JP2005258309A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電開始電圧検知時におけるトナー及びキャリアの像担持体表面への流出を防止することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電ローラ１８により感光体ドラム１６表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、各レベルに応じて帯電電源５６により生成された各帯電電圧に応じた感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈを検出するように電流検出部６２を制御し、これにより検出された表面電位Ｖｈ及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを検知すると共に、当該放電開始電圧Ｖｔｈの検知を行なう際に、現像器２２の作動を禁止するように制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、直流電圧と交流電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電部材により像担持体表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該像担持体に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像手段によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧を検知して、当該放電開始電圧に応じて交流電圧のピーク間電圧の設定を行なう画像形成装置に関するものである。

従来、レーザプリンタやファクシミリ装置、複写機等の画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラムを備え、感光体ドラムの表面を均一に帯電させ、その後に画像データに基づく光ビームを照射して感光体ドラム上に静電潜像を形成し、トナーを用いて静電潜像を現像し、感光体ドラム上で現像された画像を記録媒体に転写して画像を形成するものがあった。

この種の画像形成装置では、感光体ドラム上の現像済みの画像を転写する際に、全てのトナーを転写させることができず、転写後の感光体ドラム上には、トナーがわずかに残留する（転写残トナー）。

また、一旦記録媒体に転写されたものの、再び感光体ドラムに付着するトナー（リトランスファートナー）も存在する。なお、カラー画像の形成に対応した画像形成装置では、異なる色の画像を重ねて転写することによってカラー画像を得るため、転写時に、既に転写済みの他色のトナーが感光体ドラム上に付着することもある。

このような、転写後に感光体ドラム上に付着しているトナーは、感光体ドラムの周囲に設けられる帯電器や露光装置に付着したり、現像器に混入することがあり、以後の良好な画像形成を妨げることになる。

このため、感光体ドラムの周囲には、転写位置の下流側に感光体ドラム上のトナーを回収する機構及び回収したトナーを廃棄する機構を備えたクリーナが配設されるのが一般的であった。

しかしながら、近年、このような画像形成装置の普及に伴ない、装置の低廉化、小型化が望まれており、上述したクリーナを簡略化させることが提案されている（クリーナレスシステムとも言われている）。

すなわち、トナーを廃棄する機構には、廃棄トナーの貯留スペースや廃棄作業用のスペースの確保等が必要である。よって、当該機構を省くことで、装置を効率よく小型化させることができる。なお、複数の感光体ドラムを備え、カラー画像に対応した画像形成装置においては、当該クリーナが各感光体の数だけ設けられているので、クリーナの簡略化は装置の小型化に特に有効である。

ところで、画像形成装置では、感光体ドラムを均一に帯電させるべく、接触型の帯電器を用い、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加して帯電させるようにしているものがある。これにより、感光体ドラムを均一に帯電させることができるものの、感光体ドラム表面に対する放電によるイオンの衝突回数が増加して、感光体ドラムの劣化が早くなる。

また、放電により放電生成物が発生して感光体ドラムの表面に付着し、空気中の湿気を吸収して感光体ドラム表面上における像流れの原因となる。

上述したクリーナレスシステムが適用された画像形成装置においては、感光体ドラムの表面が研磨されることがなく、これによって感光体ドラムの表面に放電生成物が堆積し、高湿度環境下では像流れが発生し易くなるので、当該放電生成物の発生を抑制する必要がある。

そこで、従来、放電による感光体への放電生成物の付着を低減しつつ、均一な帯電を行なうことを目的として、感光体の正規の帯電期間に先立つ期間で、帯電部材に対して所定の直流電圧成分Ｖ_DCを重畳した少なくとも３つ以上の異なるピーク間電圧Ｖ_PPの交流電圧成分Ｖ_ACを順次印加しながら感光体の表面電位を電位検知手段で順次検知し、帯電器の帯電特性を計測し、放電生成物の発生を最小限に抑えることができる補正ピーク間電圧Ｖ_CONTを求め、正規の帯電期間に、Ｖ_CONTにＶ_DCを重畳した電圧を印加する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年、帯電部材により帯電された感光体の表面電位を、感光体に直接もしくは所定の中間媒体を介して接触し、感光体上の電荷に起因して流れる電流を測定し、測定した電流に基づいて放電が開始されるピーク間閾値電圧（放電開始電圧）を検出し、放電開始電圧に応じて帯電部材に供給する電力を制御することも提案されている。
特開平９−１８５２１９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、補正ピーク間電圧検知時にも現像器を回転させているため、感光体の表面電位が所望の電位（画像形成時の電位）とは異なるため、トナー及びキャリアが感光体上に流出してしまう場合がある、という問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、放電開始電圧検知時におけるトナー及びキャリアの像担持体表面への流出を防止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。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、直流電圧と交流電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電部材により像担持体表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該像担持体に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像手段によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧を検知して、当該放電開始電圧に応じて交流電圧のピーク間電圧の設定を行なう画像形成装置であって、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を生成する生成手段と、前記像担持体の表面電位を検出するための検出手段と、前記交流電圧の前記ピーク間電圧が予め定められた複数のレベルとなるように前記生成手段を制御すると共に、このとき各レベルに応じて前記生成手段により生成された各帯電電圧に応じた前記像担持体の表面電位を検出するように前記検出手段を制御し、これにより検出された表面電位及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧を検知する電圧検知手段と、前記電圧検知手段により前記放電開始電圧の検知を行なうように制御すると共に、当該放電開始電圧の検知を行なう際に、前記現像手段の作動を禁止するように制御する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載の発明は、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧が生成手段により生成され、電圧検知手段により、前記交流電圧の前記ピーク間電圧が予め定められた複数のレベルとなるように前記生成手段が制御されると共に、このとき前記像担持体の表面電位を検出するための検出手段が、各レベルに応じて前記生成手段により生成された各帯電電圧に応じた前記像担持体の表面電位が検出されるように制御され、これにより検出された表面電位及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧が検知される。

なお、上記検出手段としては、像担持体の表面電位を直接測定する電位センサや、表面電位を導出するための物理量（像担持体と接触する部材（帯電部材を除く）等との間に流れる電流値等）を検出するセンサ等を適用することができる。

ここで、本発明では、制御手段により、前記電圧検知手段により前記放電開始電圧の検知を行なうように制御されると共に、当該放電開始電圧の検知を行なう際に、前記現像手段の作動を禁止するように制御される。

すなわち、放電開始電圧の検知を行なう際に、放電開始電圧の検知を行なう際に現像手段の作動が禁止されるので、生成手段により生成される交流電圧の前記ピーク間電圧が予め定められた複数のレベルとなるように制御されることにより、像担持体の表面電位が所望の電位（画像形成時の電位）と異なっても、トナー及びキャリアの像担持体上への流出を防止することができる。

このように、請求項１記載の発明によれば、直流電圧と交流電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電部材により像担持体表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該像担持体に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像手段によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧を検知して、当該放電開始電圧に応じて交流電圧のピーク間電圧の設定を行なうに際し、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を生成する生成手段と、前記像担持体の表面電位を検出するための検出手段と、を備え、前記交流電圧の前記ピーク間電圧が予め定められた複数のレベルとなるように前記生成手段を制御すると共に、このとき各レベルに応じて前記生成手段により生成された各帯電電圧に応じた前記像担持体の表面電位を検出するように前記検出手段を制御し、これにより検出された表面電位及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧を検知すると共に、当該放電開始電圧の検知を行なう際に、前記現像手段の作動を禁止するように制御するようにしているので、放電開始電圧検知時におけるトナー及びキャリアの像担持体表面への流出を防止することができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記制御手段により、前記像担持体及び前記帯電部材の少なくとも一方が交換された場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御するようにしてもよい。

さらに、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記制御手段により、画像形成を行なう際の画像形成速度が変更された場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御するようにしてもよい。

さらに、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記像担持体周辺の温度情報及び湿度情報の少なくとも一方を含む環境情報を取得する環境情報取得手段を更に備え、前記制御手段により、前記環境情報取得手段により取得された環境情報が変化した場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御するようにしてもよい。

以上説明した如く本発明によれば、直流電圧と交流電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電部材により像担持体表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該像担持体に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像手段によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧を検知して、当該放電開始電圧に応じて交流電圧のピーク間電圧の設定を行なうに際し、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を生成する生成手段と、前記像担持体の表面電位を検出するための検出手段と、を備え、前記交流電圧の前記ピーク間電圧予め定められた複数のレベルとなるように前記生成手段を制御すると共に、このとき各レベルに応じて前記生成手段により生成された各帯電電圧に応じた前記像担持体の表面電位を検出するように前記検出手段を制御し、これにより検出された表面電位及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧を検知すると共に、当該放電開始電圧の検知を行なう際に、前記現像手段の作動を禁止するように制御するようにしているので、放電開始電圧検知時におけるトナー及びキャリアの像担持体表面への流出を防止することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。

図１には、本実施の形態に係る画像形成装置１０の構成が概略的に示されている。同図に示されるように、画像形成装置１０には、複数の巻きかけローラ１２に張架され、モータ（図示省略）の駆動により矢印Ｅ方向に搬送される無端ベルト状の中間転写体ベルト１４の長手方向に沿って、複数の画像形成ユニット１５（詳細は後述する）が配設されている。

なお、本実施の形態における画像形成装置１０は、カラー画像の形成にも対応しており、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応するトナー像を形成する画像形成ユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋがそれぞれ配設されている。以下、各色毎に設けられた部材については、符号の末尾に各々の色を示すアルファベット（Ｙ／Ｍ／Ｃ／Ｋ）を付与して示すが、特に色を区別せずに説明する場合は、この符号末尾のアルファベットを省略して説明する。

各画像形成ユニット１５により形成された互いに異なる色のトナー像は、中間転写体ベルト１４のベルト面上で、互いに重なり合うように中間転写体ベルト１４に各々転写される。これにより、中間転写体ベルト１４上にカラーのトナー像が形成される。なお、本実施の形態では、このようにして４色のトナー像が重ねて転写されたトナー像を最終トナー像と称する。

４つの画像形成ユニット１５よりも中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、対向する２つのローラ２６Ａ、２６Ｂからなる転写装置２６が配設されている。中間転写体ベルト１４上に形成された最終トナー像は、このローラ２６Ａ、２６Ｂの間に送り込まれ、画像形成装置１０の底部に設けられた用紙トレイ２９から取り出されて、同じくローラ２６Ａ、２６Ｂの間に搬送されてきた用紙２８に転写される。

また、最終トナー像が転写された用紙２８の搬送経路には、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂとからなる定着装置３０が配設されている。定着装置３０に搬送された用紙２８は、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂとによって挟持搬送されることにより用紙２８上のトナーが溶融すると共に用紙２８に圧着されて、定着される。これにより、用紙２８上に所望の画像（カラー画像）が形成される。画像が形成された用紙２８は装置外へ排出される。

一方、転写装置２６よりも中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、転写装置２６によって用紙２８に転写されずに中間転写体ベルト上に残留したトナーを回収するクリーナ３２が配設されている。クリーナ３２には、中間転写体ベルト１４に接するようにブレード３４が備えられており、残留したトナーを擦り取ることによって回収する。

なお、画像形成ユニット１５の中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、中間転写体ベルト１４上の画像形成領域以外の所定位置に転写されたトナーの濃度検出等を行なうセンサユニット３６が設けられている。

図２には、画像形成ユニット１５の構成が示されている。なお、各画像形成ユニット１５の構成は同様であるので、ここでは各々の色を示す末尾の符号を省略して説明する。

同図に示されるように、画像形成ユニット１５は、中間転写体ベルト１４に接するように配設され、矢印Ｆ方向に所定速度で回転する感光体ドラム１６を備えている。

各感光体ドラム１６の周面には、感光体ドラム１６を帯電させるための帯電ローラ１８が配置されている。帯電ローラ１８は、導電性のローラであり、その周面が感光体ドラム１６の周面に接触し、かつ帯電ローラ１８の軸線方向と感光体ドラム１６の軸線方向とが一致するように配設されている。

帯電ローラ１８には、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された所定の電圧（本実施の形態では、ＤＣ電圧−５００Ｖ）が印加され、感光体ドラム１６の回転に追従するように回転しながら、感光体ドラム１６の表面を所定の電位（本実施の形態では、約−５００Ｖ）に一様に帯電させる。

また、各感光体ドラム１６の回転方向Ｆの帯電ローラ１８よりも下流側の周面には、感光体ドラム１６上に静電潜像を形成するための露光器２０が備えられている。露光器２０は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）が配列されたＬＥＤアレイを含んで構成されており、帯電ローラ１８により一様に帯電された感光体ドラム１６の軸線方向に、画像データに基づく光ビームを走査しながら照射する。露光器２０により光ビームが照射された領域の電位は上昇し（本実施の形態では、約−２００Ｖ）、感光体ドラム１６上に静電潜像が形成される。

さらに、各感光体ドラム１６の回転方向Ｆの露光器２０よりも下流側の周囲には、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像を所定色（イエロー／マゼンタ／シアン／ブラック）のトナーによって現像してトナー像を形成させる現像器２２が配設されている。なお、本実施の形態では、負極性であるトナー及び正極性であるキャリアの二成分を含む現像剤が適用されている。また、現像効率及び後述する転写効率を向上させるためには、トナーの粒状は球形であることが好ましい。

現像器２２は、同図に示されるように、感光体ドラム１６に近接配置された現像ローラ３８及びブレード４０を含んで構成されている。現像ローラ３８は、感光体ドラム１６の表面と同極性（本実施の形態では、負極性）に帯電され、現像器２２内に装填された正極性のキャリアによってトナーが周面に付着される。また、現像ローラ３８は、感光体ドラム１６の回転方向Ｆと同じ方向（図中矢印Ｇの方向）に回転駆動され、現像ローラ３８に余分に付着したトナーがブレード４０によって落とされて現像ローラ３８に均一に付着される。

現像ローラの回転方向Ｇの回転により、現像ローラ３８に付着されたトナーが感光体ドラム１６の表面に搬送され、感光体ドラム１６の表面とトナーとが逆方向に移動される。これにより、トナーが感光体ドラム１６に擦りつけられるので、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像が効率よく現像される。

なお、感光体ドラム１６の露光されていない部位の表面電位Ｖｈを−５００Ｖ、露光された部位の表面電位Ｖｌを−２００Ｖとすると、現像ローラ３８にバイアス電圧をかけて現像ローラ３８の表面電位Ｖｄｅｖｅを−４００Ｖにした場合、現像ローラ３８に付着していたトナーは感光体ドラム１６上の露光された部位に付着する。よって、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像は、反転現像される。

また、各感光体ドラム１６の回転方向Ｆの現像器２２よりも下流側の周囲には、各感光体ドラム１６上のトナー像を中間転写体ベルト１４に転写する転写ローラ２５が備えられている。転写ローラ２５は、矢印Ｈで示す方向に回転して中間転写体ベルト１４を所定の速度で搬送して感光体ドラム１６に順次対向させる。また、転写ローラ２５は、正極性に帯電され、感光体ドラム１６上のトナーを中間転写体ベルト１４上に転写させる。

ここで、転写ローラ２５では、感光体ドラム１６上の全てのトナーを中間転写体ベルト１４に転写させることはできず、転写ローラ２５を通過した感光体ドラム１６上には、トナーがわずかに残留する（転写残トナー）。

また、転写ローラ２５によって極性がプラスに反転され、感光体ドラム１６上に再び付着するトナー（リトランスファートナー）も存在する。なお、転写ローラ２５を通過する際に、中間転写体ベルト１４上に他色のトナー像が既に転写されている場合には、リトランスファートナーには、他色のトナーも含まれる。

そこで、感光体ドラム１６の周面の転写ローラ２５よりも下流側には、感光体ドラム１６上の転写残トナー又はリトランスファートナーを一時的に保持するクリーニングロール２４が配置されている。クリーニングロール２４は、表面に導電性のブラシ毛が植毛されており、当該ブラシ毛が感光体ドラム１６と接触するように配設されており、ブラシ毛が帯電されると共に、回転駆動されるようになっている。

クリーニングロール２４は、画像形成が行なわれている期間は負極性（本実施の形態では、−５００Ｖ）に帯電されると共に、感光体ドラム１６の回転方向と同方向に回転される。これにより、感光体ドラム１６の表面に付着している正極性のリトランスファートナーをブラシ毛に吸着させて回収する。

なお、負極性の転写残トナーについては、クリーニングロール２４では回収されず、感光体ドラム１６上に付着したまま感光体ドラム１６に対する帯電及び露光が行なわれ、感光体ドラム１６の非画像部に付着している転写残トナーについては、現像器２２の現像ローラ３８に付着したキャリア及びトナーとの摺擦により現像器２２内に回収される。

クリーニングロール２４によって回収されたリトランスファートナーは、ジョブが終了した場合等の非画像形成時に実行されるクリーニングモードによって、感光体ドラム１６上に吐き出される。

クリーニングモードでは、クリーニングロール２４は正極性（本実施の形態では、＋５００Ｖ）に帯電されると共に、感光体ドラム１６の回転方向とは異なる方向に（感光体ドラム１６の回転に追従するように）回転される。これにより、クリーニングロール２４に保持されていた正極性のリトランスファートナーが感光体ドラム１６上に吐き出される。

このようにして感光体ドラム１６上に吐き出されたリトランスファートナーは、感光体ドラム１６の回転により転写位置まで搬送される。

クリーニングモードでは、転写ローラ２５は負極性に帯電されるようになっており、転写位置まで搬送されたリトランスファートナーは、転写ローラ２５によって中間転写体ベルト１４上に転写され、中間転写体ベルト１４によってクリーナ３２へと搬送され、クリーナ３２のブレード３４によって擦り取られる。

ここで、上記帯電ローラ１８による感光体ドラム１６の帯電時には、帯電電圧に含まれるＡＣ電圧のピーク間電圧に起因して、感光体ドラム１６と帯電ローラ１８との間で放電が起き、放電により均一な帯電が行なえるものの、放電生成物が発生する。当該放電生成物は、ピーク間電圧が高いほど発生量が多く、高湿度化において像流れを誘発させるため、ＡＣ電圧のピーク間電圧を、感光体ドラム１６と帯電ローラ１８との間で放電が開始される放電開始電圧に基づいて設定することが好ましい。

図３（Ａ）〜（Ｃ）には、感光体ドラム１６を、帯電ローラ１８に印加する帯電電圧のＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを変えて帯電させた場合の、感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈの測定値が示されている。

図３（Ａ）には、新しい感光体ドラムを用いた場合の測定値（図中菱形でプロット）及び５００００枚分の画像形成が施された後の感光体ドラムを用いた場合の測定値（図中四角でプロット）が示されている。

同図に示されるように、ピーク間電圧Ｖｐｐを約５００Ｖから徐々に増大させると、表面電位Ｖｈは上昇するが、ピーク間電圧Ｖｐｐが所定レベルに達するとピーク間電圧Ｖｐｐが増大しても表面電位Ｖｈは変化せず、飽和状態となる。表面電位Ｖｈが飽和した電圧が、感光体ドラム１６と帯電ローラ１８との間での均一な放電が起こった放電開始電圧Ｖｔｈである。

また、同図に示されるように、新しい感光体ドラムと５００００枚分の画像形成が施された後の感光体ドラムとでは、放電開始電圧Ｖｔｈが異なる。

図３（Ｂ）には、画像形成装置１０における画像形成モードが、カラー画像を形成するカラーモードが設定されている場合の測定値（図中四角でプロット）、白黒画像を形成する白黒モードが設定されている場合の測定値（図中菱形でプロット）及びＯＨＰシート用の画像を形成するＯＨＰモードが設定されている場合の測定値（図中三角でプロット）が示されている。

なお、各モードでは、プロセス速度及びＡＣ成分の周波数が異なり、同図に示す測定値は、カラーモードではプロセス速度５２ｍｍ／ｓ、ＡＣ成分の周波数８１４Ｈｚ、白黒モードではプロセス速度１０４ｍｍ／ｓ、ＡＣ成分の周波数８１４Ｈｚ、ＯＨＰモードではプロセス速度１９４ｍｍ／ｓ、ＡＣ成分の周波数１１４５Ｈｚ、に、それぞれ設定して測定した。

同図に示されるように、各モードでは、放電開始電圧Ｖｔｈが異なる。

図３（Ｃ）には、画像形成ユニット１５近傍の環境が、低音低湿である場合の測定値（図中菱形でプロット）及び高温高湿である場合の測定値（図中四角でプロット）が示されている。なお、低音低湿の場合の測定値は、温度１０℃、湿度１５％に、高温高湿の場合の測定値は、温度２０℃、湿度５０％に、それぞれ設定して測定した。

同図に示されるように、環境によっては、放電開始電圧Ｖｔｈが異なる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）には、図３（Ａ）〜（Ｃ）と同様に、感光体ドラム１６を、帯電ローラ１８に印加する帯電電圧のＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを変えて帯電させた場合の、中間転写体ベルト１４を介して感光体ドラム１６と転写ロール２５との間に流れる転写電流の測定値（電流値Ｉｂｔｒ）が示されている。図３の（Ａ）と図４（Ａ）、図３（Ｂ）と図４（Ｂ）、図３（Ｃ）と図４（Ｃ）、をそれぞれ比較すると、電流値Ｉｂｔｒの変化は、表面電位Ｖｈの変化と対応していることが分かる。

すなわち、感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈと、当該感光体ドラム１６と転写ロール２５との間に中間転写体ベルト１４を介して流れる転写電流の電流値Ｉｂｔｒと、の間には、比例関係が成立する。したがって、感光体ドラム１６に転写ロール２５から流れ込む電流Ｉｂｔｒにより放電開始電圧Ｖｔｈを検知することも可能である。

図３及び図４に示されるように、放電開始電圧Ｖｈは常に一定ではなく、画像形成装置１０の使用状態に応じて変動するので、使用状態の変化に応じて放電開始電圧を検知し、ＡＣ電圧のピーク間電圧を設定するようにしている。

図５には、本実施の形態に係る画像形成装置１０のＡＣ電圧のピーク間電圧の設定に関する機能ブロック図が示されている。なお、同図には、本発明に特に関係する部分のみが示されている。

同図に示されるように、画像形成装置１０は、装置全体の動作を制御する制御部５０を備えている。この制御部５０は、上述した感光体ドラム１６、帯電ローラ１８、露光器２０、現像器２２、転写ローラ２５等を含む全体を制御するＣＰＵ５１と、主として当該ＣＰＵ５１のワークエリアとして用いられるメモリ５３と、電力を必要とする各部に対する電流電源の供給状態を制御する電流電源制御部５２と、メモリ５４と、を含んで構成されている。

また、画像形成装置１０は、帯電ローラ１８に印加する帯電電圧を生成する帯電電源５６と、現像器２２を駆動するための駆動電力の供給を行なう現像電源５８と、転写ローラ２５に転写バイアス電圧を印加するための転写バイアス電源と、を含んで構成されており、これらの各電源は、上述した電流電源制御部５２によって制御される。

なお、帯電電源５６の出力端は帯電ローラ１８に、現像電源５８の出力端は現像器２２に、転写バイアス電源６０の出力端は転写ローラ２５に、それぞれ接続されている。

また、画像形成装置１０には、転写バイアス電源６０と転写ローラ２５との間に流れる電流値に応じて転写電流の電流値Ｉｂｔｒを検出する電流検出部６２が設けられており、当該電流検出部６２は、転写電流の電流値Ｉｂｔｒを示す情報を電流電源制御部５２に入力する。

また、電流電源制御部５２では、放電開始電圧Ｖｔｈを検知するために、ピーク間電圧Ｖｐｐを所定期間毎に予め段階的に定められた複数のレベルに切り換えるように帯電電源５６を制御すると共に、互いに異なる複数のレベルのピーク間電圧Ｖｐｐが適用された帯電電圧を用いて帯電された感光体ドラム１６上の複数の領域における転写電流の電流値Ｉｂｔｒをそれぞれ電流検出部６２から順次取得し、検知情報としてメモリ５４に記憶する。

さらに、電流電源制御部５２では、メモリ５４に記憶された検知情報を読み出して、ピーク間電圧Ｖｐｐと転写電流の電流値Ｉｂｔｒとの関係から放電開始電圧Ｖｔｈを導出すると共に、当該放電開始電圧Ｖｔｈに応じて、画像形成時に帯電処理に用いるピーク間電圧Ｖｐｐを導出し、帯電電源５６に対するピーク間電圧Ｖｐｐの設定を行なう。

すなわち、上述したように、感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈと転写電流値Ｉｂｔｒとの間には、比例関係が成立するので、感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈを高価な電位計を設けて直接検出しなくても、転写電流Ｉｂｔｒを検出することにより、感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈを把握するようにしている。

また、画像形成装置１０には、画像形成ユニット１５近傍の温度及び湿度を検出する環境センサ６４が備えられており、ＣＰＵ５１に接続されている。ＣＰＵ５１では、環境センサ６４により検出された温度及び湿度を示す情報を取得することにより、画像形成ユニット１５近傍の温度及び湿度の変化を把握することができ、当該温度及び湿度の変化に応じて電流電源制御部５２を制御して、帯電電圧のＡＣ電圧のピーク間電圧の設定を行なう。また、ＣＰＵ５１は、メモリ５３の所定領域に、電流電源制御部５２を介して帯電電圧のＡＣ電圧のピーク間電圧の設定を行ったときの温度及び湿度を示す環境情報を記憶更新する。

ところで、放電開始電圧Ｖｔｈの検知においては、上述したように、ピーク間電圧が予め段階的に定められた複数のレベルに切り換えられるため、感光体ドラム１６の表面電位が変動する。このとき、感光体ドラム１６の表面電位が画像形成を行なう電位よりも低い場合は、感光体ドラム１６上に現像器２２からトナーが流出することがある（トナーかぶり）。一方、感光体ドラム１６の表面電位が画像形成を行なう電位よりも高い場合は、キャリアが感光体ドラム１６に付着してしまう。

そこで、ＣＰＵ５１では、電流電源制御部５２により放電開始電圧Ｖｔｈの検知を行なう際には、現像器２２の駆動を停止させることにより、現像器２２から感光体ドラム１６へのトナー及びキャリアの流出を防止するようにしている。

すなわち、電流電源制御部５２は、上述した帯電電源５６のピーク間電圧Ｖｐｐの切り換え制御を行なう際に、現像電源５８による現像器２２への電力の供給を停止させる。

以下に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る画像形成装置１０では、画像データ及び画像形成指示が入力されると、画像形成処理が実行され、ＣＰＵ５０により各部位に画像形成処理を実行することを示す指示信号及び画像データが必要に応じて入力される。

これにより、転写装置２６及び定着装置３０の駆動、中間転写体ベルト１４の搬送及び感光体ドラム１６の回転が開始されると共に、帯電ローラ１８による感光体ドラム１６表面の帯電、露光器２０による画像データに基づく光ビームの照射、現像器２２による感光体ドラム１６上の静電潜像の現像及び転写ローラ２５によるトナー像の中間転写体ベルト１４への転写が行なわれ、画像形成が実行される。

ところで、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、実行タイミング判定処理において、実行する必要があると判定されたときに、放電開始電圧を検知してＡＣ電圧のピーク間電圧を設定する帯電電圧設定処理が実行される。

図６は、非画像形成時に、制御部５０により所定期間（本実施の形態では、１０秒）毎に実行される、帯電電圧設定処理の実行タイミングを判定する実行タイミング判定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、以下、同図を参照して、本実施の形態に係る帯電電圧設定処理の実行タイミング判定処理について説明する。

まず、ステップ１００では、画像形成ユニット１５の交換があったか否かを判定し、当該判定が否定判定となった場合は、ステップ１０２に移行する。

当該画像形成ユニット１５の交換があったか否かの判定は、交換を行なった作業者等がその旨を示す情報を画像形成装置１０と通信可能な端末や画像形成装置１０に設けられた不図示の操作パネル等により入力可能に構成しておき、入力された情報に基づいて行なうこともできるし、画像形成ユニット１５に固有の識別番号や製造番号等が付与されており、これらを示す情報がバーコードや磁気情報として記録されている場合、記録形式に応じたリーダを設けて読み取って記憶しておき、記憶更新の有無により行なうこともできる。

ステップ１０２では、画像形成モードの変更があったか否かを判定し、当該判定が否定判定となった場合は、ステップ１０４に移行する。

当該画像形成モードの変更があったか否かの判定としては、その旨を示す情報が、画像形成装置１０と通信可能な端末や画像形成装置１０に設けられた不図示の操作パネル等により入力されたか否かによって行うことができる。

ステップ１０４では、環境変化があったか否かを判定し、当該判定が否定判定となった場合は帯電電圧の設定を行う必要がないと判断して本実行タイミング判定処理を終了する。

なお、環境の変化があったか否かの判定は、環境センサ６４から入力された温度及び湿度と、環境情報として記憶されている温度及び湿度との比較により、所定以上の差があったか否かにより行うこともできるし、環境センサ４６から入力された温度及び湿度に基づいて、低温低湿であるか、高温高湿であるかを判定し、当該判定結果を環境情報として記憶しておき、判定結果が前回と異なるか否かによって行なうこともできる。

一方、ステップ１００、ステップ１０２及びステップ１０４の何れかにおいて肯定判定となった場合は、帯電電圧の設定を行う必要があると判断してステップ１０６に移行する。

ステップ１０６では、環境センサ６４から入力された温度及び湿度を示す情報に基づいて環境情報を記憶更新し、次のステップ１０８では、現像器２２の作動を禁止させ、その後にステップ１１０に移行して、電流電源制御部５２により帯電電圧設定処理を行なった後、ステップ１１２に移行して、現像器２２の作動の禁止を解除して、本実行タイミング判定処理を終了する。

ここでは、なお、現像器２２の作動の禁止又は禁止の解除を、電流電源制御部５２に対して、現像電源５８による現像器２２への電力供給を停止又は開始を設定することにより行なっている。

図７は、ＣＰＵ５１による実行タイミング判定処理により実行タイミングであると判定され、ＣＰＵ５１から帯電電圧設定処理の実行指示を示す信号が入力された場合に電流電源制御部５２によって実行される帯電電圧設定処理ルーチン（図６のステップ１１２参照）の処理の流れを示すフローチャートであり、以下、同図を参照して本実施の形態に係る帯電電圧設定処理について説明する。

まず、ステップ１２０では、帯電電源５６に対する帯電電圧切り換え動作を開始し、次のステップ１２２では、各帯電電圧に応じた転写電流の電流値Ｉｂｔｒの取得を開始する。

本実施の形態では、一例として、帯電ローラ１８印加される帯電電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが、所定期間毎に所定の閾値電圧未満の相互に異なる２つのピーク間電圧Ｖｐｐ１、Ｖｐｐ２と、所定の閾値電圧の２倍位以上の大きさのピーク間電圧Ｖｐｐ３と、に順次切り換える場合について説明する。

この場合、感光体ドラム１６の表面は、帯電ローラ１８により互いに異なる３種類の帯電電圧で帯電される。そして、それぞれのピーク間電圧Ｖｐｐ１〜Ｖｐｐ３を用いて帯電された感光体ドラム１６のそれぞれの領域が転写ローラ２５を通過するタイミングで、転写電流の電流値Ｉｂｔｒ１、Ｉｂｔｒ２及びＩｂｔｒ３が電流検出部６２によって検出され、それぞれメモリ５４に記憶される。

なお、上記所定の閾値電圧としては、予めパッシェンの法則を用いて導出した、均一放電が開始される放電開始電圧や、前回の帯電電圧設定処理において導出された放電開始電圧Ｖｔｈを用いることができる。なお、当該閾値電圧は、メモリ５４に記憶させておく。

次のステップ１２４では、各帯電電圧に応じた電流値Ｉｂｔｒの取得の完了待ちを行ない、その後にステップ１２６に移行して、転写電流Ｉｂｔｒの２点直線近似演算を行ない、その後にステップ１２８に移行して、転写電流Ｉｂｔｒの１点平行直線近似演算を行なう。

図８に示すように、転写電流値Ｉｂｔｒ１とＩｂｔｒ２とを用いた２点直線近似演算により転写電流Ｉｂｔｒ（表面電位Ｖｈ）が飽和状態となるまでのＶｐｐ−Ｉｂｔｒ特性（直線Ｌ１）が導出されると共に、Ｉｂｔｒ３を用いた１点平行直線近似演算により転写電流Ｉｂｔｒ（表面電位Ｖｈ）が飽和状態となった領域のＶｐｐ−Ｉｂｔｒ特性（直線Ｌ２）が導出される。よって、この２直線の交点Ｘの電圧を放電開始電圧Ｖｔｈとみなすことができる。

そこで、次のステップ１３０では、近似演算により得られた２直線の交点を導出し、その後にステップ１３２に移行して、交点のピーク間電圧Ｖｐｐを放電開始電圧Ｖｔｈとして検知し、当該放電開始電圧Ｖｔｈに基づいて以後の画像形成プロセスにおける帯電電圧のＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを導出し、ステップ１３４では、導出したピーク間電圧Ｖｐｐをメモリ５４に記憶させると共に、帯電電源５６に対するピーク間電圧Ｖｐｐの設定を行う。

ここで、検知された放電開始電圧Ｖｔｈに基づくピーク間電圧Ｖｐｐの導出は、検知された放電開始電圧Ｖｔｈに、環境センサ６４により検出された温度及び湿度に基づいたマージン分の電圧値を加算することにより行なわれる。なお、感光体ドラム１６近傍の環境が低温低湿であるほど、マージン分の電圧値を大きくとるようにしている。

なお、このピーク間電圧の導出に用いる温度及び湿度は、帯電電圧設定処理の実行指示を示す信号と共にＣＰＵ５１から入力されるようにしてもよいし、電流電源制御部５２をメモリ５３にアクセス可能に構成し、直接環境情報を読み出すようにしてもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電ローラ１８により感光体ドラム１６表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該感光体ドラム１６に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像器２２によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を中間転写体ベルトに転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧Ｖｔｈを検知して、当該放電開始電圧Ｖｔｈに応じてＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐの設定を行なうに際し、前記帯電ローラ１８に印加する前記帯電電圧を生成する帯電電源５６と、感光体ドラム１６の表面電位を検出するための電流検出部６２と、を備え、前記ＡＣ電圧の前記ピーク間電圧Ｖｐｐが予め定められた複数のレベルとなるように前記帯電電源５６を制御すると共に、このとき各レベルに応じて前記帯電電源５６により生成された各帯電電圧に応じた感光体ドラム１６の表面電位Ｖｈを検出するように電流検出部６２を制御し、これにより検出された表面電位Ｖｈ及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを検知すると共に、当該放電開始電圧Ｖｔｈの検知を行なう際に、前記現像器２２の作動を禁止するように制御するようにしているので、放電開始電圧検知時におけるトナー及びキャリアの感光体ドラム１６表面への流出を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、感光体ドラム及び帯電ローラ１８の少なくとも一方が交換された場合に帯電電圧設定処理により前記放電開始電圧Ｖｈの検知を行なうようにしているので、感光体ドラムの状態の変化によるＶｐｐ−Ｖｈ特性の変化にも対応できる。

さらに、本実施の形態によれば、画像形成を行なう際のプロセス速度が変更された場合に前記放電開始電圧Ｖｔｈの検知を行なうようにしているので、プロセス速度の違いによるＶｐｐ−Ｖｈ特性の変化にも対応できる。

また、本実施の形態によれば、感光体ドラム１６周辺の温度情報及び湿度情報を示す環境情報を取得する環境センサ６４が設けられており、環境センサにより取得された環境情報に所定の変化があった場合に前記放電開始電圧Ｖｔｈの検知を行なうようにしているので、環境の変化によるＶｐｐ−Ｖｈ特性の変化にも対応できる。

なお、本実施の形態では、ＣＰＵ５１により電流電源制御部５２に対して現像器の作動の停止を指示する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電流電源制御部５２において現像器２２の作動を停止させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、現像器２２の作動の禁止又は禁止の解除を、電流電源制御部５２に対して、現像電源５８による現像器２２への電力供給を停止又は開始を設定することにより行なう形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、現像器２２を制御する制御系を介して現像器２２が作動しないように（停止状態となるように）制御するようにしてもよい。

なお、以上の画像形成装置１０の構成（図１、図２及び図５参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の実施の形態で説明したフローチャート（図６及び図７参照）の処理の流れは一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施の形態では、電流検出部６２によってピーク間電圧を異ならせたときの転写電流の電流値Ｉｂｔｒを検出し、当該電流値Ｉｂｔｒとピーク間電圧とに基づいて放電開始電圧を検知する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではないく、帯電された感光体ドラム上の電荷に起因してクリーニングロールと感光体ドラムとの間に流れるクリーニング電流を検知するようにすることもできる。

すなわち、本発明では、ピーク間電圧Ｖｐｐを異ならせた場合の表面電位Ｖｈを導出可能な物理量を検出できればよく、本発明は、本願出願人により先に出願された特願２００３−１７１２２に記載されているような、種々の放電開始電圧の検知に適用することができる。

なお、図３及び図４に示す特性における計測値は一例であり、感光体ドラム１６及び帯電ローラ１８等の性質や環境によって計測値が異なることは言うまでもない。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 実施の形態に係る画像形成ユニットの概略構成図である。 （Ａ）は新しい感光体ドラムの違いによる表面電位Ｖｈと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図であり、（Ｂ）は画像形成速度の違いによる表面電位Ｖｈと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図であり、（Ｃ）は環境の違いによる表面電位Ｖｈと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図である。 （Ａ）は新しい感光体ドラムの違いによる転写電流Ｉｂｔｒと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図であり、（Ｂ）は画像形成速度の違いによる転写電流Ｉｂｔｒと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図であり、（Ｃ）は環境の違いによる転写電流Ｉｂｔｒと交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐとの関係の差を示す図である。 実施の形態に係る画像形成装置の帯電電圧の設定に関する機能ブロック図である。 実施の形態に係る実行タイミング判定処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る帯電電圧設定処理ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態に係る帯電電圧設定処理における放電開始電圧Ｖｔｈの導出方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１４ 中間転写体ベルト（記録媒体）
１５ 画像形成ユニット
１６ 感光体ドラム（像担持体）
１８ 帯電ローラ（帯電部材）
２２ 現像器（現像手段）
５１ ＣＰＵ（制御手段）
５２ 電流電源制御部（電圧検知手段）
５６ 帯電電源（生成手段）
６２ 電流検出部（検出手段）
６４ 環境センサ（環境情報取得手段）

Claims (4)

1. 直流電圧と交流電圧とが重畳された帯電電圧が印加される帯電部材により像担持体表面を所定の電位に一様に帯電させた状態で、当該像担持体に光ビームを走査することで静電潜像を形成し、現像手段によって当該静電潜像をトナーにより現像することにより得られたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成すると共に、非画像形成時に前記帯電電圧の放電開始電圧を検知して、当該放電開始電圧に応じて交流電圧のピーク間電圧の設定を行なう画像形成装置であって、
   前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を生成する生成手段と、
   前記像担持体の表面電位を検出するための検出手段と、
   前記交流電圧の前記ピーク間電圧が予め定められた複数のレベルとなるように前記生成手段を制御すると共に、このとき各レベルに応じて前記生成手段により生成された各帯電電圧に応じた前記像担持体の表面電位を検出するように前記検出手段を制御し、これにより検出された表面電位及び前記複数のレベルに基づいて放電開始電圧を検知する電圧検知手段と、
   前記電圧検知手段により前記放電開始電圧の検知を行なうように制御すると共に、当該放電開始電圧の検知を行なう際に、前記現像手段の作動を禁止するように制御する制御手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記像担持体及び前記帯電部材の少なくとも一方が交換された場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御する
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、画像形成を行なう際の画像形成速度が変更された場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御する
   請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体周辺の温度情報及び湿度情報の少なくとも一方を含む環境情報を取得する環境情報取得手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記環境情報取得手段により取得された環境情報が変化した場合に前記放電開始電圧の検知を行なうように前記電圧検知手段を制御する
   請求項１記載の画像形成装置。

Images