JP2010286613A

JP2010286613A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010286613A
Application number: JP2009139415A
Authority: JP
Inventors: Ryota Fujioka; 良太藤岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】画像形成の生産性を損なうことなく交流電圧の振幅を高頻度に再調整でき、これにより、放電電流を過不足の無い範囲に維持して連続画像形成を行える画像形成装置を提供する。
【解決手段】制御回路６１３は、電源Ｄ３を制御して定電圧制御される交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を帯電ローラ２ａに印加して感光ドラム１ａの表面を帯電させる。連続画像形成中、Ｎ枚ごとのタイミングで通常の交流電圧よりも高い交流電圧の振動電圧で画像形成を行い、交流電流測定回路６１４によって交流電流を測定する。Ｎ−１枚目の画像形成では、通常の交流電圧の振動電圧で画像形成を行い、交流電流測定回路６１４によって交流電流を測定する。２つの交流電圧−電流データと予め定めた放電開始電圧Ｖｔｈとを用いて放電電流が適正値になるように交流電圧の定電圧を調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を帯電部材に印加して感光体を帯電させる画像形成装置、詳しくは交流電圧の振幅を抑制して感光体の放電劣化を軽減する制御に関する。

帯電ローラ等の帯電部材に、交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を印加して、帯電部材と感光体との間で放電を伴って感光体を帯電させる画像形成装置が広く用いられている。直流電圧に比較して圧倒的に高い交流電圧によって帯電部材と感光体との間に放電を発生させることで、帯電部材の直流電圧が電位低下することなく感光体表面に写し取られるからである。

ここで、交流電圧の振幅が小さすぎて必要な放電電流を確保できない場合、帯電部材の直流電圧を感光体表面に十分に写し取ることができなくなり、感光体の帯電電位が低下して画像品質を確保できなくなる。このため、交流電圧の振幅は、できるだけ大きくして、必要な放電電流を確実に発生させることが必要である。

しかし、帯電部材と感光体との間の放電に伴って、感光体の感光層（光半導体層）が劣化して帯電性能が次第に低下する。そして、放電による感光層の劣化速度は放電電流が大きいほど著しい。このため、交流電圧の振幅は、できるだけ小さくして、過剰な放電電流を流さないことが望ましい。

そこで、帯電部材に交流電圧の試験電圧を印加して放電電流特性を求め、必要な放電電流量が得られる過不足の無い交流電圧の振幅を設定する制御が実用化されている（特許文献１）。

特許文献１では、連続画像形成開始前に、交流電圧の未放電域で複数の試験電圧、交流電圧の放電域でも複数の試験電圧を帯電部材に印加して、それぞれ交流電流を検出する。そして、図８に示すように、放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流直線Ａ’）と未放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流直線Ａ’’）との差分として、放電電流−交流電圧（定電圧）の関数を定義している。

このようにすることで、個体差、環境温度、使用累積等による抵抗値の変化が大きい帯電部材でも、必要な放電電流を確保しつつ、過剰な放電電流を回避することができる。

特開２００１−２０１９２１号公報

環境温度による抵抗値の変化が大きい帯電部材は、連続画像形成に伴う温度上昇によっても抵抗値が大きく変化する。抵抗性の帯電部材は、交流電圧の印加によってジュール加熱されるからである。このため、図８に示すように、温度上昇によって抵抗値が低下する帯電部材の場合、連続画像形成の開始前に設定した特許文献１の交流電圧のままでは、連続画像形成の進行に伴って放電電流が次第に過剰になる（Ｄ→Ｄｂ）。これにより、必要以上に感光体の劣化が進行してしまう。一般に、このように放電量が過剰になる傾向は、特に低湿環境において顕著であり、そのような環境で画像形成装置が使用される機会は非常に多い。

そこで、連続画像形成中に、例えば画像形成１００枚ごとに連続画像形成を中断して、特許文献１の制御を行うことにより、交流電圧の振幅を再調整することが提案された。

しかし、連続画像形成１枚目〜１００枚目の間でも抵抗値が大きく変化しており、図９に示すように、９０枚目以降では放電電流が相当に過剰になっていることが確認された。ここで、調整頻度を高めて１０枚ごとに再調整を行えば、このような不都合は解消されるが、そのたびに連続画像形成が中断されるため、画像形成装置の生産性が大きく損なわれてしまう。

本発明は、画像形成の生産性を損なうことなく交流電圧の振幅を高頻度に再調整でき、これにより、放電電流を過不足の無い範囲に維持して画像形成を行える画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、感光体と、定電圧制御される交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を印加されて前記感光体を帯電させる帯電部材とを備えたものである。そして、前記帯電部材を流れる交流電流を検出する検出手段と、連続画像形成中の所定のタイミングで画像形成時の前記交流電圧と画像形成時よりも高い前記交流電圧とを前記帯電部材に印加して前記検出手段によりそれぞれの交流電流を検出し、検出したそれぞれの交流電流に基づいて、前記交流電圧による画像形成時の放電電流を所定値に調整するように、画像形成時の前記帯電部材に印加される交流電圧の定電圧を変更する定電圧変更モードとを備える。

本発明の画像形成装置では、連続画像形成中の所定のタイミングでサンプリングした放電域の交流電圧−電流特性のみを用いて、画像形成時の放電電流を判別する。連続画像形成を中断することなくサンプリングした放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）から画像形成時の放電電流の過不足を判断して、交流電圧の定電圧に必要な調整を施している。

従って、画像形成の生産性を損なうことなく交流電圧の振幅を高頻度に再調整でき、これにより、放電電流を過不足の無い範囲に維持して連続画像形成を行える。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。画像形成部の構成の説明図である。感光ドラムの層構成の説明図である。プリンタ動作シーケンのタイムチャートである。帯電ローラに対する帯電バイアス印加系のブロック回路図である。連続画像形成に伴う放電電流量の増加の説明図である。実施例１の制御のフローチャートである。放電電流制御の説明図である。実施例１の制御の効果の説明図である。実施例６の制御のブロック図である。実施例６の制御の説明図である。

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。本発明は、画像形成位置よりも高い交流電圧が画像間隔に印加される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、中間転写体を用いる方式、記録材搬送体を用いる方式、タンデム型、１ドラム型、フルカラー、モノクロの区別なく、これらの画像形成装置において等しく実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。図２は画像形成部の構成の説明図である。図３は感光ドラムの層構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に沿って画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。接触帯電方式、二成分接触現像方式を採用した電子写真方式のカラー複写機でもある。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト１１に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１１のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト１１に順次重ねて一次転写される。

中間転写ベルト１１に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。トナー像の転写を受けた記録材Ｐは、中間転写ベルト１１から分離されて定着装置９へ搬送されてトナー像の定着処理を受ける。

中間転写ベルト１１は、テンションローラ１８、駆動ローラ１７、及び対向ローラ１９に掛け渡して支持され、駆動ローラ１７に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。テンションローラ１８は、駆動ローラ１７と対向ローラ１９との間で中間転写ベルト１１に所定のテンションを付与する。

二次転写ローラ１２は、中間転写ベルト１１を挟んで対向ローラ１９に圧接することにより、中間転写ベルト１１と二次転写ローラ１２との間に二次転写部Ｔ２を形成する。

分離装置１５は、記録材カセット１４から引き出された記録材Ｐを１枚ずつに分離して、レジストローラ１６へ送り出す。レジストローラ１６は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト１１のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。

二次転写部Ｔ２に搬送された記録材Ｐは、トナー像を担持する中間転写ベルト１１と二次転写ローラ１２との間に挟持されて搬送される。その間、二次転写ローラ１２にトナーの帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の直流電圧を印加することにより、中間転写ベルト１１上の４色重なったトナー像が記録材Ｐ上に二次転写される。

ベルトクリーニング装置１３は、中間転写ベルト１１にクリーニングブレードを当接させて、二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト１１の表面に残留する転写残トナーを回収する。定着装置９は、中心にヒータを配置した定着ローラ９ａに加圧ローラ９ｂを圧接して加熱ニップを形成する。記録材Ｐは、加熱ニップで挟持搬送される過程で、加熱加圧を受けてトナー像を溶融させ、フルカラー画像を表面に定着された後、プリントアウト出力物として装置外に排出される。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれの現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。このため、以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の符号末尾のａを、ｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。ただし、ブラックの画像形成部Ｐｄについては、使用頻度が高いため、ドラム劣化の少ない帯電装置としてコロナ帯電器が使用されている。

図２に示すように、画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ７ａ、クリーニング装置５ａを配置している。

感光ドラム１ａは、不図示の駆動モータから駆動力を伝達されて矢印Ｒ１方向に回転する。図３は、感光ドラム１ａを、その中心軸（図２参照）を含む平面で切ったときの縦断面図の一部を模式的に示す。図３中の下方が感光ドラム１の内側に対応し、上方が外側に対応する。

図２を参照して図３に示すように、感光ドラム１ａは、回転ドラム型の電子写真感光体、さらに詳しくは、負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）が使用されている。

感光ドラム１ａは、４層で構成されている。最も内側に配置されたアルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１αの表面に、光の干渉を抑え、上層の接着性を向上させる下引き層１βと、光電荷発生層１γと、電荷輸送層１ωとの３層を順に塗り重ねた構成をしている。感光ドラム１ａ全体は、外径３０ｍｍに構成され、矢印Ｒ１方向に３２０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって回転駆動される。アルミニウム製シリンダ１αは、接地されている。

帯電ローラ２ａは、後述するように、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加されて、感光ドラム１の表面を一様な電位に帯電する。

露光装置３は、光源装置及びポリゴンミラーを含んで４つの画像形成部（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ：図１）に対して共通に配置される。露光装置３は、光源から射出したレーザ光を回転するポリゴンミラーで走査する。走査光は、画像形成部ごとの４つの反射ミラーによって偏向し、それぞれのｆθレンズを介して感光ドラム１ａの母線上に集光して感光ドラム１ａを露光する。これにより、感光ドラム１ａ上に画像信号に応じた静電像が形成される。

現像装置４ａには、非磁性トナーと磁性キャリアとが所定の混合比で混合された二成分現像剤が所定量充填され、感光ドラム１上の静電像を、帯電した非磁性トナーで反転現像して、トナー像を形成する。現像装置４ａは、帯電した二成分現像剤を、回転する現像スリーブ４１ａに穂立ち状態で担持させて感光ドラム１ａを摺擦する。現像スリーブ４１ａには、電源Ｄ４から所定の現像電圧が印加される。現像電圧は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。より具体的には、−５５０Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、周波数９．２ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１．８ｋＶの矩形波の交流電圧を重畳した振動電圧である。この現像電圧と感光ドラム１ａ表面に形成された静電像との電位差に応じて静電像が反転現像される。

トナーカートリッジ６ａには非磁性トナーが充填されており、現像装置４ａにおける刻々の非磁性トナー使用量に応じてトナーカートリッジ６ａから現像装置４ａへ非磁性トナーが補給される。

一次転写ローラ７ａは、中間転写ベルト１１を介して感光ドラム１ａに圧接して、中間転写ベルト１１と感光ドラム１ａとの間に一次転写部Ｔ１を形成する。電源Ｄ１は、感光ドラム１ａ上のトナー像が一次転写部Ｔ１に到達している間、一次転写ローラ７ａにトナーの帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の直流電圧を印加する。これにより、感光ドラム１ａ上のトナー像が中間転写ベルト１１へ一次転写される。

クリーニング装置５ａは、感光ドラム１ａにクリーニングブレード５ｅを当接させて、一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム５ａ表面に付着したカブリトナーや転写残トナーを掻き落として回収する。

＜プリンタ動作シーケンス＞
図４はプリンタ動作シーケンのタイムチャートである。

図１を参照して図４に示すように、画像形成装置１００の停止状態でメイン電源（電源スイッチ）がＯＮされると、初期回転動作が実行されて、ジョブを待ち受けるスタンバイ状態となる。スタンバイ状態でジョブのプリント信号が入力（ＯＮ）されると印字準備前回転動作に続いて連続画像形成が開始される。連続画像形成は、ｎ枚目プリントの印字及び転写工程とｎ＋１枚目プリントの印字及び転写工程との間に紙間工程を配置して実行される。連続画像形成の終了後、プリンタは、後回転動作を経てスタンバイ状態になる。１枚だけの画像形成の場合、１枚目プリントの終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態になる。

初期回転動作（前多回転工程）は、プリンタの起動時の始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。電源スイッチのオンにより、感光ドラム１ａを回転駆動させ、また、定着器７を所定温度へ立ち上げる等、所定のプロセス機器に準備動作を実行させる。プリント信号の入力がないときには、初期回転動作の終了後にメインモータの駆動が停止されて感光ドラム１ａの回転が停止し、プリンタはプリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保たれる。プリント信号が入力すると、次の印字準備回転動作が実行される。

印字準備回転動作（前回転工程）は、プリント信号のオンから実際に画像形成（印字）工程動作がなされるまでの間の画像形成前の準備回転動作期間である。印字準備回転動作では、続く連続画像形成で用いる各種電圧がそれぞれ調整されて印加される。帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の直流電圧及び交流電圧、露光装置のレーザービーム強度、現像スリーブ（４１ａ）に印加される振動電圧の直流電圧及び交流電圧が設定される。一次転写ローラ（７ａ）に印加される一次転写電圧、二次転写ローラ１２に印加される二次転写電圧も設定される。

印字工程、転写工程（画像形成工程、作像工程）では、所定の印字準備回転動作が終了した後、引き続いて回転中の感光ドラム１に対する作像プロセスを実行する。感光ドラム１表面にトナー像を形成し、このトナー像を記録材Ｐに転写し、トナー像転写後の記録材Ｐを定着装置９により定着し、トナー像定着後の記録材Ｐ（画像形成物）がプリントアウトされる。そして、連続印字モード（連続プリントモード）の場合、上述の印字工程が所定の設定プリント枚数ｎ枚分繰り返して実行される。

紙間工程は、連続印字モードにおいて、先行する記録材Ｐの後端部が二次転写部Ｔ２を通過した後、後続する記録材Ｐの先端部が二次転写部Ｔ２に到達するまでの間の、二次転写部Ｔ２における記録材Ｐの非通紙状態期間である。紙間工程のタイミングでは、帯電・現像の各電圧は、白紙を描く電位に保持され、転写の各電圧は全く電位がオフされた状態である。

後回転動作は、最後の記録材Ｐの印字工程が終了した後もしばらくの間、メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転駆動させ、所定の後回転動作を実行させる期間である。所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止されて感光ドラム１の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。

スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力すると、プリンタは、再び前回転工程に移行する。図４中、印字工程が画像形成時に相当し、初期回転動作、前回転動作、紙間工程、後回転動作が非画像形成時に相当する。

画像形成装置１００では、後述するように、前回転工程において、連続画像形成初期の帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の交流電圧の定電圧が設定される。そして、Ｎ−１枚目の帯電工程で交流電流を測定した後、Ｎ枚目の帯電工程でこれまでの定電圧よりも高い定電圧の交流電圧の振動電圧を印加して交流電流を測定する。

そして、Ｎ枚目プリント時と紙間工程の２つの交流電圧−電流データを用いて、Ｎ＋１枚目〜Ｎ＋Ｎ枚目プリントで帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の交流電圧の定電圧が設定される。

＜接触帯電方式＞
接触帯電方式は、感光体に接触又は近接させた帯電部材に電圧を印加することによって、感光体表面を帯電するものである。帯電部材には、ローラ状の帯電ローラやブレード状の帯電ブレードがあるが、特に帯電ローラは、長期にわたって感光体を安定して帯電することができるという利点がある。

なお、帯電部材は感光体面に必ずしも接触している必要はなく、帯電部材と接触部材との間に、ギャップ間電圧と修正パッシェン曲線とで決まる放電可能領域が確実に確保されていればよい。例えば、１０μｍの空隙を介して両者が非接触に近接配置されていてもよい。ここでは、接触帯電といった場合、近接帯電の場合も含む。

このような帯電部材では、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加することで、帯電部材と感光体との間の放電を交互に繰り返して、感光体表面を均一に帯電することができる。一般的には、直流電圧を印加したときの帯電部材と感光体との間の放電開始電圧Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を有する交流電圧と、帯電ターゲット電位と等しい直流電圧とを重畳した振動電圧が印加される。

振動電圧には、感光体表面の帯電電位をならす効果がある。振動電圧の波形としては、正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でもよい。振動電圧には、直流電圧を周期的にＯＦＦ／ＯＮされることによって形成された矩形波の電圧や、直流電圧の値を周期的に変化させることで、交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ波形出力としたものも含む。

しかし、このようなＡＣ帯電方式では、感光体の表面に対する放電電流密度が増加するため、放電電流量が過剰な場合、感光体の劣化が助長されるという問題がある。放電電流量が過剰な場合、放電生成物による高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境での画像流れなどの異常画像が発生する可能性が高くなるという問題もある。

また、ＡＣ帯電方式に使用される交流電圧の周波数は、画像形成速度(プロセススピード)に比例して変える必要がある。プロセススピードに対して帯電の交流電圧の周波数が低過ぎる場合、可視領域の帯電ムラが発生して、ハーフトーンの一様な画像出力を行った際にいわゆるモアレ模様が形成されて画像品質が低下する。しかし、モアレ模様を抑制するために、必要以上の高周波を使用した場合、放電開始電圧Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を有する交流電圧を印加した際に、低周波の場合に比べて桁違いに大きな放電電流量が流れてしまう。このため、近年、画像形成装置のプロセススピードが高まる傾向に対して、交流電圧の周波数が高められた結果、以前よりも感光体の寿命低下や画像流れが発生し易くなっている。

そこで、これらの問題を解決するために、必要最小限の交流電圧を印加して、帯電部材と感光体との間で交互に発生させる放電電流量を必要最小限に抑制することが有効である。しかし、実際には、帯電部材に印加する電圧と放電電流量との関係は、常に一定という訳ではなく、帯電部材の表面性や内部材料の劣化のほか、感光体の感光層や誘電体層の膜厚、環境の温湿度等の変動によっても変化する。

ところで、帯電部材の一例である帯電ローラは、主にエピクロルヒドリンやウレタン等の有機ゴムの基材中に導電性粒子を分散して必要な導電性を確保している。代表的な導電性粒子である導電性カーボン粒子は、良好な帯電特性が期待できる反面、通電動作に伴ってカーボン粒子同士が電気的に引き合って、力学的に周辺の構造を破壊して導電パスを形成することがある。このため、長期の使用に対しては帯電能力の局在が起こり、白抜け、黒斑点、縦スジ等の画像不良が発生することがある。

このため、導電性粒子として、イオン導電粒子の寄与が大きいものも使用されている。イオン導電粒子は、導電性カーボン粒子に比べ、長期使用に対する帯電の一様性維持に優れている。反面、導電性カーボン粒子に比べて温度に対する抵抗変化が大きく、温度湿度が１５℃１０％のような低温低湿の環境では、帯電ローラの抵抗値が上昇して放電が起こりにくくなる。このため、感光体に均一な帯電を得るためには一定値以上の振幅の交流電圧が必要となる。

しかし、低温低湿環境で帯電均一性が得られる交流電圧を設定した場合、温度湿度が３０℃８０％のような高温高湿の環境で帯電動作を行った場合、必要以上の放電電流量が感光体表面に流れてしまう。そして、感光体表面に流れる放電電流量が増加すると、トナー融着の発生、感光層の劣化による感光体の短命化などの問題が発生する。

このため、イオン導電粒子を使用した帯電ローラを使用する際には、環境の温度湿度のみならず、連続画像形成に伴う、摩擦、通電等による帯電ローラ自身の発熱と温度上昇に対しても、放電電流量の増減を抑制する必要がある。

このため、定期的に放電電流量を一定に保つための放電電流制御が必要となる。帯電ローラにおいて、放電電流量を一定に保つための制御として、帯電部材に交流電圧を印加することで流れる交流電流値を制御する「ＡＣ定電流制御方式」や、常に一定の交流電流を印加する「ＡＣ定電圧制御方式」等が提案されている。

また、感光体の長寿命化を目指したとき、いずれの制御方式においても、前述したように、放電電流量の増減を十分に抑制することは困難である。放電電流量は、周辺雰囲気の温度変化、通電に伴う帯電ローラ自体の温度変化、帯電ローラ周辺雰囲気、帯電部材の製造のばらつきや汚れによる抵抗値変動、画像形成の累積に伴う感光体の静電容量変動、本体高圧電源装置のばらつきなどに影響される。これらのすべての変動を押さえ込むには、コストアップを伴う。従って、このような帯電ローラの使用に際しては、高頻度で放電電流制御を繰り返すことが望ましい。

＜帯電装置＞
図５は帯電ローラに対する帯電バイアス印加系のブロック回路図である。

図２に示すように、導電性ゴムから形成される帯電ローラ２ａ、及び毛織物等によって形成される帯電ローラ清掃部材２２ａは、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材２０ａにより一定の軸間距離を保って、回転自在に保持される。押圧ばね２１ａは、感光ドラム１ａに向かって軸受け部材２０ａを付勢して、帯電ローラ２ａを感光ドラム１ａの表面に対して所定の押圧力をもって圧接させる。

帯電ローラ清掃部材２２ａは、帯電ローラ２ａの回転に従動して回転し、クリーニング装置５ａを通過した感光ドラム１ａの表面から帯電ローラ２ａに付着した転写残トナーや外添剤等を吸着、或いは掃き散らすことにより清掃する。

帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａの回転に従動して回転し、高圧電源Ｄ３によって所定の帯電電圧が印加される。これにより、回転中の感光ドラム１ａの外周面（表面）が所定の極性・電位に接触帯電処理される。帯電ローラ２ａは、その長手方向（感光ドラム１ａの中心軸Ｏに沿った方向）の長さが３３０ｍｍである。

帯電ローラ２ａに印加される帯電電圧は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。通常の画像形成時には、例えば、−７００Ｖの直流電圧に、周波数２．０ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１．５ｋＶの正弦波の交流電圧を重畳した振動電圧が用いられる。この振動電圧によって、感光ドラム１ａ表面は、帯電ローラ２ａに印加した直流電圧と同じ−７００Ｖ（暗部電位ＶＤ）に一様に帯電される。

図５に示すように、帯電ローラ２ａの層構成は、芯金（支持部材）２αの外周面に、基層２βと表層２γとを内側から順次に積層した二層構成である。基層２βは、帯電ローラ２ａ全体として均一な抵抗を得るための導電層であり、表層２γはクリーニング装置５ａをすり抜けてくる外添剤が付着しにくいよう、フッ素等によって特殊なコーティングがなされた保護層である。芯金２αは、直径６ｍｍのステンレス丸棒である。基層２βは、イオン導電粒子を分散させたウレタンゴムで構成され、抵抗値１．６×１０^５［Ω］、層厚５．０ｍｍ、長さ３３０ｍｍである。表層２γは、フッ素樹脂等によって特殊なコーティングがなされた保護層で構成され、十点平均粗さＲｚ≒１０［μｍ］である。

電源Ｄ３は、直流電圧と、周波数ｆの交流電圧とを重畳した所定の振動電圧（帯電バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）を帯電ローラ２ａの芯金２０ａに印加する。電源Ｄ３は、ＤＣ電源（直流電源）６１１とＡＣ電源（交流電源）６１２とを有し、ＤＣ電源６１１及びＡＣ電源６１２は、制御回路（制御手段）６１３によって制御される。

制御回路６１３は、ＤＣ電源６１１及びＡＣ電源６１２をオン／オフ制御して帯電ローラ２ａに直流電圧と交流電圧とのいずれか一方又は双方の重畳電圧を印加するように制御する。制御回路６１３は、ＤＣ電源６１１から帯電ローラ２ａに印加する直流電圧と、ＡＣ電源６１２から帯電ローラ２ａに印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを制御する。

制御回路６１３には、交流電流値（又はピーク間電圧）を測定する手段として交流電流測定回路６１４が接続されている。交流電流測定回路６１４によって測定された交流電流値情報が制御回路６１３に入力される。

制御回路６１３には、プリンタが設置されている場所の環境（温度湿度）を検知する手段として環境センサ６１５が接続されている。環境センサ６１５が検知した環境情報が制御回路６１３に入力される。

制御回路６１３は、図４に示す印字準備回転動作期間において、印字工程の帯電工程で帯電ローラ２ａが印加される交流電圧の適切な振幅（ピーク間電圧Ｖｐｐ）の演算・決定プログラムを実行する。制御回路６１３は、交流電流測定回路６１４から入力された交流電流値情報、及び環境センサ６１５から入力された環境情報を基に、印字準備回転動作が終わるまでに、放電開始電圧Ｖｔｈ、初期制御電圧Ｖ１を決定する。

制御回路６１３は、その後、連続画像形成中、印字工程の帯電工程における印加交流電圧の適切なピーク間電圧Ｖｐｐの演算・決定プログラムを定期的に実行して、帯電ローラ２ａに印加する交流電圧の振幅を調整する。

＜放電電流量の変動＞
図６は連続画像形成に伴う放電電流量の増加の説明図である。

特許文献１に記載されるように、交流電圧の印加に伴う放電電流量は、感光ドラム１ａの感光層の劣化、画像流れ、帯電均一性に対して強い相関関係がある。また、交流電圧が印加された際に検出される総電流量も感光ドラムドラム表面の劣化、すなわち電位低下などと強い相関がある。

図６に示すように、導電剤としてイオン導電剤を導入した帯電ローラ２ａを使用した場合、連続画像形成に伴って、振動電圧の交流電圧と帯電ローラ２ａの抵抗値とにミスマッチが発生する。

放置後の帯電ローラ２ａは、温度が低下して抵抗が上昇しており、実線ＡのようにＶＩ特性の傾きが低くなっている。このとき、実線Ａと未放電域の直線近似を表す点線Ａ’との差分で示される放電電流量が所望の放電電流量Ｄとなるために必要な交流電圧をＶαとする。

そして、交流電圧Ｖαで１０分程度の連続画像形成を行った場合、通電による帯電ローラ２ａの温度上昇が起きて、イオン導電剤中の電荷の移動能が増す結果、帯電ローラ２ａの抵抗が下がる。その結果、実線Ｂのように、ＶＩ特性の傾きが上昇し、実線Ｂと未放電域の直線近似を表す点線Ｂ’との差分で表される放電電流量Ｄｂが所望の放電電流量Ｄを上回って過剰になってしまう。このような温度上昇に伴う放電電流量の増加は十分に大きく、感光層の劣化を促進して感光ドラム１ａの耐用寿命を低下させてしまう。

そこで、実施例１では、画像形成中に高頻度で放電電流制御を実施することにより、ＶＩ特性の変化に対して、ダウンタイムを設けることなく適宜放電電流量を調節する。

＜実施例１＞
図７は実施例１の制御のフローチャートである。図８は放電電流制御の説明図である。

連続画像形成の１〜Ｎ（≧２）枚目で用いる交流電圧である初期制御電圧Ｖ１は、図４に示す前多回転工程において、初期定電圧設定モードにより設定される。

図５を参照して図７に示すように、制御回路６１３は、連続画像形成開始前、図８に示す放電域、未放電域の直線近似Ａ’、Ａ’’を取得する（Ｓ１）。そして、直線近似Ａ’、Ａ’’の交点のＸ座標値である放電開始電圧Ｖｔｈ、及び所望の放電電流量Ｄを出力している初期制御電圧Ｖ１を決定する（Ｓ２）。

制御回路６１３は、初期制御電圧Ｖ１を用いて連続画像形成を開始する。その後、連続画像形成中は、常に初期制御電圧Ｖ１に対する交流電流を測定する必要は無く、最終制御時から予め決められた制御間隔であるＮ（≧２）枚に対し、(Ｎ−１)枚目未満ではＶＩ特性は取得しない。

制御回路６１３は、（Ｎ−１)枚目に達した時点で（Ｓ３）、初期制御電圧Ｖ１に対するＶＩ特性を取得し（Ｓ４）、Ｎ枚目に達した時点で初期制御電圧Ｖ１よりも大きな試験電圧Ｖ２を使用し、その際のＶＩ特性を取得する（Ｓ５）。

ここで、試験電圧Ｖ２は、環境湿度、環境温度、帯電ローラ２ａの累積使用時間の組み合わせに応じて予めテーブルで定められた交流電圧であり、少なくとも初期制御電圧Ｖ１より大きいので、帯電不良による画像不良を起こす懸念は無い。

また、具体例は示さないが、試験電圧Ｖ２は、放電電流量Ｄの増加が起こすクリーナブレードのめくれやビビリを起こさない範囲内で設定される。試験電圧Ｖ２が選択される範囲は、プロセススピードや感光ドラム径にも影響される。

制御回路６１３は、放電域において初期制御電圧Ｖ１と試験電圧Ｖ２に対する交流電流Ｉａｃ１、Ｉａｃ２が決まったため、放電域の直線近似Ｂ’を算出する（Ｓ６）。ここで、放電開始電圧Ｖｔｈが前回制御時とほとんど同じことを利用し、放電域の直線近似Ｂ’に放電開始電圧Ｖｔｈを代入して放電開始点のＶＩ値（Ｖｔｈ、Ｉｔｈ）を取得する（Ｓ７）。

そして、放電開始点のＶＩ値（Ｖｔｈ、Ｉｔｈ）と初期制御電圧Ｖ１を取得した際に得られた未放電域のＶＩ特性の切片座標Ｂ１（≒０）とを結ぶ一次式として、未放電域の直線近似式Ｂ’’を算出する（Ｓ８）。これにより、未放電域と放電域のＶＩ特性を示す直線近似式Ｂ’、Ｂ’’がそれぞれ得られ、初期制御電圧Ｖ１の設定時と同様に、所望の放電電流量Ｄが得られる制御電圧Ｖ１’を算出する（Ｓ９）。

その後は、同様に画像形成動作に戻るが、引き続き画像形成が行なわれるかどうか判断し（Ｓ１０）、次の動作が画像形成動作であればステップＳ２に戻って制御結果を反映して帯電高圧印加を行う。

一方、次の動作が後回転である場合は、制御結果を反映して帯電高圧印加を行い（Ｓ１１）、後回転で画像形成動作が終了した場合、次回の前回転で使用するＶｔｈ、Ｖ１を記憶して動作を終了する（Ｓ１２）。

図８に示すように、放電電流を求めるためには、未放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）が必要である。しかし、放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）から未放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）を割り出して必要十分な精度で交流電圧−放電電流特性を求めることができる。何故なら、（１）未放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）がオームの法則に従って原点を通る単純な一次関数であり、（２）交流電圧の放電開始電圧Ｖｔｈが帯電部材の抵抗値にほとんど依存しないからである。このため、実施例１の放電電流制御では、連続画像形成中にサンプリングした放電域のＶＩ特性（交流電圧−電流特性）のみでも放電電流が必要十分な精度で判別される。

すなわち、初期定電圧設定モードによって、放電開始電圧Ｖｔｈ、及び初期制御電圧Ｖ１が決まっているものとする。連続画像形成初期において、放電電流量Ｄは、実線Ａで表される帯電ローラ２ａのＶＩ特性の直線近似（Ａ’：不図示）と、点線で表される帯電ローラ２ａの未放電域のＶＩ特性の直線近似Ａ’’との差分、すなわち矢印Ｄの長さで表される。

ここで、一定枚数の連続画像形成を経たとき、帯電ローラ２ａのＶＩ特性は、帯電ローラ２ａ自体の温度上昇によって実線Ｂのように変化する。これにより、初期制御電圧Ｖ１のままでは、適正な放電電流量Ｄに比較して過剰な放電電流量Ｄｂが流れてしまう。

このため、実施例１では、最終制御から一定枚数の画像形成後に定電圧変更モードを実行して、放電電流量Ｄｂが適正な放電電流量Ｄに収束するように、制御電圧Ｖ１’を調整する。定電圧変更モードでは、画像形成時に使用している交流電圧Ｖ１に対する交流電流値Ｉａｃ１を取得し、同様に、初期制御電圧Ｖ１より大きい試験電圧Ｖ２を出力して同様にその時の交流電流値Ｉａｃ２を取得する。そして、取得したＶ１、Ｉａｃ１データとＶ２、Ｉａｃ２データとから、点線で表される放電域の直線近似Ｂ’を再構成する。

ここで、帯電ローラ２ａの温度上昇により、帯電ローラ２ａの抵抗は変化するものの、放電開始電圧Ｖｔｈは、パッシェン則に従うためにほとんど変わらない。このため、放電域の直線近似Ｂ’に、既に求めてある放電開始電圧Ｖｔｈを代入して、連続画像形成中の放電開始電圧Ｖｔｈにおける交流電流値Ｉｔｈを算出する。そして、交流電流値Ｉｔｈと、既に求めてある未放電域の切片座標Ｂ１（≒０）とから未放電域の直線近似Ｂ’’を再構成する。そして、直線近似Ｂ’、Ｂ’’の差分と所望の放電電流量Ｄとが等しくなる交流電圧Ｖ１’を次の画像形成から適用する制御点として利用する。

なお、実施例１では、放電域のＶＩ特性に直線近似を使用しており、この方法は放電域のＶＩ特性を正しく記述するものではない。しかし、敢えて直線近似を用いる理由として以下が挙げられる。第１に、いかなる環境条件、使用状況でも放電域、未放電域を正しく記述する式が現時点では存在しない。また、第２に、多項式近似などを行ったとしても、いたずらに演算時間が伸びるだけで、必ずしも正確な結果が得られない。

＜演算方法＞
最初に、連続画像形成開始前に実行される初期定電圧設定モードにおける放電開始電圧Ｖｔｈの決定方法について述べる。式１、式２に示す交流電圧(ピーク間電圧Ｖｐｐ)とＡＣ電流(Ｉａｃ)の関係式(ＶＩ特性)は、放電域（式１）と未放電域（式２）で複数点のサンプリングＶｐｐに対する電流出力の結果を基に最小二乗法により求める。

実施例１では、放電域、未放電域ともに３点ずつのサンプリングを行う。そして、放電域の関係式と未放電域の関係式の差分から、交流電圧(ピーク間電圧Ｖｐｐ)と放電電流量の関係を導き出し、そこに所望の放電電流量Ｄを当てはめることで交流電圧の適正な定電圧を算出する。

サンプルポイントは、環境の温度湿度の区分に応じて可変に選択される。具体的には表１に示すような、交流電圧値が選択され、これらの値は実験によって確かめられる。また、サンプルポイントの交流電圧ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３は大きい順、または小さい順に出力するのが望ましい。

式１中、Ｘαは、放電域に設定したサンプリング交流電圧の平均値(実効値)、Ｙαは、放電域のサンプリング交流電圧により出力された総電流量(実効値)の平均値を示す。また、α１は、放電域のＶＩ特性の直線近似Ａ’の傾きを示し、Ａ１は、放電域における直線近似Ａ’の切片を表す。

式２中、Ｘβは、未放電域に設定したサンプリング交流電圧の平均値(実効値)、Ｙβは、未放電域のサンプリング交流電圧により出力された総電流量値(実効値)の平均値を示す。また、β１は、未放電域のＶＩ特性の直線近似Ａ’’の傾きを示し、Ｂ１は、未放電域における直線近似Ａ’’の切片を表す。

式１で示される放電域のＶＩ特性の直線近似Ａ’と、式２で示される未放電域のＶＩ特性の直線近似Ａ’’との交点の交流電圧が、放電開始電圧Ｖｔｈとして算出される。

次に、連続画像形成の１〜Ｎ（≧２）枚目で用いる交流電圧である初期制御電圧Ｖ１の決定方法について述べる。式４に示すように、式１、式２の直線近似式の差分と、各環境によって決まる狙い値の放電電流量Ｄとが一致する交流電圧が初期制御電圧Ｖ１として１枚目の画像形成時に使用される。

次に、以上から得られた放電開始電圧Ｖｔｈ、及び初期制御電圧Ｖ１を元に、ダウンタイムを設けることなく放電電流量Ｄを制御する定電圧変更モードを以下に述べる。

実施例１では、ダウンタイムを設けずに、Ｎ−１枚目の画像形成とＮ枚目の画像形成とで定電圧変更モードの放電電流制御を実行して、Ｎ＋１〜Ｎ＋Ｎ枚目の画像形成で用いる交流電圧の制御電圧Ｖ１’を求める。その後は、同様にして、Ｎ枚の連続画像形成ごとに定電圧変更モードを実行して、元の制御電圧Ｖ１’を新しい制御電圧Ｖ１’に置き換える。

連続画像形成中の最初の放電電流制御では、Ｎ−１枚目の画像形成で先に決定した初期制御電圧Ｖ１に対するＶＩ特性を取得するだけでなく、初期制御電圧Ｖ１よりも大きな試験電圧Ｖ２を印加し、得られた２つのＶＩ特性を基に放電域におけるＶＩ特性の直線近似Ｂ’を算出する。

ここで、交流電圧Ｖ１、Ｖ２に対して測定された交流電流値をそれぞれＩａｃ１、Ｉａｃ２とし、それらのＶＩ特性から得られる直線近似Ｂ’の傾きをα１’、切片をＡ１’とする。そして、交流電圧（ピーク間電圧）をＶｐｐ、交流電流値をＩａｃ（放）とすると、放電域のＶＩ特性の直線近似式は式５のように表される。

一方、放電開始電圧はパッシェン則に基づき、主には交流電圧に依存し、その際にかかる交流電流値や環境や帯電ローラそのものの温度にはほとんど依存しない。このため、放電域の直線近似Ｂ’と放電開始点の交流電圧（Ｖｔｈ）から放電開始点の座標（Ｖｔｈ、Ｉｔｈ）が算出できる。加えて、前述した未放電域の直線近似の切片Ｂ１から、未放電域の直線近似Ｂ’’が再現できる。それらから再び所望の放電電流量Ｄを得られる交流電似圧を算出できる。

式５で得られた直線近似Ｂ’の交流電圧に放電開始電圧Ｖｔｈを代入することで、交流電圧Ｖｔｈにおける交流電流値Ｉｔｈを取得する。このとき、未放電域のＶＩ特性の直線近似Ｂ’’は、初期制御電圧Ｖ１を求める際に使用した未放電域の直線近似Ｂ’の切片Ｂ１を利用して式６のように表される。

式６中、未放電域の直線近似Ｂ’’の傾きをβ１’とし、交流電圧をＶｐｐ、交流電流値をＩａｃ(未)としている。

以上により、Ｎ＋１枚目からＮ枚の画像形成に用いられる交流電圧の制御電圧Ｖ１’は、式７のように算出される。

当然、初期制御電圧Ｖ１及び試験電圧Ｖ２は、画像形成中に出力されて交流電流が測定され、その後、制御回路６１３がほぼ瞬時に制御値として交流電圧を決定して、次回画像形成に制御結果を反映する。

実施例１の制御によれば、連続画像形成中にダウンタイムを発生することなく、放電電流量の制御値と実際値を適宜修正することができる。制御電圧Ｖ１’は画像形成中に出力され、制御回路６１３を介してほぼ瞬時に制御値として交流電圧が決定されるため、ダウンタイムを必要としない。そして、特に抵抗変動や放電電流量の変動が大きい低温環境において、画像形成装置の生産性を落とすことなく高精度な放電電流量の制御が可能となった。

＜実験１＞
図９は実施例１の制御の効果の説明図である。

図９に示すように、具体例として、温度湿度が１５℃１０％の低温低湿環境において画像形成装置１００を１２時間放置し、その後、連続２０００枚の画像形成を行った。そして、定電圧変更モードをＮ＝５で実行した場合と、２００枚に１回、及び４００枚に１回の頻度でダウンタイムを設けて初期定電圧設定モードを実行した場合とで、放電電流量の変化とダウンタイムの長さを比較した。

実験１における画像形成装置１００は、プロセススピード３００［ｍｍ／ｓｅｃ］、Ａ４普通サイズ横送りで毎分７０枚の画像形成能力を持つものとする。従って、１分間の画像間隔の累計長さは３３００［ｍｍ］であり、連続画像形成時には、一枚あたり０．１４７［ｓｅｃ］の画像間隔が生じる。

また、従来の放電域及び未放電域でサンプリング点を設定して直線近似を行う初期定電圧設定モードでは、サンプリングのための試験電圧が安定的に出力されるには最低１００［ｍｓｅｃ］の連続通電時間が必要である。このため、放電域、未放電域で最低各二点以上のデータが必要なことから、一回の制御につき、最短でも４００［ｍｓｅｃ］を要する。また、画像間隔で転写や現像などの高電圧のオンオフを行うにはオンオフそれぞれにつき２００［ｍｓｅｃ］を要する。従って、非画像形成時に放電電流制御を行うには合計８００［ｍｓｅｃ］を要していたものとする。上記のそれぞれの場合について生産性の比較を行なった結果を表２に示す。

表２に示すように、５枚おきの頻度で定電圧変更モードを採用した場合は、ダウンタイムを持たないため、カタログスペック１００％の高い生産性を達成できる。そして、２００枚に１回の頻度で初期定電圧設定モードを実行した場合よりも４００枚に１回の頻度で初期定電圧設定モードを実行した場合のほうが生産性は高くなるが、ダウンタイムを持つ以上は、カタログスペック１００％を達成できない。

図９に示すように、表２のそれぞれの場合について、連続画像形成中の放電電流量の制御値と実際値との差分であるΔ放電電流量を比較した。グラフの縦軸はΔ放電電流量とし、横軸は通算の画像形成枚数である。

実験１を行った温度湿度が１５℃１０％の低温低湿環境においては、帯電不良に伴う画像不良（砂地、カブリ等）を防止するために必要な放電電流量が約８０［μＡ］程度である。また、感光ドラム１ａのクリーニングブレードのビビリ、めくれ等は、放電電流１００［μＡ］以上で起こり易くなり、放電電流１００［μＡ］以上の状態での画像形成時間が長ければ長いほど発生頻度が急上昇する。また、低温環境では画像形成直後の放電電流量変化が大きいことから、画像形成中の放電電流量を１００［μＡ］以下に保つことが望ましい。

この点、ダウンタイムを設ける制御間隔を２００枚に縮めて生産性を犠牲にした場合でも、図９に示すように、放電電流量が１００［μＡ］を越えて約１０００枚に渡って画像形成が実行されることを防げない。また、ダウンタイムを設ける制御間隔を４００枚にして生産性を上げた場合、過剰なΔ放電電流量が大幅に増える上に、放電電流量が１００［μＡ］を越えて画像形成が実行される枚数も２００枚おきの場合に比べ倍近くに増える。これは、クリーニングブレードのめくれやビビリの発生確率が高まることを意味する。

これに対して、実施例１のダウンタイムを必要としない放電電流制御では、クリーニングブレードのめくれやビビリが懸念される放電電流量１００［μＡ］を越えて画像形成が実行されることなく、イオン導電性物質を含んだ帯電ローラ２ａを使いこなせる。

＜実施例２＞
実施例１では、初回の定電圧変更モードの放電電流制御において、制御電圧Ｖ１’を求めるためには、最低限、放電開始電圧Ｖｔｈと初期制御電圧Ｖ１とが必要である。しかし、放電開始電圧Ｖｔｈと初期制御電圧Ｖ１とを求める方法は、初期定電圧設定モードの実測結果によって算出する方法には限られない。

すなわち、帯電ローラ２ａの放電開始電圧Ｖｔｈは、環境温度、環境湿度等の諸条件に応じて予めテーブルで決定されていてもよい。また、帯電ローラ２ａの初期制御電圧Ｖ１についても、環境温度、環境湿度、帯電ローラ２ａの累積使用時間、帯電ローラ２ａの抵抗実測値等の諸条件に応じて予めテーブルで決定されていてもよい。

また、初期定電圧設定モードの放電電流制御を行なう際には、通常画像形成時に使用されるよりも低い周波数の交流電圧を使用してもよい。

＜実施例３＞
実施例１では、連続画像形成中、Ｎ（≧２）枚の画像形成ごとに定電圧変更モードの放電電流制御を行った。

これに対して実施例３では、毎回の画像形成ごとに定電圧変更モードの放電電流制御を行う。

すなわち、連続画像形成の画像間隔で画像形成時よりも高い交流電圧を帯電部材に印加して検出手段により交流電流を検出する。そして、検出した交流電流と画像形成時の画像位置で検出手段により検出した交流電流とに基づいて、次の画像形成の放電電流が所定値に調整されるように、画像形成時の帯電部材に印加される交流電圧の定電圧を変更する。Ｎ枚目プリント時と続く紙間工程とでサンプリングした２つのＶ１特性（交流電圧−電流データ）を用いて、Ｎ＋１枚目で帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の交流電圧の定電圧が設定される。

＜実施例４＞
実施例１の放電電流制御では、連続画像形成の最初から最後までＮ（≧２）枚の画像形成ごとに定電圧変更モードの放電電流制御を行った。

これに対して、実施例４の放電電流制御では、連続画像形成５００枚までは、Ｎ＝２枚の画像形成ごとに定電圧変更モードの放電電流制御を行うが、５０１枚目以降はＮ＝１０枚の画像形成ごとに定電圧変更モードの放電電流制御を行う。図９に示すように、連続画像形成の初期は、帯電ローラ２ａの温度上昇速度が高くて抵抗値の低下が急峻であるため、定電圧変更モードの放電電流制御の頻度を高くする。しかし、次第に、帯電ローラ２ａの温度が飽和に近付いて抵抗値の低下が緩やかになるため、定電圧変更モードの放電電流制御の頻度を下げて、過剰な放電電流が流れる試験電圧の印加回数を少しでも減らす。

＜実施例５＞
実施例５の放電電流制御では、環境の温度湿度の区分に応じて定電圧変更モードの放電電流制御の実行頻度を変更する。環境が低温低湿の場合、高温高湿の場合に比較して同一の放電電流量を得るための交流電圧が高くなる。そして、交流電圧の高い範囲では、放電電流の立ち上がりが直線近似を外れて急峻に立ち上がり易くなるため、放電電流が過剰になり易くなる。このため、低温低湿の場合には高頻度に定電圧変更モードの放電電流制御を行って、放電電流を最小限に抑制する必要がある。一方、高温高湿の場合には定電圧変更モードの放電電流制御の頻度を下げて、過剰な放電電流が流れる試験電圧の印加回数を少しでも減らす。

＜実施例６＞
図１０は実施例６の制御のブロック図である。図１１は実施例６の制御の説明図である。実施例６では、図５に示される交流電流測定回路６１４が交流電圧測定回路６１６に置き換えられる以外は実施例１とほぼ同様に構成される。従って、図５−図１０、図８−図１１の関係において共通する構成には共通の符号を付して重複する説明を省略する。

実施例１では、帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の交流電圧が定電圧で制御される場合の定電圧変更モードを説明した。これに対して、実施例６では、帯電ローラ２ａに印加する振動電圧の交流電圧が定電流で制御される場合の定電圧変更モードを説明する。

図１０を参照して図１１に示すように、制御回路６１３には、定電流制御される交流電圧（ピーク間電圧Ｖｐｐ）を測定する交流電圧測定回路６１６が接続されている。交流電圧測定回路６１６によって測定された交流電圧情報が制御回路６１３に入力される。

制御回路６１３は、実施例１と同様に、Ｎ−１枚目の画像形成時に、通常の定電流Ｉ１を帯電ローラ２ａに印加した状態で交流電圧測定回路６１６により交流電圧を測定して、通常の定電流Ｉ１のＶＩ値（Ｉ１、Ｖａｃ１）を取得する。

制御回路６１３は、続いて、Ｎ枚目の画像形成時に、通常の定電流Ｉ１よりも大きな定電流を帯電ローラ２ａに印加した状態で交流電圧測定回路６１６により交流電圧を測定して、定電流Ｉ２のＶＩ値（Ｉ２、Ｖａｃ２）を取得する。

その後の処理は実施例１とほぼ同様である。取得した２つのＶＩ値を直線補間して放電域の直線近似Ｂ’を求め、直線近似Ｂ’に放電開始電圧Ｖｔｈを代入して放電開始点のＶＩ値を取得する。そして、放電開始点のＶＩ値と原点を直線補間して未放電域の直線近似Ｂ’’を求め、放電域の直線近似Ｂ’と未放電域の直線近似Ｂ’’との差分を求めて定電流−放電電流量関係式とする。そして、定電流−放電電流量関係式において、放電電流＝Ｄとなる定電流Ｉ１’をＮ＋１枚目〜Ｎ＋Ｎ−１枚目までの画像形成時に用いる。

以上の実施例の制御によれば、イオン導電剤を導入した抵抗変動の大きい帯電ローラ、及び直線近似式放電電流制御を使用しても、少ないダウンタイムと高精度な制御を両立できる。画像形成時、非画像形成時（画像間隔）に関わらず、連続画像形成中に高頻度に放電電流量の制御を行なうことにより、ダウンタイムを必要とせず、適正な放電電流量で画像形成を行なうことができる。特に、低温低湿環境での放置後使用時において抵抗変動が大きく、放電電流量の変化が大きい帯電ローラを使用しても、帯電不良、画像不良を招くことなく感光ドラムの長寿命を達成できる。

１ａ感光ドラム、２ａ帯電部材（帯電ローラ）、３露光装置
４ａ現像装置、５ａクリーニング装置、７ａ一次転写ローラ
６１２ＡＣ電源、６１３制御回路、６１４交流電流測定回路
６１５環境センサ、６１６交流電圧測定回路、Ｄ３電源

Claims

感光体と、定電圧制御される交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を印加されて前記感光体を帯電させる帯電部材と、を備えた画像形成装置において、
前記帯電部材を流れる交流電流を検出する検出手段と、
連続画像形成中の所定のタイミングで画像形成時の前記交流電圧と画像形成時よりも高い前記交流電圧とを前記帯電部材に印加して前記検出手段によりそれぞれの交流電流を検出し、検出したそれぞれの交流電流に基づいて、前記交流電圧による画像形成時の放電電流を所定値に調整するように、画像形成時の前記帯電部材に印加される交流電圧の定電圧を変更する定電圧変更モードと、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
連続画像形成開始前に、前記交流電圧の未放電域における交流電流と前記交流電圧の放電域における交流電流とを前記検出手段により検出し、検出した未放電域と放電域の交流電流に基づいて、前記交流電圧による画像形成時の放電電流を所定値に調整するように、連続画像形成初期の前記帯電部材に印加される交流電圧の定電圧を設定する初期定電圧設定モードを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記初期定電圧設定モードでは、検出した未放電域と放電域の交流電流に基づいて放電開始電圧が演算され、
前記定電圧変更モードでは、前記初期定電圧設定モードで演算された放電開始電圧に応じた交流電圧の定電圧が設定されることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
連続画像形成初期における前記定電圧変更モードの実行頻度は、連続画像形成中の実行頻度よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像形成装置。
環境湿度が高いほど前記定電圧変更モードの実行頻度が低いことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
前記帯電部材の累積使用時間が大きいほど前記定電圧変更モードの実行頻度が低いことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
連続画像形成中の画像位置で画像形成時の交流電圧を前記帯電部材に印加して前記検出手段により交流電流を検出し、
連続画像形成中の画像間隔で前記画像形成時の交流電圧よりも高い交流電圧を前記帯電部材に印加して前記検出手段により交流電流を検出することを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の画像形成装置。
感光体と、定電流制御される交流電圧を直流電圧に重畳した振動電圧を印加されて前記感光体を帯電させる帯電部材と、を備えた画像形成装置において、
前記帯電部材に印加される交流電圧を検出する検出手段と、
連続画像形成中の所定のタイミングで画像形成時の前記交流電流と画像形成時よりも高い前記交流電流とを前記帯電部材に印加して前記検出手段によりそれぞれの交流電圧を検出し、検出したそれぞれの交流電圧に基づいて、前記交流電流による画像形成時の放電電流を所定値に調整するように、画像形成時の前記帯電部材に印加される交流電流の定電流を変更する定電圧変更モードと、を備えたことを特徴とする画像形成装置。