JP2007058080A - プロセスカートリッジ、プロセスカートリッジ用メモリ媒体および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電交流ピーク間電圧選択制御と異物除去交流ピーク間電圧の印加を前回転中に行う画像形成装置において、感光ドラム削れを最小限に抑え、コストアップする事なしで、確実に感光ドラム上の異物除去ができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 非画像形成工程において、帯電バイアスの選択工程を行った後に、メモリ媒体に記憶された感光ドラム使用量に関する情報を基に、異物除去交流バイアスを選択し、印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置に関する。

（１）画像形成プロセス
図２に従来の画像形成装置の一例の概略構成を示した。本例の画像形成装置は電子写真方式の複写機もしくはプリンタである。１００は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。感光ドラム１００はその回転過程で帯電装置１０１による所定の極性・電位の一様な帯電処理を受け、次いで露光装置１０２による像露光を受ける。これにより感光ドラム面に静電潜像が形成される。次いでその静電潜像は現像装置１０３により現像されてトナー像として顕像化される。その感光ドラム面のトナー像が不図示の給紙部から給送された紙等の記録媒体１０４に対して転写装置１０５にて転写される。トナー像の転写を受けた記録媒体１０４は感光ドラム面から分離されて定着装置１０６へ導入されてトナー像の定着処理を受けて画像形成物として排紙される。記録媒体分離後の感光ドラム面はクリーニング装置１０７により転写残トナーを掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。

画像形成装置は、上記の手段を用い、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返して、画像形成を行っている。

（2）画像形成装置動作シーケンス
図３に一般的な画像形成装置の動作シーケンスを示す。

画像形成本体内に着脱可能なプロセスカートリッジが挿入され、画像形成本体の電源がオンになると（Ｓ２０１）、メインモータが駆動され、電源投入時初期動作が始まる（Ｓ２０２）。この工程では、プロセスカートリッジの有り無し検知、転写ローラのクリーニング（転写ローラに付着したトナーを感光ドラム上に吐き出す）などが行われる。

以降は、電源投入時初期動作の工程を前多回転工程と呼ぶ。

前多回転工程が終了すると、画像形成装置は待機（スタンバイ）状態に入る（Ｓ２０３）。不図示のホストコンピュータなどの出力手段から画像情報が画像形成装置に送られると（Ｓ２０４）、メインモータは画像形成本体を駆動して画像形成前の準備工程に入る（Ｓ２０５）。この工程では、諸プロセス機器の印字準備動作が行われ、主として、感光ドラム上の予備帯電、レーザスキャナの立ち上げ、画像形成時の転写電圧の決定、定着装置の温度調節などが行われる。

以降は、この画像形成前に行われる準備工程を前回転工程と呼ぶ。

前回転工程が終了すると、画像形成工程が開始される（Ｓ２０６）。画像形成工程では、所定タイミングで記録媒体の給紙、感光ドラム上の像露光、現像、転写、定着などが行われる。

画像形成工程が終了すると、次のプリント信号がある場合は、次の記録媒体が到達するまでの間、紙間工程に入り次の印字動作を待つ（Ｓ２０８）。また、次のプリント信号がない場合は、画像形成装置は後回転工程に入る（Ｓ２０９）。後回転工程では、感光ドラム表面の除電や、転写ローラのクリーニングなどが行われる。

後回転工程が終了すると、画像形成装置は再び待機（スタンバイ）状態となり（Ｓ２０３）、次のプリント信号を待つ。

（3）帯電装置、帯電バイアス電圧制御方法
帯電装置１０１としては、ローラ型、ブレード型などの感光ドラム表面に帯電装置１０１を接触させ、帯電装置１０１に電圧を印加して感光ドラム表面の帯電を行う接触帯電方式が広く採用されているが、特にローラ型の帯電方式は、長期にわたって、安定した帯電を行うことができる。

帯電バイアス電源は、帯電装置たる帯電ローラ１０１に対して、帯電バイアス電圧を印加する。該帯電バイアス電圧は直流電圧のみを印加して感光ドラム上の帯電を行っても良いが、特願昭61-298419に示されるような、所望のドラム上暗電位Vdに相当する直流電圧Vdcに、直流電圧印加時放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧（Vpp）をもつ交流電圧を重畳したバイアス電圧が一般的に用いられている（以下、直流をDC、交流をAC、本帯電方式をAC+DC帯電と表記する）。この帯電方法は、感光ドラム１００上を均一帯電するのに優れている。DC電圧に対してある一定以上のAC電圧を重畳印加すると、AC成分のならし効果によって感光ドラム上の局所的な電位ムラ（帯電不良）が解消され、感光ドラム表面の帯電電位Vdは、DC電圧値Vdcに均一に収束する。

AC+DC帯電は、直流電圧のみを印加するDC帯電と比べ、感光ドラム１００に対する放電電流値が多いという特徴がある。感光ドラム１００に対する放電電流値が大きくなると、感光ドラム表面の分子と分子をつないでいる鎖が切断されやすくなる。これによって、感光ドラム表面の樹脂は低分子化され、クリーニングブレード１０７により容易に削れるようになってくる。これによって、感光ドラム表面は研磨され、繰り返し使用時においても、例えば転写残りトナーなどが感光ドラム表面を汚染することがなく、常に初期使用時と同等のリフレッシュされた状態に保たれ、次の作像（帯電工程）に入ることができる。

しかしながら、過剰な放電電流を感光ドラム表面にかけ続けると、感光ドラム１００の表面層が削られるスピードが速くなるため、使用開始から早い段階で感光ドラム１００の感光層がその機能を発揮することができなくなる限界膜厚に到達し、寿命を迎えてしまう。限界膜厚に達した際には感光層としての機能が低下し、微小な帯電ムラを生じたり、また表面の電荷保持能力の減少にともなって帯電不良が発生する。このため、実使用においては、感光ドラム表面への放電量が多くなりすぎないように設定される必要がある。

交流ピーク間電圧Vppと放電電流値の関係は、使用環境（帯電ローラ１０１のインピーダンス変化）や、感光ドラム１００の電荷輸送層の膜厚などによって異なるため常に一定ではない。例えば、帯電ローラ１０１に同じ交流ピーク間電圧Vppを印加しても、低温低湿環境では帯電ローラ１０１のインピーダンスが上昇するので放電量が少なく、逆に、高温多湿環境では帯電ローラ１０１のインピーダンスが低下するため放電量が増加する。また、使用環境が同じであっても、使用に伴って感光ドラム表面がクリーニングブレード１０７によって削れられてくると、使用初期と比べてインピーダンスが低下するので放電量は増加してくる。

この問題を回避するために、AC成分を一定電流で制御する方法（特公平06-093150）が提案されている。これは、帯電ローラ１０１から感光ドラム１００に流れる交流電流Iacを検出してこれが一定になるように制御するもので、この方式を用いると、帯電ローラ１０１、感光ドラム１００のインピーダンス変化に対して交流ピーク間電圧Vppが自在に変化するので、放電電流値をほぼ一定に保つことができる。この方法は、良好な帯電性の確保と感光ドラム１００への過剰な放電を防止するという点で、非常に大きな効果をあげている。

（4）転写装置、転写バイアス電圧制御方法
転写装置１０５としては、感光ドラム１００に転写装置１０５を接触させて転写材への転写を行う接触転写方式が主流であり、なかでも、転写部での転写材搬送性に優れたローラ転写方式が主流になっている。ローラ転写方式は、転写ローラ１０５を感光ドラム１００に対して0.5〜2.0kgの総圧で圧接し、感光ドラム１００と転写ローラ１０５間に転写ニップを形成し、この転写ニップ部で転写材を挟持して搬送しつつ、転写ローラ１０５に印加されたバイアス電圧の作用により、感光ドラム１００上のトナー像を転写材上に転写するものである。

接触タイプの転写手段を備えた画像形成装置（例えば、複写機、レーザビームプリンタ）において、接触転写部材に印加する転写バイアスは、定電圧制御又は定電流制御されるのが一般的である。

定電圧制御の場合は、接触転写部材として使用される転写ローラ１０５の抵抗値が環境によって数桁にわたり変化するため、環境にかかわらず常時、安定した転写バイアスを印加することが困難である。

一方、定電流制御では、上述のような転写ローラ１０５の抵抗値の変化による欠点は解消され、常時、転写に必要な電荷量を確保できるが、この種の画像形成装置は、大小様々なサイズの転写材を使用できるようになっているのが普通であるので、小サイズの転写材を通紙した場合には、感光ドラム１００と転写部材１０５とが直接当接する非通紙領域が広くなり、この非通紙領域に大部分の電流が流れてしまい、特に低温低湿環境下では転写電荷が不足して転写不良が発生する。

このような欠点をなくすために、転写部位に転写材が存在しない非通紙時においては定電流制御を行い、このときの電圧をホールドして、通紙時にはこの電圧で定電圧制御を行うようにした制御方式（Active Transfer Voltage Control 、以下、単に「ATVC」という）が提案されている。

これを具体的に述べると、一定の値である感光ドラム１００の暗部（Vd 部）に一定電流を流して発生電圧をモニタし、その電圧を、（１）等倍、（２）係数倍、（３）一定電圧を加える、等の組合せを行って印加バイアスを制御するもので、環境変動や転写材サイズの差異などによる転写性のバラツキの発生防止に一定の効果を挙げている。
特公平０６−９３１５０号公報

まず、本発明が解決しようとしている課題の背景技術について説明する。

（1）帯電交流ピーク間電圧選択制御
前述したように、帯電バイアス電圧として、交流成分を一定電流で制御する方法（特公平06-093150）を用いれば、良好な帯電性の確保と感光ドラム１００への過剰な放電を防止する。ただし、この方式は、安定したバイアス電圧を得るために、重畳印加されるACとDCの電源を切り分け、2つの電圧昇圧手段たる昇圧トランスを必要とする。昇圧トランスは、電源回路の中でも比較的大型、かつ、高コストであり、特に、小型、低コストの画像形成装置においては、1つの電圧昇圧手段でも使用環境や感光ドラム１００の膜厚などによらず安定した帯電バイアス電圧を出力し、感光ドラム上へ安定した放電電流を供給することが望まれていた。

筆者らの検討によれば、以下のような構成で、1つの電圧昇圧手段による帯電バイアス電源回路でも、使用環境などによらず安定した放電電流を供給できることが分かった。

図４に、帯電バイアス電源回路の概念図を示す。本方式は、複数の交流発振出力（Vpp-1、Vpp-2、・・・、Vpp-n：※但し、Vpp-1＞Vpp-2＞・・・＞Vpp-n＞・・・）を有する定電圧制御であり、昇圧トランスはAC成分を作成するもの1つのみで、DC成分は、この昇圧トランスがコンデンサC10をピークチャージすることで作成する。

エンジンコントローラは、交流発振出力から複数の交流ピーク間電圧Vppを印加し、感光ドラム１００に流れる交流電流Iacが、帯電不良が発生しないための必要帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値電流Iac-0以上で、かつ、最小となるVppを画像形成時の帯電交流ピーク間電圧として選択する。

このような帯電バイアス電圧制御を行うことによって、定電流制御を行ったときと同じように、帯電ローラ１０１、感光ドラム１００などのインピーダンス変化によらず、ほぼ一定の電流値推移をすることが可能となった。

以降は、この帯電電圧制御の方法を帯電交流ピーク間電圧選択制御と呼ぶ。

（2）感光ドラム上の異物除去シーケンス
図５は、感光ドラム１００に異物が付着する概念図を表している。

図５において、画像形成プロセスが終了して画像形成装置が停止するとき、転写残りトナーや感光ドラムの削れ粉などの異物１１０がクリーニングブレード１０７と感光ドラム１００の間に挟まり、クリーニングブレード１０７の圧力で感光ドラム１００に押し付けられて剥がれにくくなる。異物１１０が付着した感光ドラム表面上の地点Xは、感光ドラム１００上の異物１１０が付着していない位置と比べ摩擦係数が変わる。この状態で次の画像形成プロセスが始まり、Xの地点が1周して再びクリーニングブレード１０７に到達すると、このXの地点だけは、他地点に比べて摩擦係数が違うので、駆動トルクが変動し感光ドラム１００の回転速度が変わる。これによって露光位置Yでは露光ブレが発生し、図６に示されるような長手一様の感光ドラムピッチ横白スジ画像が発生する。さらに再びこの位置がクリーニングブレード１０７位置に到達すると同じ現象が繰り返され、感光ドラム1周分の周期Rで白スジ画像が発生する。

この問題は、前回転中の感光ドラム回転時間を延長することで解決できる。画像形成前の感光ドラム回転時間を延ばせば、異物付着部分がクリーニングブレード１０７を通過する機会がより多くなるので、最終的には異物１１０を完全に除去できる。しかしながら、この方法では、画像形成までに時間がかかり、印字工程全体の時間が大幅に延びてしまうため、ユーザビリティの観点から好ましくない。

筆者らの検討によれば、停止時に感光ドラム上に付着した異物１１０を剥ぎ取るために、前回転時に高い交流ピーク間電圧を印加する事で効率よくドラム上の異物を除去でき、この課題を解決できる事が分かっている。しかしながら、必要以上に高い交流ピーク間電圧を印加すると、感光ドラムの削れ量が多くなる。特に使用に伴って感光ドラム表面がクリーニングブレード１０７によって削られてくると、使用初期と比べてインピーダンスが低下するので放電量が更に増加し、感光ドラム削れも増加する。ゆえに不必要な感光ドラム削れを防止する事で、低コストで感光ドラムの寿命を達成し、かつ、異物１１０を除去できる画像形成装置の提供が望まれてきた。

従って、本発明の目的は、（帯電交流ピーク間電圧選択制御と）異物除去交流ピーク間電圧の印加を前回転中に行う画像形成装置において、感光ドラム削れを最小限に抑え、コストアップする事なしで、確実に感光ドラム上の異物除去ができる画像形成装置を提供する事である。

なお、以降は、前回転時の一部で感光ドラム１００に対して印加される高い交流ピーク間電圧を、異物除去交流ピーク間電圧と呼ぶ。

上記に係る問題点を解決するため本発明では、第一に、少なくとも、回転可能な像担持体と、前記像担持体に接触する帯電手段と、前記帯電手段に1つの電圧昇圧手段で交流と直流の重畳電圧を出力し、2種類以上の交流ピーク間電圧を段階的に印加可能な帯電バイアス電圧電源回路と、帯電バイアス電圧印加時に前記像担持体に流れる帯電交流電流を検出する帯電交流電流検出手段と、帯電交流ピーク間電圧選択を行う制御手段と、前記像担持体の使用量に関する情報を記憶する記憶手段と、を有する画像形成装置において、前回転時に画像形成時の帯電バイアス選択工程と、前記帯電バイアス選択工程で選択された帯電バイアス以上の交流ピーク間電圧（Vpp(Ｄ)）を印加する工程と、を含み、前記像担持体の使用量に関する情報に応じて、前記交流ピーク間電圧Vpp(Ｄ)を決定することを特徴とする画像形成装置である。

第二に、前回転中の帯電バイアス電圧は、前記帯電バイアス選択工程を先に、前記交流ピーク間電圧Vpp(Ｄ)を後に行うことを特徴とする画像形成装置である。

第三に、前記帯電交流ピーク間電圧制御の前回転時における帯電バイアス選択のための帯電電圧印加時間が、前記像担持体が1回転する時間以上であり、前記交流ピーク間電圧Vpp（D）が、前記像担持体が1回転以上する時間であることを特徴とする画像形成装置である。

（作用）
本発明によれば、感光ドラム使用量に応じて、異物除去交流ピーク間電圧の値を決める事により、ドラム膜厚が小さくなった時でも、異物除去に最低限必要な交流ピーク間電圧を印加する事が可能となり、その結果感光ドラム削れを最小限に抑えることができる。

感光ドラムの使用量に応じて、異物除去に最低限必要な異物除去交流ピーク間電圧を印加できるので、その結果、必要以上の感光ドラム削れを防止し、不必要なコストアップなく感光ドラム表面に付着した異物を除去する事ができる。

（１）画像形成装置の構成と動作の概略
図７は本実施例の画像形成装置の概略構成図である。本実施例の画像形成装置は、電子写真方式、プロセスカートリッジ着脱式のレーザプリンタである。

２０１は潜像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（感光ドラム）である。本例の感光ドラム２０１は負帯電性の有機感光体であり、不図示の駆動用モータによって矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

感光ドラム２０１はその回転過程で帯電装置によって負の所定電位に一様に帯電処理を受ける。本例において帯電装置は帯電部材として帯電ローラ２０２を用いた接触帯電装置である。帯電ローラ２０２は感光ドラム２０１に対して従動回転する。帯電ローラ２０２に対しては、帯電バイアス電源（不図示）からバイアス電圧が印加される。帯電バイアス電圧には、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）を有する交流電圧に、所望のドラム上電位Ｖｄに相当する直流電圧Ｖｄｃを重畳印加する方式が用いられている。この帯電方法は、直流電圧に交流電圧を重畳印加することによって、感光ドラム上の局所的な電位ムラを解消し、感光ドラム上を直流印加電圧Ｖｄｃに等しい電位Ｖｄに均一帯電することを狙いとしている。

次いで露光装置２２１による像露光を受ける。露光装置２２１は、均一帯電された感光ドラム２０１に静電潜像を形成するものであり、本例では、半導体レーザスキャナを用いた。露光装置２２１は、画像形成装置内のホスト装置（不図示）から送られてくる画像信号に対応して変調されたレーザ光Ｌを出力して、反射鏡２２１ａと、後述するプロセスカートリッジＣの露光窓部ａを介して感光ドラム２０１の均一帯電面を走査露光（像露光）する。感光ドラム表面は露光箇所の電位の絶対値が帯電電位の絶対値に比べて低くなることによって、画像情報に応じた静電潜像が順次形成される。

次いでその静電潜像は反転現像装置２０５により現像されてトナー像として顕像化される。本例では、ジャンピング現像方式を用いた。この方式では、不図示の現像バイアス電源から現像スリーブ２０７に対して交流と直流を重畳した現像バイアス電圧を印加することによって、現像剤層厚規制部材２０６と現像スリーブ２０７の接触箇所で摩擦帯電により負極性に帯電されたトナーを感光ドラム表面の静電潜像に適用して静電潜像を反転現像する。

その感光ドラム面のトナー像が不図示の給紙部から給送された紙等の記録媒体（転写材）に対して転写装置にて転写される。本例では転写ローラ２２２を用いた接触転写装置である。転写ローラ２２２は感光ドラム２０１に対して感光ドラム中心方向に不図示の押圧バネなどの付勢手段によって押圧されている。転写材が搬送されて転写工程が開始されると、不図示の転写バイアス電源から転写ローラ２２２に対して正極性の転写バイアス電圧が印加され、負極性に帯電している感光ドラム２０１上のトナーは転写材上に転写される。

トナー像の転写を受けた転写材は感光ドラム面から分離されて定着装置２２３へ導入されてトナー像の定着処理を受け、シートパス２２４を通って排紙トレイ２２５上に排出される。定着装置２２３は、転写材に転写されたトナー像を熱や圧力などの手段を用いて永久画像に定着するものである。

転写材分離後の感光ドラム面はクリーニング装置２０４により転写残トナーを掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。本例のクリーニング装置２０４はクリーニングブレード２０３を用いたものである。クリーニングブレード２０３は、転写工程時に感光ドラム２０１から転写材に転写し切れなかった転写残トナーを回収するものであり、一定の圧力で感光ドラム２０１に当接し転写残トナーを回収することによって感光ドラム表面を清掃する。クリーニング工程終了後、感光ドラム表面は再び帯電工程に入る。

画像形成装置は、上記の手段を用い、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返して画像形成を行う。

Ｃは画像形成装置本体２２０に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジである。本例のプロセスカートリッジＣは、潜像担持体としての感光ドラム２０１と、感光ドラム２０１に対する接触帯電部材としての帯電ローラ２０２と、現像装置２０５と、クリーニング装置２０４の４つのプロセス機器を内包させてプロセスカートリッジとしてある。またこのプロセスカートリッジＣには記憶部であるメモリ２１０を具備させてある。画像形成装置本体側の通信部（不図示）を介してメモリ２１０に対する情報の読み書きを行う。

プロセスカートリッジＣは画像形成装置本体２２０の本体ドア（カートリッジドア）２２０ａを開閉して画像形成装置本体２２０に対して着脱される。装着は本体ドア２２０ａを開いて画像形成装置本体２２０内にプロセスカートリッジＣを所定の要領にて挿入装着して本体ドア２２０ａを閉じ込むことでなされる。プロセスカートリッジＣは画像形成装置本体２２０に対して所定に装着されることで画像形成装置本体２２０側と機械的・電気的に連結した状態になる。

プロセスカートリッジＣの画像形成装置本体２２０からの取り外しは本体ドア２２０ａを開いて画像形成装置本体２２０内のプロセスカートリッジＣを所定に引き抜くことでなされる。

図８は抜き外された状態のプロセスカートリッジＣを示している。プロセスカートリッジＣは抜き外された状態時にはドラムカバー２０８が閉じ位置に移動していて感光ドラム２０１の露出下面を隠蔽防護している。また露光窓部ａもシャッタ板２０９で閉じ状態に保持されている。ドラムカバー２０８とシャッタ板２０９はプロセスカートリッジＣが画像形成装置本体２２０内に装着された状態においてはそれぞれ開き位置に移動して保持される。

ここで、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段またはクリーニング手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものである。更に、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して装置本体に対して着脱可能とするものをいう。

（２）画像形成装置の動作シーケンスの概略
まず、画像形成装置内の電源がオンになると前多回転工程が始まる。この工程では、メインモータが感光ドラムを回転駆動させている間に、プロセスカートリッジの有り無し検知、転写ローラのクリーニングなどが行なわれる。

前多回転が終了すると、画像形成装置は待機（スタンバイ）状態に入る。不図示のホストコンピュータなどの出力手段から画像情報が画像形成装置に送られると、メインモータは画像形成装置本体を駆動し前回転工程に入る。前回転工程に於いては、諸プロセス機器の印字準備動作が行なわれ、主として、感光ドラム上の予備帯電、レーザスキャナの立ち上げ、転写プリントバイアスの決定、定着装置の温度調節などが行なわれる。

前回転工程が終了すると、印字工程が開始される。印字工程では、所定タイミングで転写材の給紙、感光ドラム上の像露光、現像などが行なわれる。印字工程が終了すると、次のプリント信号がある場合、次の転写材が到達するまでの間の紙間工程に入り、次の印字動作を待つ。

また、印字動作終了後、次のプリント信号がない場合は、画像形成装置は後回転工程に入る。後回転工程では、感光ドラム表面の除電や、転写ローラに付着したトナーを感光ドラムへ吐き出す（転写ローラのクリーニング）などの工程が行われている。

後回転工程が終了すると、画像形成装置は、再び待機（スタンバイ）状態となり、次のプリント信号を待つ。

次に、本実施例における帯電に関する動作シーケンスの詳細を図１のフローチャートを用いて説明する。

画像形成装置の電源が投入されると（Ｓ１０１）、制御部３８がプロセスカートリッジＣのメモリ１１０からドラム使用量データＤ、ドラム使用量演算式係数、を読み出し（Ｓ１０１）、前多回転工程が始まる。この前多回転では、まず印加可能な最大の帯電バイアスであるＶｐｐ-1から順に印加したときの（Ｓ１０３）、帯電電流を検知する為の検出電圧Ｖnを検出し（Ｓ１０４）、平均化処理を施したＶｎ-aveと帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値Ｖ０と比較（Ｓ１０６）する事により、均一な帯電ができる最小の帯電交流ピーク間電圧を決定する（Ｓ１０７）。前多回転が終了すると、ドラム使用量情報Ｄを計算し、メモリ内のドラム使用量情報Ｄを更新し（Ｓ１０８）、待機状態に移行する（Ｓ１０９）。

次にホストコンピュータなどの出力手段から画像情報が画像形成装置に送られると、制御部３８からプリントＯＮ信号が発信され（Ｓ１１０）、制御部３８はプロセスカートリッジＣのメモリ１０からドラム使用量データＤ、Ｖｐｐ（Ｄ）、ドラム使用量演算式係数を読み出し（Ｓ１１１）、前回転工程が始まる。この前回転では、まず（Ｓ１０７）で選択された画像形成時の帯電バイアスＶｐｐ-ｎの1段階小さいＶｐｐ-（ｎ+1）を印加し、帯電電流を検知する為の検出電圧Ｖn+1を検出する（Ｓ１１４）。次に、ドラム使用量データＤに応じて選択されている異物除去交流ピーク間電圧Ｖｐｐ（Ｄ）を印加する（Ｓ１１５）。ここで（Ｓ１１４）で検出したＶn+1を平均化し（Ｓ１１６）、Ｖn+1-aveを導出し、これを帯電制御交流電圧選択制御閾値Ｖ０とを比較し（Ｓ１１７）、帯電バイアスとしてＶｐｐ−ｎとＶｐｐ−(n+1)のいずれかを選択し（Ｓ１１８）,（Ｓ１１９）、画像形成時に印加する。次のプリント信号がない場合は、後回転を行い、ドラム使用量情報Ｄを計算し、メモリ内のドラム使用量情報Ｄを更新し（Ｓ１０８）、待機状態に移行する。

（３）前多回転における帯電交流ピーク間電圧選択制御
本例における、帯電交流ピーク間電圧の選択方法を説明する。

画像形成本体の電源が投入されると、メインモータが駆動し初期回転が始まる。このとき、画像形成装置本体のエンジンコントローラは、段階的に印加可能な複数の交流ピーク間電圧の一部、あるいは、すべてを帯電ローラに対して印加し、このとき帯電ローラから感光ドラムを経て流れる交流電流値が帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値電流Iac0以上で、かつ、最小となる交流ピーク間電圧を画像形成時の帯電バイアス電圧として使用するように制御を行う。

また、ここで印加された帯電バイアス電圧の印加時間は、各々について、それぞれ像担持体が1回転以上する時間であることが望ましい。感光ドラムは、偏芯回転などによる削れムラなどにより、周方向の膜厚ムラが発生する場合があり、これによって、流れる交流電流Iacが感光ドラムの回転周期で変わるため、精度良く電流検出を行うためには、感光ドラムが1回転以上するまでバイアス電圧を印加すると良い。ただし、バイアス電圧印加時間を長くしすぎると、工程全体の時間が長くなるので、あまり長くしすぎてはならない。

本実施例で用いた帯電交流ピーク間電圧選択制御の流れについて説明する。図９は帯電交流ピーク間電圧選択制御の概念図である。図９において、複数の交流ピーク間電圧（Vpp-1、Vpp-2、・・・、Vpp-n、・・・※Vpp-1＞Vpp-2＞・・・＞Vpp-n＞・・・）を印加可能な交流発振出力から電圧昇圧手段たる昇圧手段などを経て、帯電ローラ２０２に帯電バイアス電圧が印加されると、交流電流Iacは帯電ローラ２０２、感光ドラム２０１を経て高圧電源回路GNDに流れる。このとき、交流電流検知手段は、この交流電流を、抵抗、コンデンサなどからなる不図示のフィルタ回路で帯電周波数に等しい周波数をもった交流電流のみをサンプリングし、これを電圧変換してエンジンコントローラ２３７へ入力する。一定周期でサンプリングされた入力電圧Vは、エンジンコントローラ２３７内で平均値処理される。平均値処理された入力電圧Vaveは、エンジンコントローラ２３７内の比較手段によってあらかじめ設定されている帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値V0と比較される。なお、帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値V0は、帯電ムラが生じることのない最小の交流ピーク間電圧に対する出力電圧であり、その値は、均一な帯電を行うことのできる必要最小の電流値Iac-0（帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値電流）を基準にして決定される。なお、Iac-0の値は、機器のプロセススピードや帯電周波数、帯電ローラ２０２、感光ドラム2０１の構成材料によって異なるため、帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値V0も、その都度適した設定にすると良い。

４．前回転における帯電シーケンス
（４−１）前回転における帯電交流ピーク間電圧選択制御
本実施例で用いられる帯電交流ピーク間電圧選択制御における画像形成時の帯電バイアス選択は、画像形成前の前回転時にも行われる。（３）で触れた前多回転時の帯電バイアス選択は、電源投入時に前多回転が行われたときのみに行われる。帯電バイアス選択をこのときだけ行うと、前多回転が入らない画像形成装置（例えば、画像形成本体の電源が常時オンになっている場合）においては、適正な帯電バイアス選択が全く行われなくなってしまう。そこで、画像形成直前の前回転時に帯電バイアス選択を行うことで、画像形成時には常時適正な帯電バイアスを印加できる。

前回転時の帯電バイアス選択は、以下の手順で行われる。

（３）で述べた前多回転時の帯電交流ピーク間電圧選択方法で決定された画像形成時の帯電バイアスをVpp-nとした場合、前回転では、Vpp-nよりも一段階低い電圧Vpp-(n+1)のみを印加する。

画像形成に使用される帯電バイアスは、使用に伴う感光ドラム表面の削れの影響により段階的に低くなる。ゆえに、現在指定されている帯電バイアスのVpp-ｎよりも一段階低いVpp-(n+1)を印加した際の検出電圧Vn+1を、帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値V0と比較すれば、電圧切り替えを適正なタイミングで行うことができる。

検知電圧Vn+1は、エンジンコントローラ内の演算手段で平均化処理され、その平均化された検知電圧Vn+1-aveは、比較手段によって帯電交流ピーク間電圧選択閾値V0と比較される。このとき、Vn+1-ave＜V0であれば、画像形成時の帯電交流ピーク間電圧にはVpp-nを選択し、Vn+1-ave≧V0であれば、これをVpp-(n+1)に切り替えて画像形成を行う。

この方法は、不必要な帯電電圧を印加しないので、短時間で行うことができるため、前回転時間を延ばすことがない。

（４−２）前回転における感光ドラム上の異物除去交流ピーク間電圧の選択および印加
画像形成が終了しメインモータが停止したとき、主に、感光ドラム上のクリーニングブレード当接位置に付着した転写残りトナーなどの異物に起因して長手一様の白スジ画像が発生するのを防ぐために、前回転時には、異物除去バイアスとして、選択された帯電交流ピーク間電圧よりも大きい交流ピーク間電圧を、少なくとも感光ドラム1周分以上印加する。このような異物除去バイアスは、より好ましくは画像形成直前の前回転時に印加されることに大きな意味を持つ。前ジョブの停止時に付着してとれにくくなった異物は、前回転時に印加される異物除去バイアスによって画像形成直前までに効率的に除去されるため、画像形成直前には、感光ドラム表面はリフレッシュされ、常に良好な画像を提供できる。
本実施例で用いられる異物除去交流ピーク間電圧の選択及び印加は、画像形成前の前回転時における帯電交流ピーク間電圧選択制御の後に行われる。異物除去交流ピーク間電圧は、カートリッジのメモリ情報を用いる事で、異物を除去できる最低限必要な交流ピーク間電圧を用いるため、感光ドラム削れを最小限に抑え、かつ確実に異物を除去する事ができる。

本実施例の特徴であるカートリッジのメモリ情報を用いた異物除去交流ピーク間電圧選択について詳細に説明する。

カートリッジに使用されているそれぞれの部品の特性及び使用状態によって最低限必要な異物除去交流ピーク間電圧は変わることが分かっている。特に感光ドラム表面の削れに伴ったインピーダンス低下の影響により、異物除去交流ピーク間電圧は段階的に低くする事が可能である。

筆者らの鋭意検討の結果によると、図１０に示すように、異物除去に最低限必要な交流ピーク間電圧はドラム使用量：Ｄに応じて段階的に低くする事が可能であることが判った。これを基に本実施例では、感光ドラム使用開始時には異物除去交流ピーク間電圧として、２０００Ｖを感光ドラム1周分に相当する時間印加し、感光ドラムの使用に伴って印加する交流ピーク間電圧を段階的に低下させ、ドラム使用量：Ｄ＝１５０％において１７５０Ｖまで低下させた。その結果、確実に異物を除去できる交流ピーク間電圧である２０００Ｖを終始印加し続けた場合と比べ、ドラム寿命を約５％延ばす事に成功した。

本発明では、カートリッジＣのメモリ２１０に記憶されるドラム使用量（プリント枚数、ドラム回転時間、帯電印加時間の少なくとも一つ以上から算出する）に応じて、異物を除去できる最低限必要な異物除去交流ピーク間電圧Vpp(D)を選択する。

本実施例では、図１１にあるように、メモリ２１０に以下の情報を記憶する領域を設けてある。

（１）感光ドラム２０1や帯電ローラ２０２の特性によって決定されるドラム使用量データ演算式の係数情報をメモリ２１０に格納させる。

（2）画像形成装置本体によって計測される帯電バイアス印加時間と感光体ドラム２０１の駆動時間と係数情報によってドラム使用量Ｄ（ドラム使用量情報）を計算して本体からメモリに書き込む。

（３）主に、感光ドラムのインピーダンス特性によって決まるドラム使用量タイミング（閾値）情報Ｄｉと、それに対応した異物除去に必要な交流ピーク間電圧Ｖｐｐ(D)の情報をメモリに格納させる。

メモリ２１０内には様々な情報が格納されているが、本実施例では少なくとも、ドラム使用量演算式係数：φと、ドラム使用量閾値Diに対応した異物除去交流ピーク間電圧Vpp(D)が格納されているものとする。Vpp(D)や係数は、感光体ドラム２０１の特性情報として、例えば感度やドラム材料、製造時の膜厚及び帯電ローラ２０２の特性により変化するものであり、それぞれの特性に応じた値がカートリッジ製造時にメモリ２１０に書き込まれる。又、これらメモリ情報は本体制御部２３８内と常に送受信可能な状態になっており、これら情報を元に演算され、制御部２３８によってデータの照合が行われている。

本実施例におけるドラム使用量データの算出法について説明する。感光回転時間データを積算したものＢと、帯電バイアス印加時間データを積算したものＡと、プロセスカートリッジＣのメモリ２１０に格納される重み付け係数φを用いた換算式Ｄ＝Ａ＋Ｂ×φにより演算部２３８でドラム使用量Ｄが演算され、演算後プロセスカートリッジＣのメモリ２１０に記憶される。なお、ドラム使用量データの演算は、感光体ドラム２０１の駆動が停止した際に随時行われるものとする。

エンジンコントローラ２３７は、プロセスカートリッジＣ側の記憶部であるメモリ２１０と情報の読み書きを行う。（２）、（３）の情報を用いて、異物除去に最低限必要な異物除去交流ピーク間電圧を決定する制御を行うものである。

（５）前回転における転写シーケンス
図１２に帯電バイアス印加シーケンスと感光ドラム上電位との関係を示す。
図１２に示す通り、転写バイアスは、帯電交流電圧選択バイアスの印加が終了した直後（S３０3）より、プラスバイアス（弱バイアス）の印加を開始する。前回転中には、画像形成時の適正転写バイアスを決定するためATVC制御を行う。これを具体的に述べると、一定の値である感光ドラムの暗部（Vd 部）に一定電流を流して発生電圧をモニタし、その電圧を、（１）等倍、（２）係数倍、（３）一定電圧を加える、等の組合せを行って印加バイアスを制御するもので、環境変動や転写材サイズの差異などによる転写性のバラツキの発生防止に一定の効果を挙げている。前回転工程が終了すると、画像形成に入るため、ATVCで決定された画像形成のための適正転写電圧（プリントバイアス）が印加され（S３０4）、感光ドラム上のトナー像を転写材に転写する。

帯電交流電圧選択バイアス印加が行われているときは感光ドラム上電位Vdが所望のドラム電位Vdにのり切っていないため不安定であり、異物除去バイアスが印加されると感光ドラム上電位Vdが安定してくる。

本実施例の構成である図１２によれば、帯電バイアス選択工程中（S３０2〜S３０3）は、感光ドラム上電位は所望の値にのり切っていないが、異物除去バイアスVpp(D)が印加されると感光ドラム上電位Vdは所望の値に安定するので、異物除去バイアスVpp-1印加が終了した直後（S３０4）から、画像形成に入ることができる。また、帯電バイアス選択工程中（S３０2〜S３０3）は、転写の正極性電圧を印加しないので、転写電圧によって感光ドラムが正極性に帯電し、感光ドラム表面の感光層にメモリが発生することもない。

逆に、図１３のように、本例とは印加順序を逆にして、異物除去バイアスを先に印加（S３０6〜S３０7）した後、帯電バイアス選択工程を行う（S３０7〜S３０8）と、異物除去バイアスを印加している間（S３０6〜S３０7）に安定した感光ドラム上電位Vdが帯電バイアス選択工程（S３０7〜S３０8）には不安定になる。加えて、帯電バイアス選択工程中（S３０7〜S３０8）は、ATVCなどの転写制御の目的で、転写の正極性電圧（弱バイアス）を印加している。感光ドラム上の電位Vdが不安定な領域において、転写の正極性電圧が印加されると、転写電圧の影響で感光ドラム上がプラス帯電する。ゆえに、帯電バイアス選択工程終了直後（S３０8）に画像形成に入ると、このプラス帯電した領域では、画像形成直後の感光ドラム1周目（S３０8〜S３０9）の間は、感光ドラム上には十分な電位Vdを乗せきることができず、この部分（S３０8〜S３０9）では、帯電不良が発生じてしまう。

これを回避するためには、画像形成前に画像形成時の帯電バイアスを感光ドラム1回転分（S３０8〜S３０9）余分に印加して感光ドラム上を予備帯電した後（S３０9）から画像形成に入れば良いが、この方法では、時間T5だけ前回転工程を延長しなければならず、画像形成に時間がかかってしまう。

以上の事から明らかなように、前回転工程の時間が短縮される事からも、前回転中の画像形成時の帯電バイアス選択工程を先に、異物除去交流ピーク間電圧の印加を後に行う事がより好ましい。

実施例の画像形成装置の帯電バイアスを説明するフローチャート。 従来の画像形成装置の概略図。 従来の画像形成装置の動作シーケンスを説明するフローチャート。 帯電交流ピーク間電圧選択制御の帯電バイアス電源回路を説明する概念図。 感光ドラム表面に付着した異物に起因する白スジ画像を説明する図1。 感光ドラム表面に付着した異物に起因する白スジ画像を説明する図2。 実施例の画像形成装置の概略図。 実施例のプロセスカートリッジの概略図。 帯電バイアス電源回路を説明する概念図。 実施例の異物除去交流ピーク間電圧の変化を表す図。 カートリッジに搭載されるメモリの詳細図。 実施例のシーケンスチャートと感光ドラム上電位の関係を示す図。 比較例のシーケンスチャートと管区ドラム上電位の関係を示す図。

Claims (5)

1. 少なくとも、回転可能な像担持体と、
   前記像担持体に接触する帯電手段と、
   前記帯電手段に1つの電圧昇圧手段で交流と直流の重畳電圧を出力し、2種類以上の交流ピーク間電圧を段階的に印加可能な帯電バイアス電圧電源回路と、
   帯電バイアス電圧印加時に前記像担持体に流れる帯電交流電流を検出する帯電交流電流検出手段と、
   帯電交流ピーク間電圧選択を行う制御手段と、
   前記像担持体の使用量に関する情報を記憶する記憶手段と、
   を有する画像形成装置において、
   非画像形成工程において、画像形成時の帯電バイアス選択工程と、前記帯電バイアス選択工程で選択された帯電バイアス以上の交流ピーク間電圧（Vpp(Ｄ)）を印加する工程とを含み、
   前記像担持体の使用量に関する情報に応じて、前記像担持体の使用量増加に伴って前記交流ピーク間電圧Vpp(Ｄ)を段階的に低くする事を特徴とする画像形成装置。
2. 非画像形成工程における帯電バイアス電圧印加は、前記帯電バイアス選択工程を先に、前記交流ピーク間電圧Vpp(Ｄ)を後に行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記帯電交流ピーク間電圧制御の非画像形成工程における帯電バイアス選択のための帯電電圧印加時間が、前記像担持体が1回転する時間以上であり、
   前記交流ピーク間電圧Vpp（D）が、前記像担持体が1回転以上する時間であることを特徴とする請求項1及び同２に記載の画像形成装置。
4. 動作条件が変更可能な画像形成装置に装着され、電子写真用感光体を有するプロセスカートリッジに備えられるメモリ媒体であって、
   前記メモリ媒体は、プロセスカートリッジの使用量を記憶する第一の記憶領域と、
   第一の記憶領域に記憶したプロセスカートリッジの使用量と比較される閾値を記憶する第二の記憶領域と、
   プロセスカートリッジの使用量が第二の記憶領域に記憶した閾値に達したときに、非画像形成工程において画像形成時に印加される帯電バイアス以上の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ（Ｄ）を特定するデータを記憶する第三の記憶領域と、
   を有することを特徴とするメモリ媒体。
5. 画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
   像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電部材と、
   前記プロセスカートリッジに関する情報を記憶するメモリ媒体と、を有し、
   前記メモリ媒体は、プロセスカートリッジの使用量を記憶する第一の記憶領域と、第一の記憶領域に記憶したプロセスカートリッジの使用量と比較される閾値を記憶する第二の記憶領域と、プロセスカートリッジの使用量が第二の記憶領域に記憶した閾値に達したときに、非画像形成工程において画像形成時に印加される帯電バイアス以上の交流ピーク間電圧Ｖｐｐ（Ｄ）を選択する際に用いられるデータを記憶する第三の記憶領域と、を有するメモリ媒体を有するプロセスカートリッジ。

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