JP2007133038A - 画像形成装置とその制御方法、及びカートリッジ、カートリッジに搭載される記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置における放電電流制御を改良し、もって安定した帯電が行われ、良好な画像を提供可能にすること。
【解決手段】 微分回路を用いた放電電流制御を行い、所定のタイミング（像担時体の所定の使用量、帯電部材の構成、環境）毎に帯電部材に流れる交流電流量の制御範囲を変更する。これにより、ドラム使用量、帯電部材の構成、環境等にかかわらず、画像不良等の問題を起こすことなく均一な帯電が行われ、長期にわたる高画質、高品質化が図られる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、たとえば画像形成装置およびその制御方法に関し、より詳しくは、電子写真方式の画像形成装置およびその制御方法に関する。

図１７に、従来の画像形成装置の概略構成を示す。同図に示される画像形成装置はたとえば電子写真方式の複写機もしくはプリンタである。

１００は潜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」という。）であり、矢印Ａで示される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１００表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１００表面のトナー像は、転写装置１０５によって、不図示の給紙部から給送された紙等の記録媒体１０４に転写される。トナー像が転写された記録媒体１０４は感光ドラム１００表面から分離されて定着装置１０６へ導入され、ここで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１００表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、繰り返し作像に供される。

電子写真方式の画像形成装置は、概ね以上のような構成により、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。

帯電装置１０１における具体的な帯電方式として、例えばローラ帯電部材（以下「帯電ローラ」という。）を感光ドラム１００表面に当接し、この帯電ローラに電圧を印加して感光ドラムを帯電する方式が知られている。上記帯電ローラに正弦波交流電圧の出力電圧を印加すると、帯電ローラ−感光ドラム間の抵抗性負荷に流れる抵抗負荷電流と、帯電ローラ−感光ドラム間の容量性負荷に流れる容量負荷電流と、帯電ローラ−感光ドラム間の放電電流とが流れる。したがって帯電ローラには、これらの電流が合計された電流が流れる。この際、安定した帯電を得るためには放電電流量を所定値以上にすると良いことが経験的に分かっている。

図１８は、帯電ローラに電圧Ｖｃを印加した場合の、帯電ローラに流れる電流Ｉｃの特性を表した図である。なお、Ｖｃは交流電圧のピーク電圧値、電流は交流電流の実効値で表している。帯電電圧：Ｖｃの振幅を徐々に上昇させると、これに伴って帯電電流が流れる。所定電圧Ｖｈ以下では、交流電圧の振幅と出力電流は略比例している。これは、抵抗負荷電流と容量負荷電流は電圧振幅に比例し、且つ電圧振幅が小さいために放電現象が発生せず、放電電流が流れないためである。そして、更に印加電圧大きくしていくと所定電圧Ｖｈで放電現象が始まり、帯電電流Ｉｃは比例関係から外れ、放電電流Ｉｓ分だけ多く流れるようになる。安定した帯電を得るためには、この放電電流Ｉｓが所定値以上となるように、帯電電圧Ｖｔを設定すればよい。

しかし、感光ドラムへの放電電流Ｉｓの増加は、感光ドラムの劣化が促進させる。この現象は放電によるエネルギーによって感光ドラム表面が磨耗することで起こる。感光ドラムの磨耗が進むと感光ドラムの帯電性能等が低下し、異常画像の発生といった問題を起こす。よって、安定した帯電を得られ、かつ前記問題を解決するためには、必要最小限の電圧印加により、プラス側、マイナス側へ交互に起こす放電を最小限とする必要がある。

しかし、実際には感光ドラムへの印加電圧と放電量の関係は常に一定ではなく、感光ドラムの感光体層や誘電体層の膜厚、帯電部材や空気の環境変動等により変化する。また、放電量の変化は、前述の環境変動による原因の他に、帯電部材の製造ばらつきや汚れによる抵抗値変動、耐久による感光ドラムの静電容量変動、画像形成装置本体の高圧発生装置の特性ばらつきなどでも発生することが判っている。

このような放電量の変化を抑制する手法としては、「放電電流制御方式」が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この方式は帯電部材に印加する交流電圧を可変な構成をとる。ここで、放電現象が開始する電圧Ｖｈ未満での電圧レベルと、Ｖｈ以上の電圧レベルの少なくとも２点において、それぞれの交流電流値を電流検出手段で検出する。そして、検出した交流電流値から最適な放電量となる交流電圧値を算出し、帯電部材に印加する交流電圧の電圧レベルを決定する。

図１８において丸印で示したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点はそれぞれ、検出を行うポイントを示している。放電現象が開始する電圧Ｖｈ以下の電圧でＡ，Ｂの２点をサンプルすることで、放電電流が発生しない領域の帯電交流印加電圧Ｖｃと帯電電流Ｉｃの特性ＬＩＮＥ−Ａが測定される。同様に、Ｃ，Ｄの２点をサンプルすることで放電電流が発生する領域におけるＶｃとＩｃの特性ＬＩＮＥ−Ｂが測定される。このような方法で得られた２つの特性ラインの関係から放電電流値を所定レベルとするための帯電交流電圧のレベルを算出し、これに応じて帯電交流電圧を設定することで、放電電流を所望の値にする制御を行う。

特開２００１−２０１９２１号公報 特開２００４−１５７５０１号公報

しかしながら、従来の放電電流制御方式では、電流検出手段が検出した検出値に誤差が生じた場合、放電電流の制御精度が大きく悪化してしまうという問題があった。前述の通り、従来の放電電流制御では、放電開始電圧Ｖｈ未満のポイント（図１８のＡ、Ｂ点）で検出した帯電交流印加電圧Ｖｃ−帯電電流Ｉｃ特性と、Ｖｈ以上のポイント（図１８のＣ、Ｄ点）で検出したＶｃ−Ｉｃ特性とに基づいて放電電流を算出する。しかし、Ａ，Ｂ点とＣ，Ｄ点では電流のレベルの差が大きいため、検出値に誤差が生じた場合、放電電流値の算出値にも誤差が発生する場合があった（特許文献２参照）。

また、電気ノイズ等により交流電流値に異常値が発生した際には、帯電ローラに流れる交流電流量が過大または過小な値に制御され、良好な帯電の得られる目標値になるまでの時間が延びる可能性があった。

そこで本発明は、画像形成装置における放電電流制御を改良し、もって安定した帯電が行われ、良好な画像を提供可能にすることを目的とする。

本発明の一側面に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電する帯電部材と、前記帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加される電圧を制御するための制御値を記憶する記憶手段と、前記帯電部材に流れる電流量を検出する電流検出手段と、前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧のピーク値を検出する電圧ピーク値検出手段と、前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧波形の微分波形のピーク値を検出する微分波形ピーク値検出手段と、前記電流検出手段により検出された前記電流量と、前記電圧ピーク値検出手段により検出された前記電圧のピーク値と、前記微分波形ピーク値検出手段により検出された前記電圧波形の微分波形のピーク値とに基づいて、前記制御値を設定する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記制御値を、目標値を含んだ所定範囲内に設定することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置における放電電流制御を改良することで、安定した帯電が行われ、良好な画像を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

（画像形成装置の構成と動作の概略）
図１は、本実施形態における画像形成装置の構成図である。画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタ１００は、記録紙Ｐを収納するデッキ１０１を有する。デッキ紙有無センサ１０２はデッキ１０１内の記録紙Ｐの有無を検知する。紙サイズ検知センサ１０３はデッキ１０１内の記録紙Ｐのサイズを検知する。ピックアップローラ１０４はデッキ１０１から記録紙Ｐを繰り出す動作を行う。デッキ給紙ローラ１０５はピックアップローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送する。リタードローラ１０６は、デッキ給紙ローラ１０５と対をなして設けられ、記録紙Ｐの重送を防止する。

デッキ給紙ローラ１０５の下流において、給紙センサ１０７は後述する両面反転部からの給紙搬送状態を検知する。給紙搬送ローラ１０８はさらに下流へと記録紙Ｐを搬送する。レジストローラ対１０９は記録紙Ｐを同期搬送する。レジ前センサ１１０はレジストローラ対１０９への記録紙Ｐの搬送状態を検知する。

また、レジストローラ対１０９の下流において、プロセスカートリッジ１１２は後述するレーザスキャナ部１１１からのレーザ光に基づいて感光ドラム１上にトナー像を形成する。ローラ部材１１３（以下「転写ローラ」という。）は感光ドラム１上に形成されたトナー像を記録紙Ｐ上に転写する。放電部材１１４（以下「除電針」という。）は、記録紙Ｐ上の電荷を除去し感光ドラム１からの分離を促進する。

搬送ガイド１１５は除電針１１４の下流に設けられる。定着ローラ１１７は記録紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のハロゲンヒータ１１６を備え、加圧ローラ１１８と接触するように設けられる。定着排紙センサ１１９は定着部からの搬送状態を検知する。両面フラッパ１２０は定着部から搬送されてきた記録紙Ｐを排紙部または両面反転部に行き先を切り替える。排紙部側の下流において、排紙センサ１２１は排紙部の紙搬送状態を検知する。排紙ローラ対１２２は、記録紙を排紙する。一方記録紙Ｐの両面に印字するために片面印字終了後の記録紙Ｐを表裏反転させ、再度画像形成部へと給紙するための両面反転部側において、反転ローラ対１２３は正逆転によって記録紙Ｐをスイッチバックさせる。反転センサ１２４は反転ローラ対１２３への紙搬送状態を検知する。Ｄカットローラ１２５は記録紙Ｐの横方向位置を合わせるための横方向レジスト部（不図示）から記録紙Ｐを搬送する。両面センサ１２６は両面反転部の記録紙Ｐの搬送状態を検知する。両面搬送ローラ対１２７は両面反転部から給紙部へと記録紙Ｐを搬送する。

また、前記スキャナ部１１１は以下の構成を備える。レーザユニット１２９は外部装置１２８から送出される画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光する。ポリゴンミラー１３０およびスキャナモータ１３１はレーザユニット１２９からのレーザ光を感光ドラム１上に走査する。スキャナ部１１１はこの他に、結像レンズ群１３２及び折り返しミラー１３３を備えている。

前記プロセスカートリッジ１１２は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム１、帯電部材である帯電ローラ２と現像ローラ１３４、トナー格納容器１３５等を具備しており、レーザプリンタ１００に対して着脱可能に構成されている。

高圧電源部３は、後述する帯電高圧回路（帯電出力回路）の他に、現像ローラ１３４、転写ローラ１１３、除電針１１４に所望の電圧を給電する高圧回路を有している。メインモータ１３６は各部に動力を供給する。プリンタ制御部４はレーザプリンタ１００を制御する。プリンタ制御部４は具体的には、ＭＰＵ（マイクロコンピュータ）５及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。ＭＰＵ５は、ＲＡＭ５ａ、ＲＯＭ５ｂ、タイマ５ｃ、デジタル入出力ポート（以下「Ｉ／Ｏポート」という。）５ｄ、アナログ−デジタル変換入力ポート（以下「Ａ／Ｄポート」という。）５ｅ、デジタル−アナログ出力ポート（以下「Ｄ／Ａポート」という。）５ｆ等を含む。プリンタ制御部４はインターフェイス１３８を介してパーソナルコンピュータ等の外部装置１２８に接続される。

次に、図２の帯電出力回路の回路図に基づいて帯電高圧出力制御を説明する。

帯電出力回路は直流高圧に交流高圧が重畳された帯電高圧を生成し、図の出力端子２９９より出力するものである。出力端子２９９は感光ドラム１に接触した帯電ローラ２に接続されている。ＣＰＵ２４５のＩ／Ｏポート２４５ｄからクロックパルス（ＰＲＩＣＬＫ）が出力されると、プルアップ抵抗２６０、ベース抵抗２３８を介してトランジスタ２３９がスイッチング動作する。これによりクロックパルス（ＰＲＩＣＬＫ）は、プルアップ抵抗２３７と、ダイオード２４０を介して接続されているオペアンプ２６５との出力に応じた振幅のクロックパルスに増幅される。この振幅が大きいと、後述する高圧トランス２０４に入力される正弦波の駆動電圧振幅も大きくなり、結果として高圧交流電圧レベルも大きくなる。クロックパルスはコンデンサ２２４を介し、抵抗２２３〜２３２、コンデンサ２１６〜２２０と、オペアンプ２１７，２２０によって構成されるフィルタ回路２３５に入力され、該フィルタ回路２３５からは＋１２Ｖを中心とした正弦波が出力される。そしてこの出力はプッシュプルの高圧トランスドライブ回路２０５を介して高圧トランス２０４の一次巻線に入力され、二次巻線側に正弦波の交流高圧が発生する。また、高圧トランス２０４の二次側の一方は抵抗２４６を介して直流高圧発生回路２４７に接続されていることにより、直流高圧に交流高圧が重畳された高圧バイアスが出力保護抵抗２０３を介して出力端子より出力され、帯電ローラ２０２に給電されている。

（交流高圧回路について）
次に、交流高圧回路の電流検知部について説明する。前述の交流高圧発生回路の駆動によって発生した交流帯電電流は、コンデンサ２４８を通過し、矢印Ａ方向の半波はダイオード２５０、矢印Ｂ方向の半波はダイオード２４９を介して流れる。ダイオード２５０を通過した矢印Ａ方向の半波電流は抵抗２５７、コンデンサ２５６で構成された積分回路によって、直流電圧に変換される。オペアンプ２６５の負極入力端子の電圧Ｖｎは次式で示されるような特性となる。

Ｖn＝Ｒs×Ｉmean （式１−１）

ここで、Ｉmeanは帯電交流電流の半波の平均値、Ｒｓは抵抗２５７の抵抗値である。

一方、オペアンプ２６５の正極入力端子には、ＣＰＵ２４５から出力された電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）が入力される。電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）は交流電流レベルを設定する信号であり、０Ｖから５Ｖまでの間で変化するアナログ信号である。
一方、オペアンプ２６５の正極入力端子には、ＣＰＵ２４５から出力された電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）が入力される。電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）は交流電流レベルを設定する信号であり、０Ｖから５Ｖまでの間で変化するアナログ信号である。

オペアンプ２６５の負極入力端子の電圧Ｖnが電流制御信号ＰＲＩＣＮＴよりも小さい場合はオペアンプ２６５の出力が大きくなる。前述したように、オペアンプ２６５の出力が大きくなると、フィルタ回路２３５に入力されるクロックパルスの振幅が大きくなり、高圧交流電圧は大きくなる。このような構成とすることで、高圧交流電圧のレベルは、交流電流が電流制御信号ＰＲＩＣＮＴに応じた値となるように制御される。すなわち、電流制御信号ＰＲＩＣＮＴに応じた定電流制御が行われる。帯電交流電流の制御値は次式で示される特性となる。

Ｉmean＝ＰＲＩＣＮＴ／Ｒs （式１−２）

また、オペアンプ２６５の正極入力端子にはトランジスタ２６０が接続されている。トランジスタ２６０はＣＰＵ２４５から出力された帯電高圧駆動信号（ＰＲＩＯＮ）信号によって駆動する。帯電高圧駆動信号（ＰＲＩＯＮ）は帯電高圧出力の駆動、停止を切り替える信号である。信号がＨＩＧＨレベルの場合はトランジスタ２６０がオン状態となり、オペアンプ２６５の正極入力が０Ｖとなることでオペアンプ２６５の出力が０Ｖとなる。これにより、帯電交流出力が停止状態となる。

次に、帯電出力回路の電圧検出部について説明する。本実施形態における帯電出力回路は、次の電圧検出回路Ａ、Ｂの２つの電圧検出回路を有する。

（電圧検出回路Ａ）
電圧検出回路Ａは帯電交流電圧のピーク電圧値を検出する。図３は帯電交流波形と電圧検出回路Ａによって検出されるピーク電圧値との関係を示したものである。（Ａ−１）は帯電交流波形が正弦波の場合である。この場合はＶp1のレベルが電圧検出回路Ａによって検出される。一方、（Ａ−２）は交流波形のピーク部で歪みが発生した場合の波形である。破線は正弦波である（Ａ−１）の波形を示しており、ピークとなる部分で歪みが生じ、ピーク電圧がＶp1よりΔｈ低下している。電圧検出回路ＡではＶp2の値が検出される。

次に、電圧検出回路Ａの動作について説明する。ピーク電圧の検出は帯電高圧出力端子２９９と同電位のラインに接続されたコンデンサ２７１に流れる電流を検出することで行なう。コンデンサ２７１には帯電交流電圧の印加によって交流電流が流れ、ダイオード２７６と２８９で分流される。

図２において、矢印Ｄの方向の半波電流はダイオード２７６、矢印Ｃ方向の半波電流はダイオード２８９を介して流れる。矢印Ｃ及び矢印Ｄの半波電流の平均値：Ｉcap(av)は次式で表わされる。

Ｉcap(av)＝２×Ｖp×ｆ×Ｃ271 （式２−１）

ここで、Ｃ271はコンデンサ２７１の静電容量値、ｆは帯電交流出力の周波数、Ｖpは帯電交流出力のピーク電圧値である。式２−１から明らかなように、半波電流の平均値Ｉcap(av)は帯電交流電圧のピーク値に応じたレベルである。

ダイオード２７６を通過したＤ方向の半波電流はオペアンプ２８１、抵抗２８２、抵抗２８３、コンデンサ２８８で構成された積分回路に入力される。コンデンサ２８８の容量は十分に大きく設定されており、半波電流はコンデンサ２８８及び抵抗２８３によって整流されてコンデンサ２８８の端子間には直流電圧が発生する。

コンデンサ２８８の端子間に発生する電圧Ｖ288は次式で表される。

Ｖ288＝Ｉcap(av)×Ｒ283 （式２−２）

コンデンサ２８８の端子間電圧Ｖ288はオペアンプ２８１によって、ＣＰＵ２４５のアナログ入力端子２４５ｆにピーク電圧検出信号ＰＲＩＶＳとして入力される。ピーク電圧検出信号ＰＲＩＶＳのレベルは式２−１及び式２−２から、次式のようになる。

ＰＲＩＶＳ＝Ｃ271×ｆ×Ｒ283×２×Ｖp （式２−３）

（電圧検出回路Ｂ）
電圧検出回路Ｂは帯電交流電圧波形の微分波形のピーク電圧値を検出する。

図３の（Ｂ）は交流電圧波形（Ａ−２）の微分波形を示している。（Ｂ）の破線部は正弦波の形状を示す。（Ａ−２）で歪みが発生しているピーク付近の領域では、微分波形（Ｂ）も正弦波から歪んだ形状となっている。一方、（Ａ−２）で歪みが発生していない位相の領域では、微分波形（Ｂ）は正弦波の形状であり、そのピーク値は（Ａ−２）波形のピーク値と同じＶp1となる。すなわち、電圧検出回路Ｂは、歪みが発生した帯電交流波形のピーク電圧値に対して歪み量Δｈを加算したＶp1の電圧を検出する。

次に、電圧検出回路Ｂの動作を説明する。帯電出力電圧はコンデンサ２７１と抵抗２７３によって分圧されて低い電圧レベルに変換される。コンデンサ２７１と抵抗２７３の間にはダイオード２８９が介されているため、オペアンプ２８６の正入力には半波の交流波形が入力される。ここで、コンデンサ２７１のインピーダンスは抵抗２７３のインピーダンスよりも十分に大きく設定されている。すなわち、オペアンプ２８６の正極入力部には、帯電交流電圧の微分波形が分圧された交流波形の半波波形が発生する。微分された波形はピーク電圧検出回路に入力される。ピーク電圧検出回路は、オペアンプ２８６、オペアンプ２８０、ダイオード２７２、ダイオード２７９、コンデンサ２８４、抵抗２８５、抵抗２９９、抵抗２９８で構成される。ピーク電圧検出回路は、上記微分された波形を、オペアンプ２８１の負極入力端子に発生した交流波形のピーク値に応じた直流電圧に変換し、微分電圧検出信号ＰＲＩＤＶＳとして、ＣＰＵ２４５のアナログ入力端子２４５ｆに出力する。微分電圧検出信号ＰＲＩＤＶＳのレベルは次式で表わされる。

ＰＲＩＤＶＳ＝Ｃ271×ｆ×Ｒ273×π×２×Ｖd （式３）

ここで、Ｃ271はコンデンサ２７１の静電容量値、ｆは帯電交流出力の周波数、Ｒ273は抵抗２７３の抵抗値、πは円周率、Ｖdは帯電交流電圧の微分値のピーク電圧である。上記の式２及び式３から、ピーク電圧検出信号ＰＲＩＶＳと微分電圧検出信号ＰＲＩＤＶＳはいずれもコンデンサ２７１の静電容量値に対し比例関係にある。すなわち、コンデンサ２７１の静電容量値が環境条件等によって変動した場合でも、両信号間の相対値は一定となる。

（微分回路を用いた放電電流算出方法）
次に、本実施形態における放電電流の検出方法について説明する。本実施形態における画像形成装置においては、帯電交流電圧のピーク値と、帯電交流電圧微分値のピーク値を検出している。ここではこの両者のピーク電圧値差から算出したものを「放電電流値」と称し、この算出方法は本実施形態の特徴の一つである。

図５（ａ）は帯電ローラ２に印加する帯電交流電圧ピーク値及び帯電交流電圧微分ピーク値と帯電交流電流値Ｉcと特性を示す図である。帯電ローラ２に帯電交流電圧を印加することで帯電電流Ｉcが流れる。帯電交流電圧が放電開始電圧Ｖh以下の領域（非放電発生領域）では、帯電交流電圧の上昇に伴って帯電交流電圧のレベルに比例して帯電交流電流が直線的に上昇する。この領域では、帯電ローラ２と感光ドラム１との間の抵抗性負荷と容量性負荷に応じたニップ電流のみが流れる。帯電交流電圧が更に上昇し、放電開始電圧Ｖhを超える領域（放電発生領域）に達すると、帯電ローラ２と感光ドラム１との間で放電が起こり、前述のニップ電流に放電電流が加算された帯電電流Ｉcが流れる。非放電発生領域では帯電交流電圧ピーク値と帯電交流電圧微分ピーク値は一致する特性となるが、放電開始領域では、帯電交流電圧ピーク値はＬＩＮＥ−Ａ、帯電交流電圧微分ピーク値はＬＩＮＥ−Ｂとなり、２つの特性に差が発生する。

ＬＩＮＥ−ＡとＬＩＮＥ−Ｂの特性に差が生じる原因について、図６を用いて説明する。図６は帯電交流電圧を放電開始電Ｖhより高いＶａ’としたときの帯電交流電圧波形を示しており、交流波形のピーク付近で波形の歪みが発生している。この波形歪みは放電発生によってトランス２０４の出力に歪みが生じるために起こる。帯電交流電圧が放電開始電圧を超えると、交流電圧のピーク付近のタイミングで放電が発生し放電成分である電流が流れる。この放電成分である電流は急激な立ち上がりで瞬間的に流れる。帯電交流電圧を生成するトランス２０４に放電電流が流れると、トランス２０４のリーケージインダクタンスの働きでトランス２０４の出力端子間で電圧降下が発生し、出力電圧波形に歪みが生じるのである。

このとき、帯電交流電圧のピーク値はＶａ’となる。一方、帯電交流電圧微分値のピーク値はＶａ’に対して歪み量が加算されたＶｂ’となり、ＬＩＮＥ−ＡとＬＩＮＥ−Ｂで異なる特性になる。ＬＩＮＥ−Ａは放電開始電圧Ｖhを境界として不連続な特性となる。これに対して、ＬＩＮＥ−Ｂは帯電交流電圧微分値のピーク値に対し直線的に変化する特性となる。これは、トランスの動作特性により、トランスの出力電力は放電の有無に関係なく一定で動作するためである。

ＬＩＮＥ−ＡとＬＩＮＥ−Ｂの関係から、放電電流値を算出することができる。帯電交流電圧ピーク値Ｖp、帯電交流電圧微分ピーク値Ｖd、帯電電流Ｉcの場合、放電電流値Ｉsとは次式の関係が成り立つ。

Ｉs＝Ｉc×（Ｖd−Vp）／Vd （式４−１）

更に、式４−１と式２、式３から、放電電流は次式で算出できる。

Ｉs＝Ｉc×（１−π×（Ｒ273／Ｒ283）×（ＰＲＩＶＳ／ＰＲＩＤＶＳ）） （式４−２）

本実施形態の画像形成装置では、帯電交流電圧ピーク値Ｖpを前記電圧検出回路Ａで検出し、帯電交流電圧微分ピーク値Ｖdを前記電圧検出回路Ｂで検出し、帯電電流Ｉcは前記定電流制御回路で設定し、放電電流値を算出する。図５（ｂ）及び（ｃ）は、同図（ａ）に対応するＰＲＩＶＳ信号及びＰＲＩＶＤＳ信号の検出特性である。帯電交流電流ＩcがＩc’の場合、帯電交流電圧ピーク値はＶａ’、ＰＲＩＶＳ信号はＰＲＩＶＳ（１）となる。また、帯電交流電圧微分ピーク値はＶｂ’、ＰＲＩＤＶＳ信号はＰＲＩＤＶＳ（１）となる。ＣＰＵ２４５で検出したＰＲＩＤＳ信号及びＰＲＩＤＶＳ信号のレベルから、（式４−２）を用いて放電電流Ｉsを算出する。なお、（式４−２）で明らかなように、放電電流Ｉsの算出値にコンデンサ２７１の容量値は関係しない。すなわち、本実施形態における放電電流の算出方法においては、温度変化によるコンデンサの特性変化が発生した場合でも、放電電流は正確に算出することができる。

（微分回路を用いた放電電流制御）
次に、本実施例の画像形成装置のプリント動作時における一連の帯電高圧制御処理手順について説明する。

図４は本画像形成装置のプリント動作時のシーケンスを表した図である。装置本体１００のメイン電源がオンされると、定着装置を駆動し定着装置を所定温度まで立ち上げる等の一連の処理を行う前多回転工程を実行し、その後にスタンバイ状態となる。次に、プリント開始の命令が外部ホストコンピュータ等の外部装置１２８から受けると、所定の印字準備段階である前回転工程を実行し、その後に一連の電子写真プロセスによって記録紙にプリント動作を行うプリント工程に入る。ここで、複数枚のプリント動作を行うモードの場合には、次の記録紙に対してのプリント動作を行うまでの紙間工程で所定の処理を実行後、２枚目以降のプリント工程に移る。最後の記録紙のプリント工程が終了すると、後回転工程の後、再びスタンバイ状態に戻る。本実施形態の画像形成装置においては、前回転工程期間、プリント工程及び紙間工程において帯電交流高圧レベルを決定する処理を連続的に実行し、その結果に基づいてリアルタイムで帯電交流高圧レベルを制御する。

図７は本実施形態の画像形成装置におけるプリント動作時の処理手順を示すフローチャートである。

プリント動作が開始されると、ステップＳ７０２にて放電成分としての電流の制御値Ｉs(cnt)の設定を行う。この制御値Ｉs(cnt)は予め本体のメモリ内に格納された値を用いて設定する。

次にステップ７０３で、帯電電流の定電流制御レベルの初期値設定を行う。設定値には、たとえばＲＡＭ５ａに格納された電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）の値を用いる。

次に、ステップＳ７０４で前回転中の所定タイミングにおいて帯電ＤＣバイアスを駆動し、更にステップＳ７０５で帯電交流バイアス駆動信号ＰＲＩＯＮ信号をＬＯＷレベルに切り替える。これにより帯電交流バイアスが出力される。

続いて、ステップＳ７０６〜ステップＳ７０８では放電電流の測定を行う。具体的には、ステップＳ７０６で電圧検出回路Ａの検出値ＰＲＩＶＳを読み込み、ステップＳ７０７で電圧検出回路Ｂの検出値ＰＲＩＤＶＳを読み込む。そしてステップＳ７０８では、前工程で読み込んだＰＲＩＶＳ，ＰＲＤＶＳの値から前述の方法で放電電流値の算出を行う。

次に、ステップＳ７０９で、ステップＳ７０８で算出した放電電流値ＩsとステップＳ７０２で設定した制御値Ｉs(cnt)の比較を行い、ＩsがＩs(cnt)以上である場合はステップＳ７１０に進み、電流制御信号レベルを所定レベル小さくする処理を行う。これにより、帯電交流出力のレベルが小さく制御される。一方、ステップＳ７０９でＩsがＩs(cnt)より小さい場合はステップＳ７１０に進み、電流制御信号（ＰＲＩＣＮＴ）のレベルを所定レベル大きくする処理を行い、これにより帯電交流出力のレベルが大きくなるように制御される。

続いて、ステップＳ７１２において、プリント終了かを判断し、プリントが継続される場合はステップＳ７０６に戻り、同様の処理が繰り返される。このような繰り返し処理を行うことで、放電電流値が所望のレベルＩs(cnt)となるように帯電交流出力が制御される。一方、ステップＳ７１２でプリント終了の場合は、帯電交流バイアス駆動信号ＰＲＩＯＮ信号をＨＩＧＨレベルに切り替えて帯電交流バイアスを停止し（ステップＳ７１３）、帯電ＤＣバイアスを停止（ステップＳ７１４）して、一連の処理を完了する。上記一連の処理は、前回転工程期間、プリント工程及び紙間工程において連続的に実行されるため、放電成分である電流値が常に所望の値となるようにリアルタイムで帯電交流高圧レベルが制御され、所定の交流電流量が帯電部材に流れる。

（交流電流量の制御範囲の設定）
前記のような制御を行った際、以下の（１）〜（４）の点が明らかになった。

（１）図８のように帯電部材の構成が違うことで、耐久初期の状態において交流電流値に差があった。
（２）同じく図８のように耐久を進めることで、帯電部材の構成によって耐久中の交流電流値の減少度が異なる。
なお帯電部材（帯電ローラ）の構成とは、例えば帯電部材の材質や硬度等である。

上記（１）と（２）に示した現象が起こる理由は、帯電特性、耐久による汚れ、ドラム削れ等による放電電流量の変化が帯電部材の構成によって異なるためである。

（３）帯電部材の交流電流量は環境によって影響を受け、耐久度によって環境の影響度が異なる。耐久初期で環境差による交流電流値変化が大きく、耐久後半では環境差による交流電流値変化が小さい場合（たとえば図９に示される場合）や、あるいはその逆の場合がある。
（４）放電電流値が常に所望の値となるようにリアルタイムで帯電交流高圧レベルが制御される構成を考える。ここで目標となる制御値だけを設定した場合、電気ノイズ等により交流電流値に異常値が発生した際には放電電流が過大あるいは過小な値に制御される場合がある。この場合、良好な帯電の得られる本来の目標値（制御値）になるまで制御が繰り返され、制御時間およびプリント時間が長くなる場合がある。

本実施形態では、上記（４）に関して、図１０に示されるように制御値を所定の値にするのではなく、所定の範囲とする。これにより、電気ノイズによる影響が軽減され、しかも、図１１に示されるように、目標となる制御値の前に制御範囲に到達するため、制御時間を短縮することができる。たとえば、図１０の制御範囲設定前は制御値に達する所要時間が１４ｍｓだったの対し、図１１の制御範囲設定後は所要時間が１０ｍｓにすることができた。

これを受けて上記（１）〜（３）に関しても、帯電部材の構成毎、環境毎に制御範囲を設け、かつ帯電部材の耐久度によって制御範囲を変えることにする。これにより、良好な帯電を行うことのできる制御範囲をそれぞれの状況下に応じて設定でき、常に良好な帯電制御を行うことができる。

本実施形態では具体的に、感光ドラムの使用量に基づいた帯電部材の耐久度、帯電部材の構成情報、環境変化に伴う温湿度情報から、放電制御を行った際の帯電部材に流れる交流電流量の制御範囲を、図１２のように設定した。

図１３は図１２をグラフ化したものである。図１３から、まず、耐久初期の状態において、帯電部材の構成毎に初期交流電流量から制御範囲の中心値を決める。そして決定した中心値からさらに制御を行うべき制御範囲を設定する。また、耐久を行うと、帯電ローラの構成により交流電流値の減少度が異なるため、感光ドラム使用量が進んだ所定のタイミング（耐久カウント０〜４）で得られた交流電流値を中心として、各構成毎に帯電部材の交流電流値の制御範囲を設定した。

なお、耐久カウントとは、たとえばプリント枚数のことをいう。耐久カウントはドラム使用量の目安となる。ここでは一例として耐久カウント１＝プリント枚数１０００枚、耐久カウント２＝プリント枚数２０００枚、というように１０００枚毎に制御範囲を設定した。

また、図９に示すような帯電部材の耐久による環境依存性も考慮する。たとえば、帯電部材の耐久後半よりも耐久初期の方が環境による交流電流値の変化が大きい際、制御範囲を図１２のように耐久カウント０で±１００μＡ、耐久カウント４において±１５０μＡとして、耐久初期に制御範囲を狭めるようにする。こうして、耐久による環境変動を均一化した。

なお、感光ドラム使用量に基づいた帯電部材の耐久度、帯電部材の構成、環境、またそれら各々についての制御範囲の中心値及び制御範囲は、良好な帯電制御を行うという観点から前記以外の値や範囲を設定しても良い。

また、図１４に示すように、感光ドラム使用量に基づいた帯電部材の耐久度、帯電部材の構成情報、環境情報、またそれら各々についての制御範囲情報は、プリンタ制御部４のメモリ、たとえばＲＡＭ５ａ内に格納される。

よって、図１２および図１３は、本体側の記憶部であるメモリ内に格納された、感光ドラム使用量に基づいた帯電部材の耐久度、帯電部材の構成情報、環境変化に伴う温湿度情報から放電制御を行った際の帯電部材に流れる交流電流量の耐久推移と制御範囲を示したものである。

図１５は、本実施形態における画像形成装置におけるプリント動作の帯電高圧の一連の制御フロー図である。図７のフローチャートにおける処理ステップと同一の処理ステップについては同一の参照符号を付して、以下では図７と相違する点だけを説明する。

まず、ステップＳ７０２のかわりに、ステップＳ７２２としてメモリ情報（すなわち、ドラム使用量に基づいた帯電部材の耐久度、帯電部材の構成情報、環境情報、それら各々についての制御範囲情報）を読み出す。

また、ステップＳ７０９のかわりに、ステップＳ７２９として、放電電流値Ｉｓにより制御されて帯電部材に流れる交流電流値Ｉｃが制御範囲内にあるかどうかを判断する。ここでＩｃが制御範囲内にあるときはそのままステップＳ７１２に進む。一方、Ｉｃが制御範囲内にないときはステップＳ７３０に進み、Ｉｃが制御範囲の上限を超えているかを判定する。そして、Ｉｃが制御範囲の上限を超えているときはステップＳ７１０に進み、そうでない場合、すなわちＩｃが制御範囲の下限を下回っているときは、ステップＳ７１１に進む。

このように、帯電部材の構成毎、環境毎に制御範囲を設け、且つ帯電部材の耐久度によって制御範囲を変えることで、制御回数の増加を抑制し、且つ異常値が検出された際に良好な帯電の得られるようにした。これにより、帯電部材の構成、環境、帯電部材の耐久度が変わった場合にも常に良好な帯電制御を行うことができる。

以上説明したように本実施形態では、微分回路を用いた放電電流制御によって、精度良く帯電部材に所定の交流電流量を流すことができ、良好な帯電制御を可能にすることができる。また、制御値を所定の値としてではなく、所定の範囲とすることで、制御回数の増加を抑制し、且つ異常値が検出された際に良好な帯電を得られるようにした。

さらに、帯電部材の構成毎、環境毎に制御範囲を設け、且つ帯電部材の耐久度によって制御範囲を変えることで、帯電部材の構成、環境、耐久度が変わった際にも安定した帯電制御を継続して行うことができる。

なお、上述の実施形態では、帯電部材のベンダー情報ならびに構成毎の制御範囲情報、帯電部材の耐久情報ならびに耐久度による制御範囲情報、環境による制御範囲情報は、本体側であるプリンタ制御部４内のＲＡＭ５ａ内に格納されていた。この変形例として、これらの各情報は、図１６に示すように、プロセスカートリッジ１１２に設けられた不揮発性メモリ４００内の所定の記憶領域に格納されるようにしてもよい。このように前記の各情報をプロセスカートリッジ１１２側のメモリ４００に格納することにより、前記の各情報に変更が生じた際、メモリ４００の情報を変更して対応することができる。つまり、画像形成装置本体側の情報を変更することなくプロセスカートリッジ側のみの変更で対応が可能である。

実施形態における画像形成装置の構成図である。 実施形態における画像形成装置の帯電出力回路の構成図である。 実施形態における画像形成装置の電圧検出回路の検出特性の説明図である。 実施形態における画像形成装置のプリント動作を示すシーケンス図である。 実施形態における帯電交流電圧と帯電電流の特性図である。 実施形態における帯電交流電圧波形の説明図である。 実施形態におけるプリント工程時の処理フロー図である。 耐久での帯電ローラの交流電流量の推移を示す図である。 耐久カウントごとの、環境変動による帯電ローラの交流電流量の変化量を示す図である。 制御値を所定値に設定した場合の制御所要時間を示す図である。 制御値を所定範囲に設定した場合の制御所要時間を示す図である。 実施形態における帯電部材の各構成毎の交流電流値の制御範囲の例を示す図である。 図１２をグラフ化した図である。 実施形態におけるプリンタ制御部内のメモリに格納される情報の例を示す図である。 実施形態におけるプリント動作における帯電高圧の制御フロー図である。 変形例におけるプリンタ制御部内のメモリに格納される情報の例を示す図である。 従来の画像形成装置の概略構成を示す図である。 従来の放電電流制御に係る帯電交流電圧と帯電電流の特性図である。

Claims (9)

1. 像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電する帯電部材と、
   前記帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加される電圧を制御するための制御値を記憶する記憶手段と、
   前記帯電部材に流れる電流量を検出する電流検出手段と、
   前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧のピーク値を検出する電圧ピーク値検出手段と、
   前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧波形の微分波形のピーク値を検出する微分波形ピーク値検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された前記電流量と、前記電圧ピーク値検出手段により検出された前記電圧のピーク値と、前記微分波形ピーク値検出手段により検出された前記電圧波形の微分波形のピーク値とに基づいて、前記制御値を設定する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記制御値を、目標値を含んだ所定範囲内に設定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、さらに前記像担時体の使用量、前記帯電部材の構成、環境の少なくともいずれかに応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御値は、前記帯電部材に電圧を印加した際に発生する帯電交流電流レベルを設定する信号の値であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体と、前記帯電部材と、前記記憶手段とは、前記画像形成装置の本体に対して着脱可能に構成されたカートリッジに含まれることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の画像形成装置。
5. 像担持体と、前記像担持体の表面を帯電する帯電部材と、前記帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加される電圧を制御するための制御値を記憶する記憶手段とを備える画像形成装置の制御方法であって、
   前記帯電部材に流れる電流量を検出する電流検出工程と、
   前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧のピーク値を検出する電圧ピーク値検出工程と、
   前記電圧印加手段により前記帯電部材に印加された電圧波形の微分波形のピーク値を検出する微分波形ピーク値検出工程と、
   前記電流検出工程で検出された前記電流量と、前記電圧ピーク値検出工程で検出された前記電圧のピーク値と、前記微分波形ピーク値検出工程で検出された前記電圧波形の微分波形のピーク値とに基づいて、前記制御値を設定する制御工程と、
   前記制御値を、目標値を含んだ所定範囲内に設定する設定工程と、
   を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
6. 画像形成中に帯電部材から像担持体に流れる放電電流を算出し、算出した値に基づいて帯電部材に印加される電圧を制御して画像形成を行う画像形成装置に着脱可能なカートリッジであって、
   前記像担持体と、
   前記帯電部材と、
   前記帯電部材に印加される電圧を制御する制御値に係る情報を記憶する記憶手段と、
   を有することを特徴とするカートリッジ。
7. 前記制御値に係る情報とは、前記制御値を、目標値を含んだ所定範囲内に設定するための情報であることを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ。
8. 画像形成中に帯電部材から像担持体に流れる放電電流を算出し、算出した値に基づいて帯電部材に印加される電圧を制御して画像形成を行う画像形成装置に使用されるカートリッジに搭載された記憶装置であって、
   前記帯電部材に印加される電圧を制御する制御値に係る情報を記憶する記憶領域を有することを特徴とする記憶装置。
9. 前記制御値に係る情報とは、前記制御値を、目標値を含んだ所定範囲内に設定するための情報であることを特徴とする請求項８に記載の記憶装置。

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