体表面が劣化したと判断してしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、反射型フォトセンサ表面が汚れてセンサ感度が低下しても感光体表面の劣化状況を正確に識別できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、像担持体を帯電させる帯電手段と、前記像担持体上に書き込み露光してトナー付着パターンの静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像をトナーにて作像する現像手段と、前記像担持体上の光学濃度を検出する光学的検出手段とを備え、前記光学的検出手段による検出値は必要に応じて前記光学的検出手段の発光光量を調整することで所定値に設定できるようになされた画像形成装置において、複数の作像条件で前記トナー付着パターンを複数作像し、前記光学的検出手段によりそれぞれの前記トナー付着パターンにおいてトナー付着部の光学濃度値と前記像担持体の地肌部の光学濃度値を検出し、前記トナー付着部の光学濃度値と前記地肌部の光学濃度値の比を求め、作像条件が異なることに伴う前記比の変化量が所定値を超えた場合に前記像担持体が劣化していることを警告するようにした画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１において、現像バイアス電圧を変化させて複数のトナー付着パターンを作像する画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１において、帯電印加電圧を変化させて複数のトナー付着パターンを作像する画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１において、書き込み露光出力を変化させて複数のトナー付着パターンを作像する画像形成装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す画像形成装置１００の概略構成図である。まず、画像形成装置１００の画像形成工程の概略について説明する。
図１において、像担持体としての感光体１は矢印Ａ方向に図示しないモータの駆動力によって回転させられ、帯電手段としての帯電器３によって感光体１の表面は一様に帯電される。一方、図示しないコンタクトガラス上の原稿を図示しない読み取り装置によって読み取り、静電潜像形成手段としての露光器４により感光体１の表面上を露光し、読み取り出力に応じた静電潜像を形成する。
そして、現像手段としての現像部１２の現像ローラー１５により静電潜像にトナーを付着し顕像化する。感光体１上の顕像化されたトナー像は感光体１にタイミングを合わせて回転する転写ベルト２８に一旦転写される。次に、転写ベルト２８を含む転写工程によって図示しない本体給紙部から給紙されてきた転写紙に転写され、図示しない定着工程を経てトナー像が転写紙に定着され、排紙される。
一方、転写後に感光体１上に残留したトナーは、クリーニングユニット１１のクリーニングブレード１１ａ等によって感光体１上から取り除かれ、回収される。また、感光体１上の残留電位は、除電ランプ２により消去され、新たな画像を形成するのに備える。
画像形成装置１００の制御は、ＣＰＵ２１、Ｉ／Ｏ部２４、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等とで構成される制御系によって行われ、マイクロプロセッサを有するＣＰＵ２１が制御の中心的役割を担っている。
ＣＰＵ２１はタイミングを合わせて各部に動作指示を与えたり、各部に動作異常が発生していないかチェックを行って、制御異常と判断すれば動作停止指令を出す。ＲＡＭ２３は、各種データの記憶に使用したり、ＣＰＵ２１のマイクロプロセッサの計算結果の一時記憶に用いたりする。ＲＯＭ２２は、決められたフォントや特殊記号の記憶に用いたり、マイクロプロセッサのプログラム格納場所に使用される。
また、Ｉ／Ｏ部２４は、ＣＰＵ２１とＣＰＵ２１からの指令で動作する各動作部との間に在って、ＣＰＵ２１からの指令を一旦ここで受け、指令先が動作できる状態を待って各動作部に制御信号等を伝える。逆に、各動作部の動作状態をＩ／Ｏ部２４で一旦受け、ＣＰＵ２１に伝え、次ぎの動作の判断を仰ぐことになる。
【０００６】
ここで、Ｉ／Ｏ部２４と繋がる各動作部について説明する。図１に示すように、Ｉ／Ｏ部２４には電位センサ６、電位部２５、露光器４、光反射型フォトセンサ１０、現像バイアス電源１９、トナー濃度検知センサ２０及びトナー供給ローラー１８が繋がれている。
電位センサ６は、帯電器３及び露光器４によって感光体１の表面が正常に帯電されているか否かを測定し、測定値をＩ／Ｏ部２４経由でＣＰＵ２１に伝え、ＣＰＵ２１の判断の結果、表面電位が目標値と違うと判断されれば、逆にＩ／Ｏ部２４経由で目標値の電位とする為の制御指令を出す。制御指令は電位部２５に送られ、電位部２５からは指示された電圧が帯電器３へ印加される。
光反射型フォトセンサ１０は、感光体１に向けて光を照射する発光素子と感光体１からの反射光を受光する光電変換素子とから構成された光学的検出手段であり、後述するトナーの濃度制御及び感光体表面の劣化状態識別のために用いられている。これにより、感光体１表面の光学濃度値を検出し、検出値はＩ／Ｏ部２４経由でＣＰＵ２１に送られる。
現像バイアス電源１９は、現像ローラー１５に所定の現像バイアスを付与するためのもので、ＣＰＵ２１と連携して動作する。例えば、ＣＰＵ２１に送られてきたトナー付着パターンの濃度がＲＯＭ２２等に保持されている目標濃度値と異なると判断すれば、現像バイアス電源１９へフィードバックして現像ローラー１５の現像バイアスを変更して画像濃度を目標値にあわせる。
さらに、現像部１２の現像器１４内には、トナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ２０が設けられており、その検出値がＩ／Ｏ部２４経由でＣＰＵ２１に送られ、ＣＰＵ２１で目標のトナー濃度になっているか否かが判断される。
例えば、目標のトナー濃度よりも薄ければ、ＣＰＵ２１はＩ／Ｏ部２４経由でトナー供給用のトナー供給ローラー１８に一定時間回転指令を出す。トナー供給ローラー１８の回転によってトナー供給部１７内のトナーが、一定量現像器１４内に補給され、トナー濃度が段々濃くなって目標に達すると、トナー補給の動作が中止する。
【０００７】
ここで、トナーの濃度制御及び感光体表面の劣化状態識別についての説明にあたり、まず、光反射型フォトセンサ１０のキャリブレーションについて説明する。ここで言うキャリブレーションとは光反射型フォトセンサ１０の検出結果が基準とする値に等しくなるように光反射型フォトセンサ１０の発光光量を調整することを指す。キャリブレーションを実施する理由は、光反射型フォトセンサ１０の検知面が飛散トナーなどの汚れによってセンサ感度が低下して検出値が変動（低下）してしまう場合があるからである。
キャリブレーション実施時の動作としては、まず、感光体１を回転駆動させた状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、感光体１の表面に非画像領域を作る。この領域で光反射型フォトセンサ１０の発光素子を発光し、光電変換素子で感光体１からの反射光を受光する。ここで、光反射型フォトセンサ１０の検出値Ｖｓｇが４．０Ｖとなるように、光反射型フォトセンサ１０の発光素子に流れる電流値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。なお、ＰＷＭ制御値は２５６データで表され、通常は新品感光体の使用時に７０〜７５に設定されている。
【０００８】
次に、トナー濃度制御では、まず、感光体１上に帯電印加電圧：−２００Ｖ、現像バイアス電圧：−４５０Ｖの作像条件でトナー付着パターンを作像する。トナー付着パターンの作像は画像形成動作を除く所定のタイミングで不定期に行われる。そして、キャリブレーション時に設定されたＰＷＭ制御値が光反射型フォトセンサ１０の発光素子に与えられ、トナー付着パターンのトナー付着部に対する検出値Ｖｓｐ１とこのときの感光体１の地肌部に対する検出値Ｖｓｇ１の比Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１が所定値を超えているか否かを確認し、トナー付着パターンのトナー付着量が適切であるか否かを判断する。
上述のように−２００Ｖの帯電印加電圧を与えると、図２のように感光体表面電位ＶＬは−１５０Ｖとなり、この部分に現像バイアス電圧ＶＢ：−４５０Ｖ▲１▼を印加することで、−３００Ｖの現像ポテンシャル電圧を得て、トナー付着パターンが現像されることになる。
【０００９】
図３は現像ポテンシャルとトナー付着量の関係を示している。図から分かるように、トナー付着量は現像ポテンシャルの増加に伴って増加する。上述の現像ポテンシャル電圧−３００Ｖは通常の黒色原稿の現像ポテンシャル電圧：−５００Ｖの６割に設定し、トナー付着量を０．４ｍｇ／ｃｍ２として黒ベタ部に比べて少なくし、光反射型フォトセンサ１０の高感度領域を使うようにしている。
このトナー濃度制御では、例えば、トナー付着パターンのトナー付着部のトナー量が少ない場合には反射する光量が多くなり、光反射型フォトセンサ１０の受光素子で検出する光量が増えることによって光反射型フォトセンサ１０の検出値Ｖｓｐ１の値が大きくなる。これに伴ってＶｓｐ１／Ｖｓｇ１が所定値を超えた場合にはトナー補給が行われ、現像能力を高くする。すなわちトナー濃度を高める。このようにして感光体１上に付着するトナー量を一定に維持することで、画像濃度を一定に保っている。
【００１０】
次に、感光体表面の劣化状態識別方法について説明する。この画像形成装置１００では、トナー付着量の変化に伴うセンサ検出値の変化量が新品の感光体と劣化した感光体とでは異なることに着目し、それを感光体の劣化状態の識別に利用している。
図４は光反射型フォトセンサ１０のトナー付着部に対する検出値とトナーの付着量の関係を示したものである。同図において、新品の感光体では、トナー付着量の低下に伴って検出値も低下し、実線で示すような曲線を描く。一方、点線で示す劣化した感光体の曲線では同様にトナー付着量の低下とともに検出値も低下するが、前者に比べ緩やかな曲線となる。これは感光体劣化における特有の現象である。
図から分かるように、トナー付着量が例えば、０．２〜０．４ｍｇ／ｃｍ２の領域ではトナー付着量の増加に伴うフォトセンサ出力の低下量が新品感光体に比べて劣化感光体の方が大きくなっている。この例では、上述の領域（０．２〜０．４ｍｇ／ｃｍ２）に着目し、図４において０．２ｍｇ／ｃｍ２及び０．４ｍｇ／ｃｍ２に対応する現像ポテンシャル電圧を参考にして、２つの作像条件を設定している。
第１の作像条件はトナー濃度制御の説明で示した帯電印加電圧：−２００Ｖ、現像バイアス電圧：−４５０Ｖであり（図２▲１▼）、第２の作像条件は帯電印加電圧：−２００Ｖ、現像バイアス電圧：−３００Ｖ（図２▲２▼）から現像ポテンシャル電圧を−１５０Ｖとし、通常のトナー濃度制御時に比べてトナー付着量を少なくしている。なお、図３から分かるように、このときのトナー付着量は０．２ｍｇ／ｃｍ２である。なお、第２の作像条件によるトナー付着パターンの作像もトナー濃度制御時と同様に画像形成動作を除く所定のタイミングで不定期に行われる。
次に、トナー濃度制御時に設定されたＰＷＭ制御値が光反射型フォトセンサ１０の発光素子に与えられ、トナー付着パターンのトナー付着部に対する検出値Ｖｓｐ２とこのときの感光体１の地肌部に対する検出値Ｖｓｇ２の比Ｖｓｐ２／Ｖｓｇ２を得る。
そして、比Ｖｓｐ２／Ｖｓｇ２とトナー濃度制御時に得た比Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１を比較して、次式のような関係があるときに感光体１の表面が劣化していると判断する。
［Ｖｓｐ２／Ｖｓｇ２］−［Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１］＞０．２
上式が満足されたときには、感光体１が劣化している旨を装置本体の図示しない操作部にこの例では「感光体を交換してください」という表示をして感光体交換を促すように設定されている。
【００１１】
なお、この例では、感光体１の表面が劣化していると判断すると、反射型フォトセンサ１０によるトナー濃度制御を中止し、一定量のトナーしか補給しない定量トナー補給モードに切り替わるようになっている。
したがって、画像形成装置１００では、トナー付着量の変化に伴うトナー付着部からの光反射型フォトセンサ１０の検出値の変化量が新品感光体と劣化感光体とでは異なるという特性を利用して感光体１の劣化状態を識別するので、飛散トナーなどの汚れによってセンサ感度が低下しても感光体１の表面の劣化状況を正確に識別することができる。また、トナー濃度制御用の光反射型フォトセンサ１０を感光体１の表面の劣化状態識別にも利用しているので、従来部品コストを維持しながら感光体１の表面の劣化状態識別を実現できる。
なお、この実施の形態ではトナー付着量を変える方法、すなわちトナー付着パターンの現像ポテンシャル電圧を変える方法として現像バイアス電圧を変化させた例を示したが、この他に、帯電印加電圧を変えてトナー付着パターンの感光体表面電位を変化させたり、トナー付着パターンへの露光量を変えることによって感光体表面電位を変化させる方法を用いてもよい。
例えば、図５▲１▼に示すように、第１の作像条件として感光体表面電位ＶＬ：−１５０Ｖ、現像バイアス電圧ＶＢ：−４５０Ｖを印加して−３００Ｖの現像ポテンシャル電圧を得た図２▲１▼と同様の作像条件によってトナー付着パターンを作像し、次に、第２の作像条件として帯電印加電圧を変えてトナー付着パターン部分の感光体表面電位ＶＬが−３００Ｖとなるような作像条件によってトナー付着パターンを作像する。図５▲２▼に示すように、第２の作像条件では現像バイアス電圧ＶＢ：−４５０Ｖとの組合せで、現像ポテンシャル電圧として−１５０Ｖが得られる。
【００１２】
また、図６のように、第１の作像条件としてトナー付着パターンの帯電印加電圧を通常の画像形成時と同様に−１６００Ｖ（感光体表面電位ＶＤ：−９００ｖ）として、トナー付着パターンのみ露光するパターン電位形成方法において、露光強度を１５０μＷから１００μＷに変更することで、トナー付着パターンの第１の作像条件としての感光体表面電位ＶＬが−１５０Ｖ（図６▲１▼）から第２の作像条件としての−３００Ｖ（図６▲２▼）に変化して、現像バイアス電圧ＶＢ：−４５０Ｖとの組合せで、現像ポテンシャル電圧として−１５０Ｖが得られる。
また、反射型フォトセンサ１０によるトナー濃度制御を中止した場合には、定量トナー補給モードに切り替わることを説明したが、現像剤中のトナー濃度を直接検出するトナー濃度検知センサを用いた制御手段を実行することで対応するようにしてもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４によれば、トナー付着量の変化に伴うトナー付着部からの光学的検出手段の検出値の変化量が新品の像担持体と劣化した像担持体とでは異なるという特性を利用して像担持体の劣化状態を識別するので、飛散トナーなどの汚れによって光学的検出手段の感度が低下しても像担持体表面の劣化状況を正確に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置１００の概略構成図である。
【図２】２つの作像条件（現像バイアス電圧）を示す図である。
【図３】現像ポテンシャルとトナー付着量の関係を示す図である。
【図４】感光体上のトナー付着量とセンサ出力の関係を示す図である。
【図５】２つの作像条件（感光体表面電位）を示す図である。
【図６】２つの作像条件（露光強度）を示す図である。
【符号の説明】
１　感光体、２　除電ランプ、３　帯電器、４　露光器、６　電位センサ、１０　光反射型フォトセンサ、１１　クリーニングユニット、１１ａ　クリーニングブレード、１２　現像部、１４　現像器、１５　現像ローラー、１７　トナー供給部、１８　トナー供給ローラー、１９　現像バイアス電源、２０　トナー濃度検知センサ、２１　ＣＰＵ、２２　ＲＯＭ、２３　ＲＡＭ、２４　Ｉ／Ｏ部、２５　電位部、２８　転写ベルト、１００　画像形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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