JP2010231188A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の放電電流量制御では帯電ローラに印加する交流電圧のピーク間電圧値を複数回変更して帯電ローラに流れる電流値に基づき放電電流量を算出していた。そのため、放電電流量制御を行うために時間を要していた。
【解決手段】 感光体と帯電装置の間に流れる電流のうち、前記交流電圧に対応する交流電流成分を除去することによって放電電流成分を抽出する処理部と、前記処理部によって抽出された前記放電電流成分に基づき、前記交流電圧のピーク間電圧値を制御する制御手段を備える。
【選択図】 図７

Description

感光体を帯電する帯電装置を備える画像形成装置に関する。

近年、コロナ帯電器よりも低電圧かつオゾン発生量が少ない接触帯電方式を採用した画像形成装置が実用化されている。例えば、帯電ローラを用いて像担持体を帯電する画像形成装置はコロナ帯電器を用いた画像形成装置より装置本体をコンパクトにできる。ここで、帯電ローラを用いて像担持体としての感光体を帯電する際に、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を帯電ローラに印加することによって感光体を均一に帯電する。交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧で帯電する「ＡＣ帯電方式」は直流電圧のみで帯電する「ＤＣ帯電方式」と比べて像担持体の均一帯電性を向上させることができる。しかし、「ＡＣ帯電方式」は「ＤＣ帯電方式」よりも像担持体への放電量が大きくなる。放電量が大きくなると、像担持体の削れ量や画像流れの原因となる放電生成物の発生量が大きくなってしまう。そこで、「ＡＣ帯電方式」で帯電均一性を確保しつつ、放電量を必要最低限にするための交流電圧値（ピーク間電圧値）を設定する方法が特開２００１−２０１９２０号公報に開示されている。

しかしながら、電圧と放電量の関係は像担持体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によって変化する。例えば、低温低湿環境（温度１５℃、湿度１０％、Ｌ／Ｌ環境）では材料が乾燥して抵抗値が上昇し放電しにくくなる。逆に、高温高湿環境（温度３０℃、湿度８０％、Ｈ／Ｈ環境）では材料が吸湿し抵抗値が低下して放電しやすくなる。そのため、Ｈ／Ｈ環境において、Ｌ／Ｌ環境において適切なピーク間電圧の交流電圧を帯電ローラに印加した場合、放電量が必要以上に大きくなる。放電量の増大は像担持体の削れ量の増大、放電生成物による画像流れ（静電像のボケ）、トナー融着などを引き起こす。

そのため、従来、環境が変動しても、適切な帯電を行うために、放電電流量制御を所定枚数毎に行っていた。以下に特許文献１（特開２００１−２０１９２０号公報）に開示されている放電電流制御について簡単に説明する。

特開２００１−２０１９２０号公報

従来の放電電流制御では、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧値を変化させ、未放電領域の数点と放電領域の数点で帯電部材と像担持体の間に流れる総電流量を測定する。測定結果から放電開始点を算出した後、交流電圧のピーク間電圧値と放電電流量の関係から適切な放電電流量になるようにピーク間電圧値を制御する（図９参照）。

従来の放電電流制御では、放電電流量制御を行った直後は適切な放電電流量であるが、次の放電電流制御を行う頃には適切な放電電流量からずれてしまう。そのため、放電電流量制御を頻繁に行うことにより適切な放電電流量とのズレを低減させることが考えられる。

しかしながら、交流電圧のピーク間電圧値を変化させて、複数点で総電流量を測定する従来の放電電流量制御では、制御時間が長く生産性が落ちてしまうという問題があった。

そこで、本発明の画像形成装置は回転可能な感光体と、前記感光体を帯電する帯電装置と、前記帯電装置に交流電圧を印加する印加手段と、前記感光体と前記帯電装置の間に流れる電流のうち、前記交流電圧に対応する交流電流成分を除去することによって放電電流成分を抽出する処理部と、前記処理部によって抽出された前記放電電流成分に基づき、前記交流電圧のピーク間電圧値を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

放電電流量制御に要する制御時間を短縮することにより、生産性の低下を抑制することができる。

本発明の実施例に係る画像形成装置の概略図。 本発明の実施例に係る帯電ローラの詳細図。 総電流波形と放電電流波形の説明図。 ハイパスフィルタの周波数伝達特性を示す図。 ハイパスフィルタを適用後の波形を示す図。 帯電交流電圧と放電電流量の関係を説明するための図。 本発明の実施例に係る放電電流量制御に関するフローチャート。 本発明の実施例に係る放電電流量制御に関するフローチャート。 従来の放電電流量制御の手順を説明するための図。

（実施例１）
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は画像形成装置としてのフルカラープリンタの概略構成を示す断面図である。また、図２の（ａ）は感光体ドラムが帯電ローラによって帯電される部分を拡大した詳細図である。また、図２の（ｂ）は画像形成装置の制御回路のブロック図である。

§１．｛画像形成装置の概略構成について｝
図１に示す画像形成装置は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムという）１を備えている。この感光体ドラム１は矢印Ｒ１方向に回転自在（回転可能）に支持されている。

感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って上流側から、帯電ローラ（帯電手段）２、露光装置（露光手段）３、現像装置（現像手段）４、中間転写ベルト５、クリーニング装置（クリーニング手段）６が順番に配設されている。また、中間転写ベルト５の下方には、転写搬送ベルト７が配設されている。

さらに、記録材（例えばシート状の紙、透明フィルム）Ｐの搬送方向（矢印Ｋ方向）に沿っての転写搬送ベルト７の下流側には、定着装置（定着手段）８が配設されている。以下、感光体ドラム１〜定着装置８の順に詳述する。

■（感光体ドラムについて）
感光体ドラム１は、直径がφ６０ｍｍ、長手方向の長さが３５０ｍｍのものを用いている。感光体ドラム１は、図２の（ａ）に示すように、電流検知回路Ｓ５を介して接地されたアルミニウムなどの導電材製のドラム基体１ａを備える。このドラム基体の外周面に、通常の有機光導電体層（ＯＰＣ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる感光層１ｂを形成塗布している。そして、感光層１ｂ上に耐摩耗性に優れた保護層（ＯＣＬ：Ｏｖｅｒ Ｃｏｒｔｅ Ｌａｙｅｒ）１ｃを塗布形成している。上述のＯＰＣは負の帯電特性を有している。なお、この電流検知回路の位置は感光体側ではなく、帯電ローラ側でもよい。

感光層１ｂは、下引き層（ＣＰＬ）１ｂ１、注入阻止層（ＵＣＬ）１ｂ２、電荷発生層（ＣＧＬ）１ｂ３、電荷輸送層（ＣＴＬ）１ｂ４の４層によって構成されている。感光層１ｂは、通常は絶縁体であり、特定の波長の光を照射することによって導電体となるという特徴を有している。これは、光照射により電荷発生層１ｂ３内に正孔（電子対）が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷発生層１ｂ３は厚さ０．２μｍのフタロシニアン化合物で構成され、また電荷輸送層１ｂ４は厚さ２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。感光体ドラム１は、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転駆動される。

■（帯電ローラについて）
帯電ローラ２は、ローラ状に形成された接触帯電部材である。本実施例では直径がφ１４ｍｍ、長手方向の長さ３２０ｍｍのものを用いている。帯電ローラ２は感光体ドラム１表面（外周面）を所定の極性・電位に一様に帯電処理する部材である。帯電ローラ２は、金属製の芯金２ａの外周面を、弾性層２ｂ、抵抗層２ｃ、表面層２ｄで覆って構成されている。芯金２ａは、その長手方向の両端部がそれぞれ軸受部材（不図示）によって回転自在に保持されている。軸受部材は、付勢部材としての押圧ばね（圧縮ばね）２ｅによって感光体ドラム１に向けて付勢されている。これにより、帯電ローラ２は、感光体ドラム１表面に対して所定の押圧力をもって圧接させて感光体ドラム１表面との間に帯電部（帯電ニップ部）ａを形成している。これにより、帯電ローラと感光体の間の微小空隙（帯電ギャップ部）が形成され、この帯電ギャップ部において放電が発生して感光体を帯電する。なお、帯電ローラ２は感光体ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って、矢印Ｒ２方向に従動回転する。

帯電ローラ２は、直流および交流電源からなる帯電バイアス印加電源Ｓ１によって帯電バイアスが印加される。帯電バイアス印加電源Ｓ１から帯電ローラ２の芯金２ａに対して、帯電バイアスとして、直流電圧と交流電圧とを重畳させた振動電圧が印加される。これにより、回転中の感光体ドラム１表面は、所定の極性・電位に均一に（一様に）帯電処理される。帯電ローラ２の周波数はレーザとの干渉によるモアレが発生しない領域として、検討の結果１３００Ｈｚとした。また、帯電バイアス印加電源Ｓ１および電流検知回路Ｓ５は、図２の（ｂ）に示すように、ＣＰＵ３０に接続され、ＣＰＵ３０には制御データを格納したＲＯＭ４０が接続されている。そして、電流検知回路Ｓ５の検知データに基づいて、帯電バイアス印加電源Ｓ１による帯電バイアスが制御されるようになっている。本実施例において、帯電ローラに印加する帯電ＤＣは−６００Ｖ、帯電ＡＣのピーク間電圧値（Ｖｐｐ）は１５００Ｖを初期値としている。なお、帯電ＡＣのピーク間電圧値は電流検知回路Ｓ５の検知結果に基づき制御される。

■（電流検知回路について）
図３は放電が発生する交流電圧が帯電ローラに印加された際に、ハイパスフィルタを適応しない電流検知回路が検知する電流波形（交流電圧に対応する交流電流成分と放電電流成分）を示す図である。図３のＡは放電によって生じる電流の増加部分である。本実施例において、処理部としての電源検知回路Ｓ５はハイパスフィルタを備える。このハイパスフィルタは図３に示す電流波形の内、帯電ローラに印加される交流電圧の周波数域よりも高い周波数成分（放電成分）を透過させ、交流電圧の周波数域よりも低い周波数成分（交流成分）を減衰させる。そのため、電流検知回路Ｓ５は帯電電圧が帯電ローラに印加されたときに生じる図３のＡの成分（放電電流成分）を抽出することができる。

放電電流成分Ａを抽出するために用いるハイパスフィルタは、アナログ信号回路であっても、デジタル信号回路であってもよい。本実施例では図３に示す波形をサンプリング周波数４４１００ＨｚでＡ／Ｄ変換した後、デジタル信号処理によって放電電流成分を抽出する（ハイパスフィルタリングする）。

具体的には、サンプリング周波数が４４１００Ｈｚ、カットオフ周波数が２０００Ｈｚ、窓関数がハミング窓関数のハイパスフィルタを用いた。このハイパスフィルタ処理を実行するデジタル信号回路は遅延要素を含む１０１段（段数ｏｒフィルタ設計時の次数ｏｒタップ数）の回路から成る。なお、段数は高いほど周波数分解能が高くなるが、フィルタ処理に要する時間が長くなる。本件では、電成分以外の電流成分の除去するためのデジタル信号処理回路はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成した。なお、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）を用いても良いし、汎用性の高いＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｏｓｓｅｓｓｏｒ）をプログラムに従うように動作させてもよい。

無論、高周波数成分を透過させ、低周波数成分を減衰させる周波数伝達特性を持つアナログ信号回路を用いてもよい。

ここで、カットオフ周波数（Ｃｕｔｏｆｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）とは、カットオフ周波数を下回る周波数の出力がカットオフ周波数を上回る（透過周波数）の出力よりも１／√２となる周波数である。

■（その他の装置について）
露光装置３は、画像情報に応じてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦ制御するレーザスキャナ３ａが使用されている。レーザスキャナ３ａから発生されたレーザ光は、反射ミラー３ｂを介して、帯電後の感光体ドラム１表面に照射される。これにより、レーザ光照射部分の電荷が除去されて静電潜像が形成されるようになっている。

現像装置４としては、回転現像方式が採用されている。軸４ａを中心にモータ（不図示）によって矢印Ｒ４方向に回転駆動される回転体４Ａと、これに搭載された４個の現像器、すなわちイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとを有している。

例えば、感光体ドラム１上にブラックの現像剤像（トナー像）を形成するときは、回転体４Ａの矢印Ｒ４方向に回転によって、ブラックの現像器４Ｋが感光体ドラム１表面に対向する現像部（現像位置）Ｄに搬送される。そして、その現像スリーブ４ｂに、現像バイアス印加電源Ｓ２によって現像バイアスが印加される。これにより、感光体ドラム１上の静電潜像がブラックのトナーで現像されるようになっている。同様にイエローのトナー像を形成するときは、回転体４Ａを矢印Ｒ１方向に９０°回転させて、現像位置Ｄにイエロー用の現像器４Ｙを配置させ、現像を行う。マゼンタ、シアンのトナー像の形成も同様にして行うようになっている。なお、本実施の形態においては、感光体ドラム１の帯電特性と同じ極性（負）の電荷を有するトナーによって現像を行う、いわゆる反転現像を採用している。また、現像バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳させた振動電圧を使用している。なお、以下の説明において、特に色を区別する必要がないときは、単に、現像器という。

トナー濃度センサ９は現像装置４と中間転写ベルト５の間に位置し、感光体ドラム１上に形成されたトナー像の濃度を光学的に非接触測定する。発光部の光源には、中心波長８００ｎｍの赤外光ＬＥＤを用いている。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ１０、一次転写ローラ（一次転写帯電器）１１、従動ローラ１２、二次転写対向ローラ１３に掛け渡されており、駆動ローラ１０の矢印Ｒ１０方向の回転に伴って矢印Ｒ５方向に回転する。中間転写ベルト５は、感光体ドラム１表面に当接されて感光体ドラム１との間に一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ１を形成している。

一次転写ローラ１１には、これに一次転写バイアスを印加する一次転写バイアス印加電源Ｓ３がアースされた状態で接続されている。また、中間転写ベルト５には、従動ローラ１２に掛け渡されている部分の表面に、ベルトクリーナ１４が当接されている。

クリーニング装置６は、感光体ドラム１の回転方向に沿っての一次点転写ニップ部Ｔ１の下流側（転写ローラ２の上流側）に配置されている。クリーニング装置６は、感光体ドラム１表面に当接されたクリーニングブレード（クリーニング部材）６ａと、このクリーニングブレード６ａによって掻き落とされたトナーを回収するクリーニング容器６ｂとを有している。

転写搬送ベルト７は、駆動ローラ１５、二次転写ローラ１６、従動ローラ１７に掛け渡されており、駆動ローラ１５の矢印Ｒ１５方向の回転に伴って矢印Ｒ７方向に回転する。転写搬送ベルト７は、中間転写ベルト５に当接されて中間転写ベルト５との間に二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ２を構成している。二次転写ローラ１６には、これに二次転写バイアスを印加する二次転写印加電源Ｓ４がアースされた状態で接続されている。

定着装置８は、ヒータ（不図示）を内蔵した定着ローラ１８と、これに押圧されて定着部Ｎを構成する加圧ローラ２０とを有している。

■（画像形成動作について）
次に、画像形成装置の画像形成動作を説明する。なお、以下では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に４色フルカラーを形成する場合を例に説明する。また以下にあげる数値は、一例を示すものであって、本発明はこれらの数値に限定されるものではない。

感光体ドラム１は、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に１４０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。回転状態の感光体ドラム１は、表面に当接されている帯電ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ１から帯電バイアスが印加されることにより、所定の極性・電位に（例えば、−６００Ｖ）に均一に帯電される。

露光装置３は帯電された感光体ドラム１の表面に、入力される画像情報に基づき露光する。これにより、露光された部分（明部）の電荷は除去（例えば、−１５０Ｖ）され、感光体ドラム上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、回転体４Ａの矢印Ｒ４方向の回転により、感光体ドラム１表面に対向する現像位置Ｄに配置されたブラックの現像器４Ｋによって現像される。このとき、ブラックの現像器４Ｋの現像スリーブ４ｂには、現像バイアス印加電源Ｓ２によって、直流電圧（例えば、−４５０Ｖ）に交流電圧（例えば、ピーク間電圧１．５ｋＶ、周波数８ｋＨｚの交流電圧）が重畳された振動電圧が印加される。これにより、感光体ドラム１表面の明部に負の電荷をもったブラックのトナーが付着され、トナー像として現像される。

感光体ドラム１上のトナー濃度を測定する際には、あらかじめトナー像が無い状態で感光体ドラム１上の測定をしておき、トナー像が現像された状態との比較を行う。常にトナー濃度センサ９を作動させる必要は無く、現像装置５内のトナーの帯電状態が大きく変化していることが予想される、電源投入後１回目の画像形成時や、大量にトナーが消費された時に作動させる構成とすることが望ましい。

感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５に一次転写される。感光体ドラム１上のトナー像は、感光体ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って一次転写部Ｔ１に搬送される。そして、一次転写ローラ１１に一次転写バイアス印加電源Ｓ３から一次転写バイアス（例えば、＋４００Ｖ）が印加されることにより、中間転写ベルト５上に一次転写される。感光体ドラム１は、この一次転写時に中間転写ベルト５に転写されないで表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去されて、次のイエローの画像形成に供される。

感光体ドラム１は、ブラックの場合と同様に、帯電、露光が行われて静電潜像が形成される。この静電潜像は、回転体４Ａを矢印Ｒ４方向に９０°回転させて、イエローの現像器４Ｙを現像位置Ｄに配置し、その現像スリーブ４ｂに現像バイアス印加電源Ｓ２から現像バイアスを印加することで、イエローのトナー像として現像される。このイエローのトナー像は、一次転写部Ｔ１において、一次転写ローラ１１に一次転写バイアス印加電源Ｓ３から印加される一次転写バイアスによって、中間転写ベルト５上に、先のブラックのトナー像に重ねあわされるようにして一次転写される。トナー像転写後の感光体ドラム１は、表面に残った残留トナーがクリーニング装置６によって除去され、次のマゼンタの画像形成に供される。

以下同様にして、感光体ドラム１上に順次にマゼンタ，シアンのトナー像が形成され、さらに中間転写ベルト５上に順次に一次転写される。これにより、中間転写ベルト５上で、４色のトナー像が重ね合わされる。

中間転写ベルト５上の４色のトナー像は、記録材Ｐに二次転写される。二次転写に先立ち、転写搬送ベルト７が中間転写ベルト５に接触されて二次転写部Ｔ２が形成される。中間転写ベルト５上の４色のトナー像は、中間転写ベルト５の矢印Ｒ５方向の回転に伴って二次転写部Ｔ２に搬送される。

一方、給送カセット（不図示）に収納されていた記録材Ｐは、給搬送装置（不図示）によって給搬送されて、転写搬送ベルト７表面に担持され、転写搬送ベルト７の矢印Ｒ７方向に回転によって二次転写部Ｔ２に搬送される。このとき、二次転写バイアス印加電源Ｓ４によって二次転写ローラ１６に二次転写バイアスが印加され、中間転写ベルト５上の４色のトナー像が一括で記録材Ｐ上に二次転写される。

トナー像の二次転写後の記録材Ｐは、中間転写ベルト５から剥離されて、矢印Ｋ方向に搬送され、定着装置８において、定着ローラ１８と加圧ローラ２０とによって挟持搬送されながら、加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。これにより、１枚の記録材Ｐに対する４色フルカラーの画像形成が終了する。一方、トナー像の二次転写後の中間転写ベルト５は、表面に残ったトナー（残留トナー）がベルトクリーナ１４によって除去される。なお、単色の画像形成を行う場合は、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を、所望の色のトナーを収容する現像器によって現像する。このトナー像は、中間転写ベルト５上に一次転写された後、すぐに記録材Ｐ上に二次転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、転写搬送ベルト７から剥離されて、定着装置８によって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。

§２．｛放電電流量制御について｝
図３はフィルタを適用しない場合の感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる電流の波形を示すグラフである。従来は図３に示すような、放電電流成分を含む総電流量を用いて放電電流量制御を行っていた。本件では図３に示すような放電電流成分を含む総電流波形からハイパスフィルタを用いて抽出した放電電流成分を用いて放電電流量制御を行う。ここで、従来の放電電流量制御では交流電圧のみを帯電ローラに印加して総電流量を検知していた。

なお、図３に示す波形は感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる総帯電電流（以下、総電流と呼ぶ）の波形の一例を示す。この電流波形はＤＣ電圧：−５００Ｖ、ＡＣ電圧：１２００Ｖｐｐ、帯電周波数：１３００Ｈｚ、プロセススピード：１４０ｍｍ／ｓｅｃという条件において得られた波形である。図３は印加したＤＣ電圧成分を除去した交流電流の波形を示すものである。なお、放電開始電圧値は負極の放電開始電圧の絶対値と正極の放電開始電圧の絶対値とを比べると負極側の方が低いため、上述の帯電条件では片側だけ放電が発生していることがわかる。これは、正極と負極で放電のメカニズムが異なるためである。

■（従来の放電電流制御に関する説明）
従来の放電電流量制御について、図９を用いて簡単に説明する。従来の放電電流量制御では、帯電交流電圧のピーク間電圧を８００Ｖ、９００Ｖ、１０００Ｖ（未放電領域の３点）に変更したときのそれぞれの総電流量５３０μＡ、６００μＡ、６６０μＡをグラフにプロットする。続いて、交流電圧のピーク間電圧を１５００Ｖ、１６００Ｖ、１７００Ｖ（放電領域の３点）変更したときのそれぞれの総電流量１０５０μＡ、１１５０μＡ、１２２０μＡをグラフにプロットする。

そして、未放電領域における３点の近似曲線直線Ｌ１と放電領域における３点の近似曲線直線Ｌ２の差分を放電電流量として扱う。従来の放電電流量制御では、２直線の差分から求まる放電電流量が所望の値になるように交流電流のピーク間電圧値を制御している。

このような従来の制御では、ピーク間電圧値を６回変更し、その時に感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる電流値を測定している。ピーク間電圧値を１回変更するためには約５０ｍｓ必要である。また、感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる電流値を１回測定するためには約５０ｍｓ必要である。そのため、従来の放電電流量制御では、ピーク間電圧値の変更と測定を６回行うため、約（５０＋５０）×６＝６００ｍｓと比較的長い時間を要する。そのため、多数回交流電流のピーク間電圧値を変更する従来の放電電流量制御では、画像形成領域と画像形成領域の間の非画像形成部（いわゆる紙間）において生産性を低下させることなく実行することが出来なかった。

■（フィルタの周波数伝達特性について）
本件において、放電電流成分を抽出するために電流検知回路Ｓ５に用いたハイパスフィルタについて詳しく説明する。本件の放電電流制御は、放電電流成分Ａの周波数が帯電交流電圧の周波数よりも高周波数であることに着目している。つまり、放電電流成分Ａが高周波数（約７０００Ｈｚ）であるためにハイパスフィルタを用いて放電電流成分を抽出するためにハイパスフィルタで用いて処理している。以下にハイパスフィルタとして２種類の例（フィルタ１、フィルタ２）を挙げて説明する。なお、ハイパスフィルタは共に、サンプリング周波数は４４１００Ｈｚ、窓関数としてはハミング窓関数を用いており、段数は１０１段とする。

フィルタ１は帯電周波数がカットオフ周波数となるフィルタである。また、図４の（ａ）は本実施例の比較例としてのフィルタ１の周波数伝達特性を示す図である。図からも判るように、帯電交流電圧の周波数（１３００Ｈｚ）においてフィルタ１の倍率は０．４倍である。

フィルタ２は帯電周波数の１．５倍がカットオフ周波数（１９５０Ｈｚ）となるフィルタである。また、図４の（ｂ）は本実施例において電流波形から放電電流成分を抽出するために用いたハイパスフィルタとしてのフィルタ２の周波数伝達特性を示す図である。図からも判るように、帯電交流電圧の周波数（１３００Ｈｚ）においてフィルタ２の倍率は略０倍である。

■（フィルタ適応後の信号波形について）
フィルタ適用前の波形ｗ１は図３では実線で図５では破線で表している。図５の（ａ）は上述の図４の（ａ）に示す周波数特性を有するフィルタ１を用いて総電流波形ｗ１を処理した波形ｗ２である。図５の（ａ）から判るように、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を帯電周波数と同じ周波数に設定すると、帯電交流周波数の交流電流波形も残る。そのため、フィルタ１では放電電流成分だけ抽出することができないことが判る。これはフィルタ１の周波数伝達特性が、カットオフ周波数（１３００Ｈｚ）におけるゲインがある程度（約０．５倍）残っているからだと考えられる。

図５の（ｂ）は上述の図４の（ｂ）に示す周波数特性を有するフィルタ２で総電流波形ｗ１を処理した波形ｗ３である。図５の（ｂ）から判るように、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を帯電周波数の１．５倍（１９５０Ｈｚ）に設定すると、帯電周波数（１３００Ｈｚ）の波形は十分減衰し、放電電流周波数（約７０００Ｈｚ）の波形を透過することが出来る。図５の（ｂ）からも判るように、帯電周波数（１３００Ｈｚ）におけるゲインは小さいほど良い。つまり、フィルタ２は帯電交流電圧の周波数（１３００Ｈｚ）における周波数特性を略０倍にすることが出来ているため、帯電交流電圧の周波数成分を除去できる。ここで、２０００Ｖｐｐの場合に放電電流量が２２０μＡ程度であるのに対し、総電流量が１５６０μＡ程度であり、帯電周波数でのゲインが放電電流量÷総電流量＝０．１４の値以下ならば、検出できると考えられる。

以上の結果から、放電電流成分の波形は、帯電周波数（１３００Ｈｚ）の１．５倍をカットオフ周波数としたハイパスフィルタで処理することによって得ることができる。

■（フィルタ起因のズレと放電電流量制御について）
図６の（ｂ）からも判るように、従来の放電電流量制御と本件の放電電流量制御において検出される放電電流量についてはズレ（差）がある。このズレ（差）は本件で用いたハイパスフィルタの特性によって処理後の波形が歪んでしまうためであると考えられる。しかしながら、従来の方式で求めることができる放電電流量と差があっても問題とならない。

従来の放電電流量制御において、放電電流量の目標値は、帯電均一性と過剰電流によるドラム削れ量の抑制を両立できる値になるように調整していた。つまり、本件においても、放電電流量の目標値においても、帯電均一性と過剰電流によるドラム削れ量の抑制を両立することができる値を放電電流量の目標値とすればよい。

例えば、従来は放電電流量が５０μＡを目標制御値することによって帯電均一性とドラム削れ量の抑制を両立していたとする（図６の（ｂ）破線参照）。その場合、ハイパスフィルタを用いて得られる放電電流量（図６の（ｂ）実線参照）が１００μＡ（所定値）を目標制御値することによって帯電均一性とドラム削れ量の抑制を両立することができる。つまり、何れの場合においても、交流電圧のピーク間電圧値を１５００Ｖｐｐに制御することとなる。

§３．｛放電電流量制御に関するフローチャート｝
直流電圧と交流電圧を重畳した帯電電圧を帯電ローラに印加した時に、帯電ローラと感光体ドラムの間に流れる電流波形ｗ１は図３に示す通りである。なお、帯電ローラと感光体ドラムの間に流れる電流波形は現像装置に印加される現像バイアスによって乱される可能性がある。そのため、放電電流量制御を行う際には、現像バイアスの出力を小さくすることが好ましい（より好ましくはＯＦＦ）。

以下にハイパスフィルタを備える電流検知回路Ｓ５が検知した結果に基づき、制御手段としてのＣＰＵ３０が帯電装置としての帯電ローラに印加する交流電圧のピーク間電圧値を制御する手順についてフローチャートを用いて説明する。

■（所定量制御フローチャートについて）
以下に、本実施例における画像形成装置の放電電流量制御について、フローチャートを用いて説明する。図７は制御手段としてのＣＰＵ３０が感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる放電電流量を制御する手順を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ３０はＲＯＭ４０に保存されたプログラムに従い以下のように帯電ローラに印加する交流電流のピーク間電圧値を制御する。本実施例の放電電流制御は非画像形成中に実行するものとする。なお、Ｓ１０２からＳ１０６の制御は画像形成中に実行することも可能である。

最初に、現像バイアスをＯＦＦして電流検知回路Ｓ５が取得する電流波形が乱れないようにする。制御装置（コントローラ）としてのＣＰＵ３０は、現像装置に印加される現像交流電圧を０Ｖにする（約５０ｍｓ）（ステップＳ１０１）。次に、感光体ドラム１のアース側に取り付けられた電流検知回路Ｓ５によって、感光体ドラムと帯電ローラの間に流れる電流量を検知すると共に、電流検知回路Ｓ５が備えるハイパスフィルタで処理して放電電流量を算出される（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）。

制御手段としてのＣＰＵはＳ１０３において算出された放電電流値が所定値（１００μＡ）以上の場合に、Ｓ１０５の処理を、所定値未満の場合にＳ１０６の処理を実行する（Ｓ１０４）。

放電電流量が所定値（１００μＡ）以上の場合、制御手段としてのＣＰＵ３０はＳ１０２において印加したピーク間電圧値よりピーク間電圧値を所定の調整量（ここでは、１０Ｖｐｐ）下げる（Ｓ１０５）。これにより放電電流量を所定値（１００μＡ）に近づけることができる。

放電電流量が所定値（１００μＡ）以上の場合、制御手段としてのＣＰＵ３０はＳ１０２において印加したピーク間電圧値よりピーク間電圧値を所定の調整量（ここでは、１０Ｖｐｐ）上げる（Ｓ１０６）。これにより放電電流量を所定値（１００μＡ）に近づけることができる。前述の通り、ピーク間電圧値の調整には１回に付き約５０ｍｓを要する。なお、ピーク間電圧値の調整量についてはシステムの安定性を考慮し、一度に変化させる最大量を決めておくことが望ましい。

最後に、次の画像形成を行うために、現像装置が備える現像剤担持体としての現像スリーブに印加する現像バイアスをＯＮ（現像交流電圧を１５００Ｖｐｐ）する（Ｓ１０７）。なお、現像バイアスをＯＮするためにはＯＦＦする時と同様に約５０ｍｓを要する。

このように、本実施の形態では、電流波形に対して帯電周波数より大きな周波数以上の帯電電流を通すハイパスフィルタを通すことで、総電流量に含まれる放電電流成分が直接見積もられる。これにより、毎紙間で制御を行うことが可能になり、制御のためのダウンタイムを最小限（約１５０ｍｓ：現像ＯＦＦを除けば約５０ｍｓ）に抑えることができる。そのため、紙間（感光体ドラム上での画像と画像の間隔）を最小限まで縮めることができ、生産性が向上する。また、電流検知毎に放電電流量を把握できるため、放電電流量制御の精度を高めることが出来る。また、環境や製造時による帯電ローラ２の抵抗値のばらつき等にかかわらず、過剰放電を起こさせず常に一定量の放電を生じさせ、感光体ドラム１の劣化、トナー融着、画像流れ等の問題なく均一な帯電を行うことができる。また、連続画像形成時においても帯電ローラ２の汚れにかかわらず均一な帯電を行うことができる。そのため、高画質、高品質な印刷物を安定して長期間出力することができる。なお、本件において放電電流量制御を行う際は、帯電ローラに交流電圧と直流電圧を重畳させた帯電バイアスを印加してもよいし、帯電ローラに交流電圧のみを印加してもよい。

■（他の制御フローチャートについて）
以下に放電電流量が所定の範囲（１００±３μＡ）になるまでピーク間電圧値を調整する制御について、フローチャートを用いて説明する。

Ｓ２０１からＳ２０３までは、Ｓ１０１からＳ１０３までの処理と、Ｓ２０８はＳ１０７の処理と略同一であるため説明を省略する。

制御手段としてのＣＰＵ３０はＳ２０３において電流検知回路が検知した放電電流成分が所定の範囲内か否かによって処理を変更する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ３０は放電電流量が所定の範囲内である場合にＳ２０８の処理を、所定の範囲外である場合にＳ２０５を実行する。

Ｓ２０４において、放電電流量が所定の範囲外であると判断された場合、ＣＰＵ３０はＳ２０３において取得された放電電流量が所定値以上か否かによって処理を変更する（Ｓ２０５）。ＣＰＵ３０は放電電流量が所定の範囲の上限値（１００＋３μＡ）以上の場合にＳ２０６を、所定範囲の下限値（１００−３μＡ）未満の場合にはＳ２０７を実行する。

Ｓ２０５において、放電電流量が所定の範囲の上限値以上と判断された場合、ＣＰＵ３０は帯電ローラに印加する交流電圧のピーク間電圧値を５Ｖｐｐ下げる（Ｓ２０６）。また、Ｓ２０５において、放電電流量が所定の範囲の下限値未満と判断された場合、ＣＰＵ３０は帯電ローラに印加する交流電圧のピーク間電圧値を５Ｖｐｐ下げる（Ｓ２０７）。Ｓ２０６又はＳ２０７においてピーク間電圧値を変更した後、Ｓ２０２の処理を繰り返し行い、放電電流値が所定の範囲内になるまでこの処理を繰り返す。これにより、前述の所定量制御フローチャートを用いた制御よりも放電電流量制御の精度が向上する。

§４．｛その他の実施形態について｝
本発明は、前記実施の形態記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。例えば、帯電ローラと感光体ドラムは接触している必要はなく、感光体ドラムと帯電ローラの間にギャップ間電圧と補正パッシェンカーブで決まる放電可能領域が確実に保証されればよい。例えば、帯電ローラが感光体ドラムと数１０μｍの空隙を有して非接触に近接配置してある構成に適応することができる。

１ 感光体ドラム（感光体）
２ 帯電ローラ（帯電部材）
Ｓ１ 電源（印加手段）
３ａ レーザスキャナ（露光手段）
Ｓ５ 電流計（検知手段）
３０ ＣＰＵ（制御手段、制御回路）
４０ ＲＯＭ（プログラム格納部）

Claims (3)

1. 回転可能な感光体と、
   前記感光体を帯電する帯電装置と、
   前記帯電装置に交流電圧を印加する印加手段と、
   前記感光体と前記帯電装置の間に流れる電流のうち、前記交流電圧に対応する交流電流成分を除去することによって放電電流成分を抽出する処理部と、
   前記処理部によって抽出された前記放電電流成分に基づき、前記交流電圧のピーク間電圧値を制御する制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は前記放電電流成分が一定となるように、前記交流電圧のピーク間電圧値を制御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. 前記帯電装置は前記感光体と接触することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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