JP2009098289A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィードバック制御式の交流変換型表面電位センサを用いても、距離依存性を解消した状態で、感光体ドラムの表面電位を高応答速度で計測可能として待ち時間を可及的に短縮することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム１１の組み込み時や、交換時に感光体ドラム１１の偏芯プロファイルを計測するために、フィードバック制御の有の交流交換型表面電位センサを使用し、このようにして計測された偏芯プロファイルは、ＲＯＭ等の記憶手段２３に記憶、格納され、画像形成時にフィードバック制御されない交流交換型表面電位センサによって帯電チャージ電源２７や露光手段２２を制御する際に、記憶手段２３から引き出されて第１の表面電位センサで計測された感光体ドラム１１の表面電位を補正するようにする。
【選択図】図７

Description

本発明は、感光体と、当該感光体表面を一様に帯電させる帯電手段と、当該感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記帯電手段によって帯電された感光体表面及び前記露光手段によって静電潜像が形成された感光体表面の表面電位を計測する表面電位センサを有し、当該表面電位センサで計測された感光体表面の表面電位に基づいて前記帯電手段及び露光手段を制御する制御手段を備えた画像形成装置に関する。

コピー、プリンタ、ファクシミリ等に用いられる電子写真方式の画像形成装置においては、特許文献１等に記載されているように、装置起動時等に感光体表面の帯電電位や潜像電位を計測し、このようにして計測された感光体表面の帯電電位や潜像電位に基づいて各種バイアスや露光強度等の決定を行うようになっている。特に潜像電位の確認では、露光強度を段階的に変更しながら複数の定形パターンを露光して各定形パターンの潜像電位を確認し、さらに、同じ定形パターンに対して現像後または転写後の画像濃度を光学センサ等で確認するのが一般的である。
このような感光体表面の電位を測定するセンサとして最も一般的に用いられているのは、特許文献２等に記載されているようなフィードバック制御式の交流変換型表面電位センサである。この方式では、センサ自体の電位を被計測物である感光体表面の電位に漸近させるようにフィードバック制御を加えており、これによってそれまで交流変換型表面電位センサの欠点であった距離依存性や温湿度依存性を解消し、高い信頼性を得ている。
特公平３−６４８６６号公報 特公平３−６４６７号公報

感光体表面の帯電電位や潜像電位を確認する作業を行っている期間は、ユーザにとって印刷することができない「待ち時間」となっている。当然、この期間はできるだけ短縮することが望ましい。待ち時間を短縮するために、例えば潜像電位の確認においては、方形パターンの副走査方向長さを短縮したり感光体の線速を上げたりすることにより所要時間を短縮することが可能であるが、本来的に、潜像電位の確認時間短縮でネックになるのは、表面電位センサの応答速度である。
特許文献２記載のようなフィードバック制御式の交流変換型表面電位センサは、そのフィードバック制御によって距離依存性や温湿度依存性を解消している。しかし、その一方で、フィードバック制御によってセンサの電位が被計測物の電位に漸近するために必要な時間は、センサの応答速度を遅らせる原因になっている。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、従来から最も一般的に用いられているフィードバック制御式の交流変換型表面電位センサを用いても、距離依存性を解消した状態で、感光体ドラムの表面電位を高応答速度で計測可能として待ち時間を可及的に短縮することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、感光体と、当該感光体表面を一様に帯電させる帯電手段と、当該感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記帯電手段によって帯電された感光体表面及び前記露光手段によって静電潜像が形成された感光体表面の表面電位を計測する表面電位センサを有し、当該表面電位センサで計測された感光体表面の表面電位に基づいて前記帯電手段及び露光手段を制御する制御手段を備えた画像形成装置において、前記制御手段は、前記感光体の表面電位をフィードバック制御有りとフィードバック制御なしの切り換え可能な交流変換型の表面電位センサを用いてフィードバック制御有りの状態で計測した感光体の表面電位プロファイルとフィードバック制御なしで計測した感光体の表面電位プロファイルとに基づいて求められた感光体の距離変動プロファイルを記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶された距離変動プロファイルに基づいてフィードバック制御なしの状態で前記表面電位センサによる帯電された感光体表面及び静電潜像の形成された感光体表面の表面電位を補正する補正手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記交流変換型表面電位センサがチョッパ型であることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記距離変動プロファイルは、前記感光体の１周分以下の周期を持つ１種類以上の正弦波で表現された変動プロファイルであることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置において、前記距離変動プロファイルは、前記感光体の１周分に亘って一定間隔でサンプリングした距離データの列で表現されていることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置において、前記記憶手段に記憶される距離変動プロファイルは、少なくとも画像形成装置へ感光体を取り付けた際に記憶されたものであることを特徴とする。

本発明によれば、感光体の表面電位をフィードバック制御有りと当該フィードバック制御なしの切り換え可能な交流変換型の第２の表面電位センサを用いてフィードバック制御有りの状態で計測した感光体の表面電位プロファイルとフィードバック制御なしで計測した感光体の表面電位プロファイルとに基づいて求められた感光体の距離変動プロファイルを記憶する記憶手段を備え、当該記憶手段に記憶された距離変動プロファイルに基づいてフィードバック制御なしの第１の表面電位センサによる帯電された感光体表面及び静電潜像の形成された感光体表面の表面電位を補正することによって、距離依存性を解消した状態で、感光体ドラムの表面電位を高応答速度で計測可能として待ち時間を可及的に短縮することが可能な画像形成装置を提供することができるようになる。

本発明者らは、フィードバック制御有りとフィードバック制御なしの切り換え可能な交流変換型の表面電位センサを使用して感光体表面から当該表面電位センサの検知電極までの距離を計測することが可能な距離センサを発明し、提案した（特願２００６−３４８６４４）。この距離センサを使用すると、高精度で感光体ドラムの偏心による周期的位置ずれの振幅と位相を計測することが可能であるが、さらに、感光体ドラム表面の真の表面電位のプロファイルも高精度で計測することも可能である。
しかし、この距離センサを使用して感光体ドラムの真の表面電位のプロファイルを計測する場合には、フィードバック制御ありの状態に切り換えて表面電位で測定するために、電位が所定値に漸近するまでの時間を要する。この漸近する時間は、画像形成を行うことができないため、待ち時間となってしまい、迅速な画像形成が困難となる問題を招いていた。

本発明者らは、この待ち時間を解消するために、検討を行った結果、画像形成時に、応答時間が長くなるフィードバック制御ありの状態で交流変換型の表面電位センサによって感光体の表面電位のプロファイルを計測を行わずに、高応答性のフィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサによって感光体の表面電位のプロファイルを計測し、当該計測された表面電位を後述する距離変動プロファイルで補正することによって、画像形成時の待ち時間の短縮が可能であることを究明した。
即ち、距離変動プロファイルの計測は、フィードバック制御ありの状態で交流変換型の表面電位センサによって感光体の真の表面電位のプロファイルを計測し、さらに、フィードバック制御なしでの交流変換型の表面電位センサによって感光体の表面電位を計測し、これら２つの表面電位から求めることが可能であるが、フィードバック制御ありの状態で交流変換型の表面電位センサによって感光体の真の表面電位のプロファイルを計測するため、応答時間が長くなり、画像形成時に距離変動プロファイルを計測すると長い待ち時間を要することになる。そのため、本発明においては、距離変動プロファイルの計測は、画像形成時ではなく、感光体を画像形成装置に組み込む際や、感光体の交換時等の感光体の調整時に行うようにして、この際得られた距離変動プロファイルを記憶手段に記憶し、画像形成時にこの距離変動プロファイルを記憶手段から引出して使用すれば、応答時間の早いフィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサで感光体表面の表面電位を計測しても、距離変動を除去した感光体の表面電位に補正することができることを知り、本発明を完成させるに至った。

本発明に係るフィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサによって計測された感光体の表面電位のプロファイルを、距離変動プロファイルで表面電位を補正することについて説明を行う前に、フィードバック制御の有無の交流変換型の表面電位センサについて説明する。
先ず、フィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサについて、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、交流変換型の表面電位センサの概略構成を示す模式図である。図中、１は、表面が帯電されている感光体等の被計測物、２は、音叉型振動子からなるチョッパで、被計測物１から検知電極３へ入射する電気力線をＸ方向に振動してチョッピングするものである。４はプリアンプで検知電極３に誘起される微小交流信号をインピーダンス変換して増幅して端子Ａに検出出力を検出するものである。５は、被計測物１から放射される電気力線を透過する窓６を備えたシールドケース、この図では、簡略化のため板状体で示しているが、チョッパ２や検知電極３等を収納する箱状または缶状となっている。７は、図示しない駆動電源によって振動してチョッパ２をＸ方向に振動させる圧電素子、８はチョッパ２に取り付けられ、チョッパの温度を計測する温度センサである。

この表面電位センサによって被計測物１の表面電位を測定する場合には、被計測物１からシールドケース５の窓６までの距離が数ｍｍの距離となる位置に表面電位センサを取り付ける。被計測物１が帯電しているとシールドケース５の窓６とチョッパ２を経由して検知電極３に電界が伝わる。このときシールドケース５とチョッパ２は接地電位に保たれている。チョッパ２は、圧電素子７の駆動によって所定周波数で電界経路を開閉するように（図１のＸ方向）振動し、この開閉によって検知電極３からプリアンプ４を経由した出力端子Ａには図２に示したような交流波形が出力される。
ここで、図２の交流波形の振幅Ａ_０は、（１）被計測物１の表面電位Ｖｅ、（２）被計測物１の表面から検知電極３までの距離、即ち検知距離ｄ及び（３）チョッパ２の振動振幅Ｓの３つの変動パラメータに依存する。従って、被計測物１の表面電位Ｖｅを測定するためには、検知距離ｄと振動振幅Ｓが既知である必要がある。そのために、一般的には、検知距離ｄと振動振幅Ｓを一定に保った上で校正を行ってから同じｄとＳにおける表面電位Ｖｅの計測を行っている。
このことは、逆に、振動振幅Ｓが一定のとき、被計測物１の真の表面電位Ｖｅが既知であれば、検出出力Ａ_０から検知距離ｄを求めることができることを示している。このことから、被計測物１の真の表面電位Ｖｅを計測し、前述の表面電位センサを用いてその検知出力Ａ_０計測することによって、検知距離ｄを求めることができる。

図３は、図１で示す表面電位センサを用いた場合における被計測物の表面電位Ｖｅをパラメータとした表面電位センサの出力Ａ_０と検知距離ｄとの関係を示す図で、曲線１はＶｅ＝１０００Ｖの場合、曲線２はＶｅ＝５００Ｖの場合を示す。これらの曲線は、使用する表面電位センサによって変動するが、使用するセンサについて図３のような形で距離特性を得ることができれば、Ａ_０とｄ、Ｖｅ、Ｓ（Ｔ）の関係を、
Ａ_０＝ｆ（ｄ）×Ｓ（Ｔ）×Ｖｅ・・・（１）
という形で表現できる。ここで、式中Ｓ（Ｔ）は、チョッパ２の温度がＴ度のときの振動振幅を表し、ｆ（ｄ）は、検知距離ｄの関数を示し、具体的には、図３のような距離特性曲線からカーブフィッティングで近似式を求めることによって知ることができる。また、近似式を求めることなく、Ａ_０とｄとの関係表をルックアップテーブルとして、この関係表からＡ_０とｄの関係を求めても良い。
また、Ｓは、実際の振動子の振幅の絶対量である必要はなく、単に図３のような距離特性から前記（１）式で導いた値を用いても良い。即ち、ｆ（ｄ）の与え方次第で、使いやすい適当な表現（例えば、２５℃のときのＳを１とした正規化表現など）を選べる。

Ａ_０とＶｅからｄを求めるために（１）式を変形すると、
ｄ＝ｆ^−１（Ａ_０／（Ｓ（Ｔ）×Ｖｅ））・・・（２）
となる。
距離ｄを求める場合には、予め関数ｆ^−１及びＳ（Ｔ）が既知のセンサを用いて、Ｖｅが既知の被測定物に対してＡ_０とＴを測定する。そして（２）式を用いて距離ｄを求める。振動振幅Ｓは、チョッパ２の温度変化によって変動する可能性がある。しかし、チョッパ２を低膨張率材料で構成したり、チョッパ３に取り付けられた温度センサ８によってチョッパ２の温度を検知し、振幅Ｓを予測することによって、振幅Ｓが一定になるようにチョッパ２を駆動するアクチュエータ出力を修正したり、また、Ａ_０はＳに比例するのでＡ_０をＳで除してから検知距離ｄの算出をするなどの各種補正が可能である。もちろん、Ｓが温度に依存しない場合はＴの測定を省略できる。
なお、被計測物１の真の表面電位Ｖｅは、例えば、被計測物１が少なくともその表面は導体で、かつ電圧計と接続可能であれば、電圧計によって問題なく電位Ｖｅを知ることができる。また、被計測物１の表面がフロート状態であっても、フィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサで計測すれば、検知距離ｄにほとんど依存せずに真の表面電位Ｖｅを知ることができる。

次にフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサについて図４及び図５に基づいて説明する。なお、図４中、図１と同一構成については、同一符号を付し説明を省略する。
このフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサは、図１と比較すれば明らかなように、図１に示す表面電位センサとは、シールドケース５とチョッパ２とプリアンプ４とが接地電位から切り離されてフロート状態となって端子Ｂに接続されている点及び端子Ｂは、図５の信号線Ｂに接続されてフィードバックされている点が相違している。即ち、図５で端子Ａの信号波形から同期検波回路２０によって検出出力Ａ_０を抽出し、積分回路２１を経由して図４の端子Ｂへとフィードバックされる。同期検波回路２０によって抽出したＡ_０は、被計測物１の電位Ｖｅと端子Ｂの電位の差に比例するので、フィードバックＢの電位はＶｅに漸近していく。そして、十分漸近したときの端子Ｃの電位が、即ち、被計測物１の真の表面電位Ｖｅの計測値になる。このときＡ_０は、ほぼ０となるので、振動振幅Ｓや距離ｄが変動してもほとんど影響を受けない。従って、このフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサを使用することによって、振動振幅Ｓや距離ｄに無関係な真の表面電位を測定することができる。
なお、この種のフィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサでは、全体をフロート状態におき、絶縁トランスを用いた高圧増幅部からフィードバックを掛けることが行われるが、ここではこの点を省略している。

このように、フィードバック制御有りの交流変換型表面電位センサを使用することによって被計測物の真の表面電位を計測することが可能であるが、この真の表面電位Ｖｅを得るには、フィードバックＢの電位がＶｅに漸近する時間を要し、この漸近する時間は、画像形成時の待ち時間となってしまう。本発明では、この待ち時間を可及的に短縮するため、画像形成時には、高応答性のあるフィードバック制御なしの交流変換型表面電位センサを使用してＡ_０求め、このＡ_０、フィードバック制御有りの交流変換型表面電位センサを用いて求められた真の表面電位Ｖｅとフィードバック制御なしの交流変換型表面電位センサによって求められたＡ_０１とから予め求められた距離変動プロファイルで補正することによって距離変動による依存性を無くした表面電位を使用可能としたものである。この場合、距離変動による依存性だけでなく、温湿度の依存性が強い場合には、後述するように、真の表面電位ＶｅとＡ_０１とから温湿度変動プロファイルを計測して、この温湿度プロファイルを使用して前記Ａ_０を補正して温湿度変動による依存性をなくした表面電位を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図６は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（ＢＫ）の各色のトナー画像を形成する画像形成ユニットを備えたフルカラーのタンデム型の画像形成装置である。各画像形成ユニットは、各色に対応する感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫを中心として、各感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫの周囲に、感光体ドラムの表面を帯電する帯電ローラ１０、後述する表面電位センサ１２及びレーザ光１３によって感光体ドラム１１の表面に形成された画像の静電潜像にトナーを付着させて現像する現像装置１４を備えている。

この画像形成装置では、レーザ光１３によってＣ、Ｙ、Ｍ、ＢＫの色に対応する画像の静電潜像が各対応する感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫの表面上に形成され、各感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫの静電潜像が、各色の現像装置１４から供給される各色のトナーによってトナー画像として可視化される。この各感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫ上のトナー画像が、駆動ローラ１７及び張架ローラ１８に張架された無端状の中間転写ベルト１５上に１次転写ローラ１６によって転写される。中間転写ベルト１５上に形成されたトナー画像は、レジストローラ３０でタイミングを取りながら搬送される転写用紙等の記録媒体Ｐ上に２次転写手段によって転写される。このようにしてフルカラーのトナー画像が転写された記録媒体Ｐは、ローラ３２及び３３に張架された無端状の搬送ベルト３１で搬送され、定着装置１９で加熱、加圧されてトナー画像が定着される。なお、図中、３４及び３５は、中間転写ベルト１５上の残存トナーを除去するクリーニング装置及び除電ローラである。
このような画像形成装置においては、感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫの各表面に適切な静電潜像を形成するため、感光体ドラム１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫの表面電位を表面電位センサ１２で計測し、計測された表面電位に基づいて帯電ローラ１０の帯電チャージ量や露光手段２２からの露光条件を制御している。次に、帯電ローラ１０の帯電条件や露光手段２２の露光条件の制御について、図７に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
上記画像形成装置においては、各画像形成ユニットは同一構成のため、１つの画像形成ユニットについて、図７に基づいて説明する。表面電位センサ１２は、図７に示すように、レーザ光１３と現像装置１２との間に配設され、さらに、図８に示すように、感光体ドラム１１の軸方向で感光体ドラム１１の左右端及び中央の３個所に配設されている。これらの表面電位センサ１２によって感光体ドラム１１の両端及び中央部の静電潜像の表面電位を測定し、この表面電位に基づいて、トナーの付着量等を制御している。
本実施形態の画像形成装置においては、感光体ドラム１１の表面電位を検出する表面電位センサ１２としては、フィードバック制御の有無を切り換え可能なチョッパ型の交流変換型表面電位センサを使用している。このフィードバック制御の有無を切り換え可能なチョッパ型の交流変換型表面電位センサは、図９及び図１０に示すように、シールドケース５及びチョッパ２と接続された端子Ｅが、切替スイッチ９によって接地端子Ｆと前述の図４で示す端子Ｂと接続された端子Ｇと切り換え可能となっている。従って、切替スイッチ９を端子ＥとＧが接続された場合には、フィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサとなって、感光体ドラム１１の真の表面電位Ｖｅを測定することになる。なお、図９の端子Ｂは、図１０で示すフィードバック制御回路に接続される。なお、図１０で示すフィードバック制御回路は、前述の図５で示すフィードバック制御回路と同一なので、説明は省略する。
一方、切替スイッチ９を切り換えて端子ＥとＦを接続したときには、フィードバック制御が行われず、電極３は感光体ドラム１１の表面電位Ａ_０及びＡ_０１の測定電極並びに距離検出用の検知電極として作用して、感光体ドラム１１の表面電位Ａ_０及びＡ_０１を測定する表面電位センサ並びに感光体ドラム１１の偏芯量及び偏芯位相を測定する距離センサとして作動する。

次に、図１１に基づいて、感光体ドラム１１の偏芯量及び偏芯位相を測定するフローについて説明する。
先ず、前述のように、表面電位センサ１２の切替スイッチ９によって端子ＥとＧを接続して、フィードバック制御ありの交流変換型表面電位センサとして、感光体ドラム１１の１周分の表面電位プロファイルの真値を測定する（ステップＳ１）。この場合、表面電位センサ１２による測定時における感光体ドラム１１の表面の測定領域は、帯電のみを行なってレーザ光１３による書込みを行なっていない領域がよい。勿論、センサ１２で測定しない領域には書込みがあっても構わない。

次に、表面電位センサ１２の切替スイッチ９を端子ＥとＦに切り換えて、フィードバック制御なしの交流変換型表面電位センサとして、感光体ドラム１１の１周分の信号電圧Ａ_０１のプロファイルを測定する（ステップＳ２）。このときの感光体ドラム１１の表面も同様に、帯電のみが行なわれて書込みが行なわれていない領域がよい。また、フィードバックありの時には図５の出力Ｃを、フィードバックなしの時には出力Ｄを、それぞれ表面電位検出値として用いる。
続いて、Ｓ１で求めた感光体ドラム１１の１周分の電位プロファイルとＳ２で求めた感光体ドラム１１の１周分の電位プロファイルを比較する。これにはまず、感光体ドラム１１上の同じ位置同士について両者の比を求める。そして、前述のようなテーブル参照や、換算式を用いるなどの方法で距離に換算する（ステップＳ３）。以上のようにして感光体ドラム１１の１周分の距離変動プロファイル（複数個所における距離データの集合）を求めることができる。

このようにして得られた感光体ドラム１１についての距離変動プロファイルから感光体ドラム１１の１周期成分の正弦波形を抽出してドラム偏心量と偏芯位相を算出する（ステップＳＴ４）。
具体的に、これらのフローについて、図１２〜図１４で示す測定データに基づいて説明する。図１２は、Ｓ１で測定された真の表面電位のプロファイルで、表面電位Ｖｅは、感光体ドラム１１の１周分で、平均８００Ｖ、変動が１０Ｖ以内となっている。図１３は、Ｓ２で得られた測定データを示し、信号電圧Ａ_０１が感光体ドラム１１の１周で大きく変動していることが明らかとなる。図１２及び図１３との測定データを使用し、前述の式（２）に基づいて感光体ドラム１１の１周分のセンサ距離についてのプロファイルを求めると図１４に示すようなプロファイルが得られる。このようにして得られた感光体ドラム１１の１周分の距離プロファイルから感光体ドラム１１の１周期成分の正弦波形を抽出してドラム偏心量と偏芯位相を算出する。
以上のようにして、高精度で感光体ドラム１１の距離変動プロファイルとドラム偏心量と偏心位相を計測することができる。

本発明者らは、以上のように、フィードバック制御を搭載した交流変換型表面電位センサについて、そのフィードバック制御の有無を切り換え可能とし、フィードバック制御の有無による計測値の相違を比較することにより交流変換型表面電位センサに距離センサの機能を兼ねさせることを試みた。この方法によれば、例えば被測定物１が感光体ドラム１１であれば、ドラム１周分の偏芯プロファイル（距離変動プロファイル）を検出することが可能である。
そこで、偏芯プロファイルが分かれば、たとえフィードバック制御を行わない表面電位センサによる計測であってもこの偏芯プロファイルで補正することにより、偏芯による影響を除去した表面電位データが得られる。本発明においては、この点に着目して、出荷時や感光体ドラム交換時など、感光体ドラムの偏芯量や位相が変化すると思われるタイミングで偏芯プロファイルをフィードバック制御の有無を切り替え可能とし、フィードバック制御の有無による測定値の相違を比較することにより計測して記憶手段に記憶しておき、この記憶手段に記憶された偏芯プロファイルを使用して偏芯による影響を除去した表面電位データを得るようにしている。
また、この場合、表面電位センサ内または近傍に温度センサや湿度センサを配設し、温湿度データを元に表面電位データを補正することも可能である。
また、温湿度センサを配設しなくても、潜像電位の計測時に一旦フィードバック制御を行った表面電位の計測を距離が既知の計測ポイント１点ないし数点の位置で行い、次いでフィードバック制御なしで計測を行い、両者の比較をすることで温湿度依存性の補正は可能である。

本発明においては、画像形成時に迅速な画像形成を行うために、図７に示すように、帯電ローラ１０に帯電チャージ量を制御する帯電チャージ電源２７及びレーザ光１３の強度等を制御する露光手段２３を制御するフィードバック制御されない交流交換型表面電位センサ（第１の表面電位センサ）を使用する。さらに、上述するように、感光体ドラム１１の組み込み時や、交換時に感光体ドラム１１の偏芯プロファイル（距離変動プロファイル）を計測するために、フィードバック制御の有無を切り換え可能な交流交換型表面電位センサ（第２の表面電位センサ）を使用して、フィードバック制御ありに切り換えて感光体ドラム１１の表面電位を計測している。この第２の表面電位センサで計測された偏芯プロファイルは、ＲＯＭ等の記憶手段２３に記憶、格納され、画像形成時に第１の表面電位センサによって帯電チャージ電源２７や露光手段２２を制御する際に、記憶手段２３から引き出されて第１の表面電位センサで計測された感光体ドラム１１の表面電位を補正するようにすることができる。このように、画像形成時には、高応答性を有するフィードバック制御されない交流交換型表面電位センサによって計測された表面電位を、予め計測された距離変動プロファイルを使用して距離依存性のない表面電位に補正することによって、高精度の表面電位を計測可能としている。

本実施形態の画像形成装置においては、表面電位センサ１２は、前述のように、感光体ドラム１１の組み込み時や、交換時に、第２の表面電位センサとしてフィードバック制御の有無を切り換え可能なチョッパ型の交流交換型表面電位センサを使用して前述のようにして偏芯プロファイルを計測する。このようにして計測された偏芯プロファイルを記憶手段２３中に格納、記憶する。そして、画像形成時に、図７に示すように、このようにして記憶された偏芯プロファイルを記憶手段２３から引出してＣＰＵ２５に送給し、同時に、第１の表面電位センサとしてフィードバック制御なしの状態で表面電位センサ１２により得られたＡ_０のデータを入出力手段２６からＣＰＵ２５に送給し、ＣＰＵ２５で演算、計測して補正手段２４で、Ａ_０のデータを補正して距離変動の影響を除去した状態の感光体ドラム１１の表面電位を計測する。このようにして計測された感光体ドラム１１の表面電位に基づき予め設定されている表面電位と帯電チャージ量及び、レーザ光１３の強度等の関係テーブルから帯電チャージ電源２７と露光手段２２に制御信号を入出力手段２６から送給して帯電チャージ電源２７と露光手段２２を制御している。

次に、潜像電位測定手順について説明する。先ず、静電潜像の表面電位を第１の表面電位センサ１２でフィードバック制御なしで測定する。このとき、前述のようにして得た距離変動プロファイルを基に、表面電位センサの測定データを補正する。これには、前述の式（１）を変形した、表面電位Ｖｅを求める式（３）を用いる。
Ｖｅ＝Ａ_０／（ｆ（ｄ）×Ｓ（Ｔ））・・・（３）
ここで、Ａ_０は表面電位センサの測定データ。ｆ（ｄ）は距離と表面電位センサの測定データＡ_０との関係を示す関数。Ｓ（Ｔ）は温度Ｔと表面電位センサの測定データＡ_０との関係を示す関数。Ｓ（Ｔ）は、元来、チョッパの振動振幅を意味しているが、本発明では単に温度に依存する係数として扱っている。従って、例えば表面電位センサの測定データＡ_０が相対湿度φにも依存する場合はＳ（Ｔ，φ）と表現することもできる。さらに他に表面電位センサの測定データＡ_０に依存する要素がある場合であっても、同様に式（３）に追加可能である。

式（３）において、関数Ｓ（Ｔ）およびｆ（ｄ）はいずれも画像形成装置の製造時点ですでに確定済で、関数の形態かまたはルックアップテーブル等のデータ列の形態で画像形成装置内に格納されているものとする。但し、機差や経年変化に対応したＳ（Ｔ）およびｆ（ｄ）の調整もあり得る。そして式（３）に、Ａ_０、ｆ（ｄ）、Ｓ（Ｔ）（場合によってはＳ（Ｔ，φ））をそれぞれ代入すると、静電潜像の表面電位Ｖｅが出力される。
以上のように、一旦感光体ドラム１１と表面電位センサ１２間の距離変動プロファイルを測定した後は、従来からあるフィードバック制御なしの交流変換型表面電位センサを用いて、前記式（３）を使用することによってフィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサでも潜像の正確なＶｅを高解像度で計測することが可能になる。なお、本発明を実施するには、感光体ドラム１１上で表面電位測定する位置を特定するために、ロータリーエンコーダやホームポジションセンサに類する装置も必要になるが、当然必要な装置であり、自明のため省略している。

さらに、フィードバック制御なしで正確なＶｅを計測することだけが目的であれば、すなわち定量的に正確な距離を計測する必要がなければ、温度Ｔや湿度φを計測する必要もない。これは、Ｓ（Ｔ）を適当な定数Ｓ_０に置き換え、感光体１周分についてＡ_０のプロファイル、Ｖｅのプロファイルを測定した後、次式（４）から温度依存性を分離できていない距離の関数ｆ（ｄ）の変動プロファイルを得る。
ｆ（ｄ）×Ｓ_０＝Ａ_０／Ｖｅ・・・（４）
そして、潜像電位測定時には、先ず、測定の直前に、一旦フィードバック制御ありの表面電位センサによって帯電した感光体上で関数ｆ（ｄ）が既知の１個所乃至数個所についてＶｅの計測を行い、次いでフィードバック制御なしの表面電位センサによってやはり帯電した感光体上の同じ個所についてＡ_０の計測を行い、次式（５）にＡ_０、Ｖｅ、ｆ（ｄ）を代入することにより、新たな定数Ｓ１を得る。
Ｓ１＝Ａｏ／（Ｖｅ×ｆ（ｄ））・・・（５）
その後は、前記式（３）の代わりに次式（６）を用いて表面電位Ｖｅを求める。
Ｖｅ＝Ａ_０／（ｆ（ｄ）×Ｓ１）・・・（６）

Ｓ１を求める作業は、感光体ドラム１１と表面電位センサ１２間の距離変動プロファイルを測定後に時間が経過して温度等が変化したことを仮定した作業である。従って、感光体ドラム１１と表面電位センサ１２間の距離変動プロファイルを測定直後に潜像電位測定を実施する場合には、この作業は行わず、式（６）でＳ_０をＳ１の代わりに用いて潜像電位測定を実施すればよい。
以上のように、本実施形態の画像形成装置においては、画像形成時に、高応答性のフィードバック制御なしの交流変換型の表面電位センサを使用して、感光体ドラムの表面電位を計測し、この表面電位を、計測時間が長くて応答性の劣るフィードバック制御の有無を切り換え可能な交流交換型表面電位センサによって予め計測し、記憶手段に記憶された距離変動プロファイルを使用して補正するようにしたので、迅速に、しかも距離依存性を解消した状態で感光体ドラムの表面電位を測定することが可能となる。その結果、画像形成時、画像形成時に待ち時間が短縮され、高精度で帯電装置や露光手段を制御して美麗な画像を形成することができる。

［第２の実施形態］
前述の第１の実施形態においては、感光体はドラム状の感光体１１のみを対象としたが、本実施形態のように、無端ベルト状の感光体も対象とできる。図１５は、無端状の感光体ベルト４０を使用した画像形成装置の概略構成を示す図である。本実施形態の画像形成装置においては、無端状の感光体ベルト４０を懸架ローラ４１、支持ローラ４２、４３、４４、４５に張架させ、支持ローラ４３上で帯電ローラ１０によって感光体ベルト４０の表面を一様に帯電し、レーザ光１３で静電潜像を感光体ベルト４０の表面に形成している。このようにして感光体ベルト４０の表面に形成されて支持ローラ４４によって支持された静電潜像は、現像装置１４でトナーが供給されてトナー像化されている。このようにして形成されたトナー像は、感光体ベルト４０を支持している支持ローラ４５に対して、中間転写ベルト１５を介して圧接する１次転写ローラ１６によって中間転写ベルト１５上に転写される。その後、図示しない２次転写手段によって記録媒体Ｐにトナー像を転写し、トナー像の転写された記録媒体Ｐは、図示しない定着装置によって加熱、加圧されてトナー像を定着している。

この場合、レーザ光１３と現像装置１４との間には、支持ローラ４２に懸架された感光体ベルト４０の表面電位を検出する表面電位センサ１２が取り付けられている。この表面電位センサ１２は、フィードバック制御の有無を切り換え可能とするチョッパ型の交流変換型表面電位センサであり、感光体ベルト４０を支持ローラ４２、４３、４４、４５に張架させて画像形成条件を調整する際に、前述のように、フィードバック制御の有無を切り換えて、感光体ベルト４０の表面の真の表面電位Ｖｅと表面電位Ａ_０１を計測して距離変動プロファイルを計測するようになっている。
そして、距離変動プロファイルは、記憶手段２３に記憶され、記憶された距離変動プロファイルを記憶手段２３から引出してＣＰＵ２５に送給し、同時に、第１の表面電位センサとしてフィードバック制御なしの状態で表面電位センサ１２により得られたＡ_０のデータを入出力手段２６からＣＰＵ２５に送給し、ＣＰＵ２５で演算、計測して補正手段２４で、Ａ_０のデータを補正して距離変動の影響を除去した状態の感光体ドラム１１の表面電位を計測する。このようにして計測された感光体ドラム１１の表面電位に基づき予め設定されている表面電位と帯電チャージ量及び、レーザ光１３の強度等の関係テーブルから帯電チャージ電源２７と露光手段２２に制御信号を入出力手段２６から送給して帯電チャージ電源２７と露光手段２２を制御している。

表面電位センサ１２で計測される距離変動プロファイルは、感光体ベルト４０の厚み偏差による感光体ベルト４０の１周分の周期を持つ距離変動プロファイルと支持ローラ４２の１周分の周期を持つ距離変動プロファイルとの和からなりたっている。従って、第１の実施例と同様に距離変動プロファイルを正弦波で近似的に表現する場合には、２種類の周期の正弦波を用いることが望ましい。そのため正弦波の周期・振幅・位相も二組必要である。なお、感光体ベルト４０と支持ローラ４２には、それぞれロータリーエンコーダやホームポジションセンサに類する装置も必要になるが、当然必要な装置であり、自明のため省略している。また、表面電位センサ１２を設置する位置は、感光体ベルト４０の書込み位置から現像位置までのどこでも良いので、たとえば支持ローラ４３上の書込み位置よりも下流側に設置することも考えられる。
また、感光体を構成するドラム、またはベルトとその支持ローラといった各要素だけを見ても、その距離変動プロファイルには、各要素１周分の周期をもつ正弦波だけでなく各要素１周の１／２とか１／３といった周期の高次成分の正弦波が載ることがある。このような場合も、２種類以上の周期の正弦波の和として表現することによって１次成分だけでなく高次成分をも含めて距離変動プロファイルを近似的に表現可能としている。各周期の正弦波は、周期、振幅、位相からなる３つのパラメータの組で近似的に表現可能であり、これにより距離変動情報の量が大幅に圧縮される。

また、感光体がドラム状、ローラ状或いはベルト状の場合には、その製造方法によっては距離変動に２次成分が載ることがある。このような誤差要因を低減させるために、本実施形態においては、２つの正弦波の和として表現することによって２次成分を除去可能としている。距離変動情報の周期成分として代表的な周期を持っている場合には、距離変動を正弦波とみなして周期、振幅、位相からなる３つのパラメータの組で近似的に表現可能であり、これにより距離変動情報の量が大幅に圧縮される。本実施形態にように、代表的な周期が２個以上ある場合には、各正弦波の和で表現することによって、距離変動情報の量が圧縮され、２次成分による距離変動の依存性を除去することが可能となる。
また、距離変動プロファイルは、上記のように、正弦波として表現せずに、感光体の１周分に亘って一定間隔でサンプリングした距離データの列として表現することも可能である。このように、感光体の１周分に亘って一定間隔でサンプリングした距離データの列として表現する場合には、ドラム状感光体の真円度が高い場合や低い場合等感光体の状態によらず、共通の手順で距離情報の取り扱いが可能となる利点を有する。

また、距離変動プロファイルの測定と同時に温湿度データまたはＳ（Ｔ）或いはＳ（Ｔ，φ）を記録することもできる。これは、潜像電位測定に温湿度の変化による補正を加える場合に、温湿度の基準値として有効である。
さらに、距離変動プロファイルの取得は、少なくとも画像形成装置に感光体を取り付けた際に行えば、最低限の距離変動プロファイルの取得を行うことによって画像形成装置の作業負荷を低減することができる。
以上のように、本実施形態による画像形成装置では、感光体ベルトを使用した場合においても、感光体ベルト表面の表面電位を迅速、かつ適正に計測することが可能となり、画像形成時に待ち時間を可及的に短縮して美麗な画像を形成することができる。

交流変換型の表面電位センサの概略構成を示す模式図である。 図１で示す表面電位センサで得られる出力波形図である。 図１で示す表面電位センサを用いた場合における被計測物の表面電位Ｖｅをパラメータとした表面電位センサの出力Ａ_０と検知距離ｄとの関係を示す図である。 フィードバック制御を加えた交流変換型表面電位センサの概略構成を示す模式図である。 図４で示す表面電位センサで使用されるブロック回路図である。 本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。 図６で示す画像形成装置の画像形成ユニットの概略構成を示す図である。 図７の上面図である。 本発明による一実施形態の画像形成装置で使用される表面電位センサの概略構成を示す図である。 図９で示す表面電位センサで使用されるフィードバック制御回路を示すブロック図である。 本発明による第１実施形態に係る表面電位センサによる距離測定についてのフローを示す図である。 図９でしめす距離センサを用いて得られる感光体ドラムに関する表面電位プロファイルを示す図である。 図９でしめす距離センサを用いて得られる感光体ドラムに関する検出出力プロファイルを示す図である。 図９でしめす距離センサを用いて得られる感光体ドラムに関するセンサ距離プロファイルを示す図である。 本発明による第２実施形態に係る画像形成装置の概略構成を模式図である。

符号の説明

１ 被計測物、２ チョッパ、３ 検知電極、４ プリアンプ、５ シールドケース、６ 窓、７ 圧電素子、８ 温度センサ、９ 切替スイッチ、１０ 帯電ローラ、１１、１１Ｃ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１ＢＫ 感光体ドラム、１２ 表面電位センサ、１３ レーザ光、１４ 現像装置、１５ 中間転写ベルト、１９ 定着装置、２０ 同期検出回路、２１ 積分回路、２２ 露光手段、２３ 記憶手段、２４ 補正手段、２５ ＣＰＵ、２６ 入出力手段、２７ 帯電チャージ電源、４０ 感光体ベルト、４１ 張架ローラ、４２、４３、４４、４５ 支持ローラ

Claims (5)

1. 感光体と、当該感光体表面を一様に帯電させる帯電手段と、当該感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記帯電手段によって帯電された感光体表面及び前記露光手段によって静電潜像が形成された感光体表面の表面電位を計測する表面電位センサを有し、当該表面電位センサで計測された感光体表面の表面電位に基づいて前記帯電手段及び露光手段を制御する制御手段を備えた画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記感光体の表面電位をフィードバック制御有りとフィードバック制御なしの切り換え可能な交流変換型の表面電位センサを用いて、前記フィードバック制御有りの状態で計測した感光体の表面電位プロファイルと前記フィードバック制御なしで計測した感光体の表面電位プロファイルとに基づいて求められた感光体の距離変動プロファイルを記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶された距離変動プロファイルに基づいて前記フィードバック制御なしの状態で前記表面電位センサによる帯電された感光体表面及び静電潜像の形成された感光体表面の表面電位を補正する補正手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記交流変換型表面電位センサがチョッパ型であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   前記距離変動プロファイルは、前記感光体の１周分以下の周期を持つ１種類以上の正弦波で表現された変動プロファイルであることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置において、
   前記距離変動プロファイルは、前記感光体の１周分に亘って一定間隔でサンプリングした距離データの列で表現されていることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置において、
   前記記憶手段に記憶される距離変動プロファイルは、少なくとも画像形成装置へ感光体を取り付けた際に記憶されたものであることを特徴とする画像形成装置。

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