JP2008209834A - 帯電状態検知装置、帯電制御装置、帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

帯電状態検知装置、帯電制御装置、帯電装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】被帯電体を帯電させる帯電部材に供給される帯電電流を容易に検出する。
【解決手段】高圧給電部80は、直流電流Idc及び交流電流Iacを重畳した帯電電流を帯電部材24に供給する。蓄電部90は、電流検出部82が出力する帯電電流を積分している。電流漏洩部92は、蓄電部90の端子電圧の1周期の振幅範囲の変動が所定値以下になるように電流を漏洩させる。直流電流検出部94は、電流検出部82が出力する帯電電流に含まれる直流電流を検出する。標本化部96は、蓄電部90の端子電圧と直流電流検出部94が出力する直流電流とを受け入れ、A/D変換した結果を演算部98に対して出力する。交流電流調整部100は、演算部98が算出する帯電電荷量及び放電電荷量の算出結果に応じて、交流電源86が出力する交流電流Iacの振幅を制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、帯電状態検知装置、帯電制御装置、帯電装置及び画像形成装置に関するものである。
特許文献1は、放電電流が発生しているときの電流波形全体の積分値と、電流波形のピーク値と印加電圧の波形から求められる電流波形の積分値との差分を一定値に維持するように、出力交流電圧のピーク間電圧を変化させる画像形成装置を開示する。また、特許文献2は、交流電流が印加される際に帯電部材に流れる電流を検出し、検出した電流と同一周波数の繰り返し波形との差を演算して、演算結果と基準値との比較結果に応じて高圧電源の出力を制御する画像形成装置を開示する。
特開2001−201919号公報 特開2002−72634号公報
接触帯電で放電電荷量を検知することは帯電制御において重要である。
しかしながら、上記従来例においては、電流値をデジタル化して積分しようとすると、電流値を高速でサンプリングする必要があり、電流をコンデンサに蓄積することによって積分しようとすると、帯電電流の直流成分によりコンデンサの電位が時間に比例して増大するのでリセットする必要がある。つまり、電流値をデジタル回路で積分しても、アナログ回路で積分しても制御が複雑になってしまうという問題があった。
例えば、放電電荷量を検知するのにAC電流一周期または半周期にわたり求める方法があるが、接触帯電では有機感光体を用いた場合には感光体表面を−600V〜−1000Vに帯電させるため直流電流が流れるので電流をコンデンサで積分すると電位が時間と共に上昇し積分結果をデジタル化するためのA/D変換器の入力ダイナミックレンジを越えてしまうのでAC周波数で毎周期リセットをしなければならず、また1周期または半周期を連続して繰り返し積分しようとするとリセット期間の誤差を避けるために積分器を二つも受けて交互に積分しなければならず回路が複雑になる。
本発明は、被帯電体を帯電させる帯電部材に供給される帯電電流を容易に検出することができる帯電状態検知装置、帯電制御装置、帯電装置及び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、請求項1に係る本発明は、被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部とを有する帯電状態検知装置である。
請求項2に係る本発明は、被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる帯電制御装置である。
請求項3に係る本発明は、前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項2記載の帯電制御装置である。
請求項4に係る本発明は、前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項2又は3記載の帯電制御装置である。
請求項5に係る本発明は、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項2乃至4いずれか記載の帯電制御装置である。
請求項6に係る本発明は、被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて前記帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる帯電装置である。
請求項7に係る本発明は、前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項6記載の帯電装置である。
請求項8に係る本発明は、前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項6又は7記載の帯電装置である。
請求項9に係る本発明は、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項6乃至8いずれか記載の帯電装置である。
請求項10に係る本発明は、像保持体と、この像保持体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対して直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を供給する給電部と、この給電部が供給する電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて前記帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる画像形成装置である。
請求項11に係る本発明は、前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項10記載の画像形成装置である。
請求項12に係る本発明は、前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項10又は11記載の画像形成装置である。
請求項13に係る本発明は、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項10乃至12いずれか記載の画像形成装置である。
本発明によれば、被帯電体を帯電させる帯電部材に供給される帯電電流を容易に検出することができる。
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1及び図2において、本発明の実施形態に係る画像形成装置10の概要が示されている。画像形成装置10は、画像形成部12と、原稿読取装置14とを有する。画像形成部12は、例えばゼログラフィ方式のもので、シートが積載された例えば4段の給紙トレイ16a,16b,16c,16d及び手差しトレイ18とを有し、これらトレイ16a〜16d、18からシート搬送路20に供給されたシートに画像を形成するようになっている。
即ち、画像形成部12は、感光体からなる像保持体22と、この像保持体22を一様に接触帯電する例えば帯電ロールからなる帯電部材24と、この帯電部材24により一様に帯電された像保持体22に潜像を形成する露光装置26と、この露光装置26により形成された像保持体22上の潜像をトナーで可視化する現像器28と、この現像器28により形成されたトナー像をシートに転写する転写装置30と、像保持体22に残ったトナーをクリーニングするクリーナ32とを有する。
帯電部材24は、例えばゴムなどの弾性を有する部材からなる。露光装置26は、レーザ走査方式のもので、例えば原稿読取装置14で読み取った原稿の画像をレーザのオンオフ信号に変えて出力する。転写装置30は例えば転写ロールから構成され、この転写装置30によりトナー像が転写されたシートが定着装置34に送られ、この定着装置34によりトナー像がシートに定着され、このトナー像が定着されたシートが排出トレイ36に排出される。
シート搬送路20には、複数のシート搬送ロール38が設けられている。このシート搬送ロール38の一つとして、転写装置30上流側近傍には、レジストロール40が配置されている。このレジストロール40は、供給されたシートを一時停止させ、像保持体22に潜像が形成されるタイミングと同期してシートを転写装置30に供給するように制御される。
原稿読取装置14は、原稿を光学的に読み取る光学系42と、自動原稿送り装置44とを有する。
光学系42は、自動原稿送り装置44により送られた原稿を流し読みする機能と、反射ミラー等を走査して原稿台ガラス54上に載置された原稿を読み取る機能とを備えている。
自動原稿送り装置44は、多数の原稿が載置される原稿載置台56と、原稿を搬送する原稿搬送路58と、画像を読み取った後の原稿が排出される排出台60とを有する。
また、画像形成装置10は、制御ユット62、表示装置及びキーボードなどを含むユーザインタフェース装置(UI装置)64、HDD・CD装置などの記憶装置66及び通信装置68などを有する。制御ユニット62は、CPU70及びメモリ72などを含み、画像形成装置10を構成する各部を制御する。
つまり、画像形成装置10は、コンピュータとしての機能を含み、記憶媒体74又は通信装置68を介して受け入れたプログラムを実行することにより、印刷などの処理を行う。
次に、帯電部材24に高電圧を印加する高圧給電部80と、この高圧給電部80が帯電部材24に供給する帯電電流を制御する帯電制御装置84とについて詳述する。
図3において、帯電部材24、高圧給電部80、電流検出部82、帯電制御装置84及びその周辺の詳細が示されている。
高圧給電部80は、交流電源86及び直流電源88を有し、帯電部材24に対して所定の直流電圧Vdcに交流電圧Vac又は交流電流Iacを重畳し帯電部材24に供給する。例えば、交流電源86は、1000Hzの周波数でピーク間電圧Vppが1000〜2500V程度の電圧を帯電部材24に対して印加し、約1〜2mA程度の交流電流Iacを後述する交流電流調整部100から入力される交流電流量調整信号に応じて帯電部材24に供給するようにされている。つまり、交流電源86は、帯電部材24に供給する交流電流Iacの大きさが交流電流調整部100によって制御される。
電流検出部82は、高圧給電部80が帯電部材24に流れる電流(帯電電流)を検出し、帯電制御装置84に対して出力する。例えば、電流検出部82は、帯電制御装置84に対して定電流を帯電電流として出力するようにされてもよい。
帯電制御装置84は、例えば蓄電部90、電流漏洩部92、直流電流検出部94、標本化(サンプリング)部96、演算部98及び交流電流調整部100を有し、制御ユニット62の一部を構成する。
蓄電部90は、例えばコンデンサからなり、電流検出部82が出力する帯電電流(電荷)を受け入れて蓄積し、標本化部96に対するローパスフィルタとして機能し、端子電圧が標本化部96によって標本化されるようになっている。つまり、蓄電部90は、電流検出部82が出力する帯電電流を積分している。
また、蓄電部90には、両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部(リーク回路)92が設けられている。電流漏洩部92は、例えば抵抗器からなり、蓄電部90の端子電圧(積分出力Vout)の1周期の振幅範囲の変動(シフト)が所定値(例えば直流電流の1%)以下になるように電流を漏洩させる。例えば、蓄電部90と電流漏洩部92との時定数は、積分出力Voutの1周期の約100倍に設定される。
図4は、蓄電部90及び電流漏洩部92の構成例を示す回路図である。
図5は、蓄電部90の端子電圧(積分出力Vout)の1周期の振幅範囲の変動(シフト)が所定値以下になるように、電流漏洩部92が電流を漏洩させた結果を示すグラフである。
図6は、図5に示した結果に対する蓄電部の端子電圧の1周期の振幅範囲の変動(シフト)の比較例を示すグラフである。
図4に示すように、蓄電部90は例えば一端b側が接地されたコンデンサであり、電流漏洩部92は蓄電部90の両端ab間で電流を漏洩させる抵抗器である。蓄電部90の一端a側には、電流検出部82より帯電電流Iinが例えば1000Hzの周波数で供給される。また、蓄電部90は、一端aが標本化部96に接続されており、標本化部96が蓄電部90の端子電圧を帯電電流に対する積分出力Voutとして受け入れることができるようにされている。
図5に示すように、蓄電部90に対して交流成分を含む帯電電流Iinが入力された場合、蓄電部90の端子電圧(積分出力Vout)が所定の電圧範囲内で振幅するように、電流漏洩部92は帯電電流Iinを蓄電部90の両端ab間で漏洩させる。例えば電流漏洩部92は、直流電流検出部94の検出結果及び積分出力Voutに対応する値が後述するA/D変換器102の入力電圧範囲(標本化可能範囲:例えば約1V〜約5V)内で変化するように帯電電流Iinを漏洩させる。
一方、比較例として、例えば電流漏洩部92が設けられていない場合、又は電流漏洩部92の抵抗値が大きすぎる場合には、蓄電部90に蓄積される電荷が放電されず、図6に示すように、蓄電部90に入力される帯電電流Iinに対し、蓄電部90の端子電圧(積分出力Vout)の1周期の振幅範囲がGND(グランド)側にシフトしていく。このように、積分出力Voutの振幅範囲がGND側にシフトすると、後述するA/D変換器102の入力電圧範囲(約1V〜約5V)よりも積分出力Voutの値が小さくなり、A/D変換器102が積分出力Voutの値を正確に変換できなくなる。
直流電流検出部94(図3)は、電流検出部82が出力する帯電電流を受け入れ、帯電電流に含まれる直流電流を検出し、標本化部96に対して出力する。
標本化部96は、A/D変換器102及びタイミング制御部104を含み、蓄電部90の端子電圧と直流電流検出部94が出力する直流電流とを受け入れ、タイミング制御部104が制御するタイミングに応じてA/D変換器102がA/D変換し、A/D変換した結果(標本値)を演算部98に対して出力する。ここで、A/D変換器102は、例えば、5V単電源のA/D変換器であり、約1V〜約5Vの間を入力電圧範囲とし、入力電圧範囲に対して8ビットの分解能を有する。タイミング制御部104は、帯電電流の位相に対して所定のタイミングでA/D変換器102が1回A/D変換を行うように、A/D変換器102の動作タイミングを制御する。
演算部98は、復元部99を有し、蓄電部90の端子電圧及び直流電流検出部94が出力する直流電流の標本値を標本化部96から受け入れ、受け入れた標本値に対し、図示しないメモリに記憶された電流漏洩部92の抵抗値を用いて復元部99が電流漏洩部92によるリーク電流量を演算により復元して、帯電部材24の帯電電荷量、及び帯電部材24と像保持体22との間で生じる放電電流に対応する放電電荷量などをリーク電流量を補って算出し、算出結果を交流電流調整部100に対して出力する。
交流電流調整部100は、演算部98から入力される帯電電荷量及び放電電荷量の算出結果に応じて、交流電源86が出力する交流電流Iacの振幅を制御する。
このように、制御ユット62は、帯電電流をコンデンサなどの蓄電部90に蓄電して電流の積分を行ないながら蓄電部90の端子間に抵抗などの電流漏洩部92を接続して端子電圧に比例した漏洩電流を流す。これにより蓄電部90の端子電圧が時間と共に上昇することが避けられる。電流漏洩部92による電流漏洩量は、蓄電部90の端子電圧に比例した電流量を蓄電部90による積分結果に加えることで補償することができる。
制御ユット62は、標本化部96を含まず、演算部98がアナログ演算によって帯電部材24の帯電電荷量、及び帯電部材24と像保持体22との間で生じる放電電流に対応する放電電荷量などをリーク電流量を補って算出するように構成されてもよい。
また、制御ユニット62は、蓄電部90に替えて、オペアンプなどを含む積分器(信号処理部)を有するように構成されてもよい。電流漏洩部92は、直流電流検出部94による検出結果及び蓄電部90による蓄積結果に対応する値が、蓄電部90に替わる積分器(信号処理部)の出力可能範囲内で変化するように電流を漏洩させるように構成されてもよい。
また、上記実施形態においては、直流電流検出部94を電流検出部82と標本化部96との間に設け、蓄電部90のコンデンサと電流漏洩部92の抵抗からなる時定数が印加する交流電圧の周期の1/100となるようにしサンプリング回数を最小限にしながら直流電流の検出精度の向上を図っているが、蓄電部90の端子電圧のサンプリング回数を増やすことができれば、直流電流検出部94での直流電流検知結果が無くとも精度の低下は防止可能である。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す構成図である。 帯電部材、高圧給電部、電流検出部、帯電制御装置及びその周辺の詳細を示す構成図である。 蓄電部及び電流漏洩部の構成例を示す回路図である。 蓄電部の端子電圧(積分出力Vout)の1周期の振幅範囲の変動(シフト)が所定値以下になるように、電流漏洩部が電流を漏洩させた結果を示すグラフである。 図5に示した結果に対する蓄電部の端子電圧の1周期の振幅範囲の変動(シフト)の比較例を示すグラフである。
符号の説明
10 画像形成装置
22 像保持体
24 帯電部材
62 制御ユニット
80 高圧給電部
82 電流検出部
84 帯電制御装置
86 交流電源
90 蓄電部
92 電流漏洩部
94 直流電流検出部
96 標本化部
98 演算部
99 復元部
100 交流電流調整部
102 A/D変換器
104 タイミング制御部

Claims (13)

  1. 被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部とを有する帯電状態検知装置。
  2. 被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる帯電制御装置。
  3. 前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項2記載の帯電制御装置。
  4. 前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項2又は3記載の帯電制御装置。
  5. 前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項2乃至4いずれか記載の帯電制御装置。
  6. 被帯電体に接触又は近接して被帯電体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対して供給される直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて前記帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる帯電装置。
  7. 前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項6記載の帯電装置。
  8. 前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項6又は7記載の帯電装置。
  9. 前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項6乃至8いずれか記載の帯電装置。
  10. 像保持体と、この像保持体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に対して直流電圧と交流電流又は交流電圧とを重畳して流れる電流を供給する給電部と、この給電部が供給する電流を蓄積する蓄電部と、この蓄電部の両端間で電流を漏洩させる電流漏洩部と、前記帯電部材に対して供給される直流電流を検出する直流電流検出部と、この直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果を標本化する標本化部と、この標本化部による標本値に応じて前記帯電部材に供給される交流電流を調整する交流電流調整手段とを有し、前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部による検出結果及び前記蓄電部による蓄積結果に対応する値が前記標本化部の標本化可能範囲内で変化するように電流を漏洩させる画像形成装置。
  11. 前記蓄電部が蓄積した電流に基づいて、前記電流漏洩部が漏洩させた電流量を演算により復元する復元部をさらに有し、前記交流電流調整手段は、前記復元部が復元した電流量に応じて帯電部材に供給される交流電流を調整する請求項10記載の画像形成装置。
  12. 前記蓄電部は、コンデンサを有し、前記電流漏洩部は、抵抗器を有する請求項10又は11記載の画像形成装置。
  13. 前記電流漏洩部は、前記直流電流検出部が検出する直流電流の変動が交流電流の1周期の間に1%以下となるように、電流を漏洩させる請求項10乃至12いずれか記載の画像形成装置。
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