JP2014106459A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で容易な回路構成によって放電電流量を制御可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像処理装置は、像担持体を帯電するための交流電圧を帯電手段に印加する印加手段と、印加手段により交流電圧が印加された帯電手段を流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流の波形の周波数での整数次数周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタ１０２〜１０５と、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電手段から像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置においては、電子写真感光体、静電記録誘電体等の像担持体の帯電処理手段としてコロナ帯電器が使用されてきた。

近年は、低オゾン、低電力等の利点を有することから、像担持体の帯電処理手段として、被帯電体である像担持体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体の帯電を行う方式の接触帯電装置が実用化されている。

このような接触帯電装置での帯電方式には、帯電部材にＤＣ電圧のみを印加して被帯電体を帯電させる「ＤＣ帯電方式」がある。また、ＡＣ電圧成分とＤＣ電圧成分を有し、時間と共に電圧値が周期的に変化する電圧振動電圧を印加して被帯電体を帯電させる「ＡＣ帯電方式」がある。近年においては帯電均一性に優れている「ＡＣ帯電方式」が広く用いられている。

このようなＡＣ帯電方式の帯電制御を行う画像形成装置での帯電制御は、印加電圧として正負の電圧を交互にし、放電・逆放電を繰り返すため、放電により被帯電体である感光体ドラム表面の劣化が大きくなる。そして、劣化した感光体ドラム表面部分がクリーニングブレードなどの当接部材との摩擦により削りとられてしまうという課題があり、ＡＣ帯電方式における放電電流量を適正な必要最小限に制御する方法が多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で提案されている画像形成装置では、特許文献１での図７（Ａ）に示すような放電電流を含む電流検出回路の波形に対し、図７（Ｂ）に示す繰り返し波形発生回路を用いて放電電流を含まない疑似電流波形を生成する。そして、図７（Ｃ）に示されるように差分を取ることで放電電流分を抽出し、これが所定値になるように制御を行っている。

この方法では、検出電流のピークとはずれたところに発生する放電電流波形をリアルタイムで検知し、耐久や環境で変化する放電電流量を常時適正に維持している。

特開２００２−７２６３４号公報

しかしながら、上記と特許文献１で提案されている技術では、繰り返し波形発生回路において、電流検出回路の波形と周波数、ピーク振幅が同期した疑似波形を発生させる必要がある。さらにそれらの差分を演算回路で比較する必要があるため、回路構成が複雑で高価になるという課題があった。

本発明の目的は、安価で容易な回路構成によって放電電流量を制御可能な画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に圧接して像担持体を帯電させる帯電手段とを備えた画像形成装置であって、前記像担持体を帯電するための交流電圧を前記帯電手段に印加する印加手段と、前記印加手段により交流電圧が印加された前記帯電手段を流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流の波形の周波数での整数次数周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電手段から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、安価で容易な回路構成によって放電電流量を制御可能な画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１における画像形成装置の放電電流量を制御する制御回路の概略構成を示す図である。 図１における帯電電源により帯電ローラに印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。 交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。 帯電ローラに印加されるトータル出力電流のピーク電流量Ｉｐと放電電流量の関係を示す図である。 放電電流量の積算出力印刷枚数の関係を示す図である。 図２における制御部により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。 図８（Ａ）は、抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）、容量負荷電流（Ｉｚｃ）を表す疑似電流波形（放電電流なし）を示し、（Ｂ）は検出電流波形（放電電流あり）を示している。 図９（Ａ）は、フーリエ変換した疑似電流波形（放電電流なし）を示し、（Ｂ）はフーリエ変換した検出電流波形（放電電流あり）を示している。 第２の実施の形態における放電電流量を制御する制御回路の概略構成を示す図である。 図１１（Ａ）は、検出電流波形を示す図であり、図１１（Ｂ）は、バンドストップフィルタから出力された検出電流波形を示す図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置２００の概略構成を示す図である。

図１において、感光体ドラム１は被帯電体たる像担持体であり、この感光体ドラム１は導電性支持体１ａに感光層１ｂが形成されたものである。さらに、感光体ドラム１の回りには、その回転方向である矢印Ａ方向に沿って、帯電手段である帯電ローラ１２、現像装置１４、転写ローラ１５、クリーナ１６等が配置されている。また、感光体ドラム１の上方にはスキャナユニット１３が配置されている。帯電ローラ１２は、感光体ドラム１に圧接して感光体ドラム１を帯電させる。

帯電電源１８は、感光体ドラム１を帯電するための交流電圧を帯電ローラ１２に印加する印加手段に対応し、帯電ローラ１２に直流電圧を重畳した交流電圧を印加する。現像電源１９は現像装置１４の現像装置１４ａに現像バイアスを供給する。転写電源２０は転写ローラ１５に転写バイアスを供給する。また、画像形成装置２００には、除電針２４、搬送ガイド２１、２２、定着装置１７が設けられている。

次に、画像形成装置２００における画像形成動作について説明する。

画像形成動作が開始されると、まず不図示の駆動手段によって矢印Ａ方向に回転駆動された感光体ドラム１は、帯電ローラ１２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。

そして、表面が帯電された感光体ドラム１は、その表面がパーソナルコンピュータ等の外部情報機器より送られた文字、図形などの画像情報に応じてスキャナユニット１３から照射されるレーザーＬにより露光される。この結果、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像装置１４によってトナー現像され、感光体ドラム１にトナー像が形成される。現像装置１４は、現像電源１９から現像装置１４ａに供給されるＡＣバイアスとＤＣバイアスの重畳電圧により現像装置１４ａと感光体ドラム１の静電潜像との間に電位差を形成する。この電位差によってトナーが静電潜像に転移されることにより、感光体ドラム１にトナー像が形成される。

一方、トナー像形成動作に並行して不図示の給紙カセットに収納されていた記録紙Ｓは、感光体ドラム１と転写ローラ１５との間のニップに所定のタイミングで搬送され、転写ローラ１５に印加される転写バイアスにより感光体ドラム１のトナー像が記録紙上の所定の位置に転写される。

転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録紙Ｓは、接地された除電針２４により感光体ドラム１より分離され、搬送ガイド２２により定着装置１７に導入される。そして、転写材Ｓは、この定着装置１７で加圧加熱されることで未定着トナー像は永久画像となり、トナー画像が永久定着された記録紙Ｓは、機外に排出される。

記録紙Ｓに転写されずに表面に残ったトナーがクリーナ１６によってトナー像転写後の感光体ドラム１から除去され、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。

図２は、図１における画像形成装置２００の放電電流量を制御する制御回路３００の概略構成を示す図である。

図２において、高圧トランスドライブ回路６１はＣＰＵ９９を有する制御部１００により入力された周波数設定信号及び電圧設定信号に基づいて正弦波を作成する。この高圧トランスドライブ回路６１で作成された正弦波は、高圧トランス６０により昇圧されるようになっている。

また、直流高圧発生回路６２は、直流高圧を発生する。発生された直流電圧と高圧トランス６０により昇圧された交流高圧とが帯電ローラ１２に印加される。

電流検出回路６４は、帯電電源１８により交流電圧が印加された帯電ローラ１２を流れる電流を検出する電流検出手段に対応し、高圧トランスドライブ回路６１及び直流高圧発生回路６２から印加される電圧により帯電ローラ１２に流れる電流を全波整流を用いて検知する。バンドパスフィルタ１０２〜１０５は、それぞれ高圧トランスに印加される周波数設定の１次〜４次の周波数を通過帯域に設定されている。

具体的に、バンドパスフィルタ１０２には、１次の周波数を通過帯域が設定されている。バンドパスフィルタ１０３には、２次の周波数を通過帯域が設定されている。バンドパスフィルタ１０４には、３次の周波数を通過帯域が設定されている。バンドパスフィルタ１０５には４次の周波数を通過帯域が設定されている。

このように、バンドパスフィルタは複数設けられ、当該複数のバンドパスフィルタの各々が通過帯域とする整数次数周波数は異なっている。

平滑回路１０１ａ〜１０１ｄはピークホールド回路であり、それらの出力は図示しないＤ／Ａポートを通じて制御部１００に入力される。

図３は、図１における帯電電源１８により帯電ローラ１２に印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。図３において、縦軸は電圧または電流を示し、横軸は時間軸である。

図３に示される交流バイアス電圧（Ｖｏ）を帯電ローラ１２に印加すると、帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間の抵抗性負荷には、交流バイアス電圧（Ｖｏ）と同位相の抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）が流れる。

また帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間の容量性負荷には交流バイアス電圧（Ｖｏ）より９０°位相が進んだ容量負荷電流（Ｉｚｃ）が流れる。さらに、交流バイアス電圧（Ｖｏ）の電圧振幅ピーク時には帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間にパルス的な放電電流（Ｉｓ）が流れる。

そして、これら抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）、容量負荷電流（Ｉｚｃ）及び放電電流（Ｉｓ）をトータルすると、電流Ｉｏが流れる。検出電流波形Ｉｍは、帯電ローラから高圧電源に引き込まれる交流電流を検出した場合の波形を示している。

図４は、交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。図４において、縦軸は出力電流量を示し、横軸は交流電圧振幅を示している。

図４では、一定電圧振幅以下では電圧振幅と出力電流はほぼ比例していることが示されている。これは抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）と容量負荷電流（Ｉｚｃ）が電圧振幅に比例し、か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（Ｉｓ）が流れないためである。

一方、出力電圧振幅を大きくしていくと所定の電圧振幅（Ｖｓ）で放電現象が始まるので、トータル出力電流（Ｉｏ）と比例せずに、放電電流（Ｉｓ）分だけ多く流れるようになる。

図５は、帯電ローラ１２に印加されるトータル出力電流のピーク電流量Ｉｐと放電電流量の関係を示す図である。図５において、縦軸は放電電流量を示し、横軸はピーク電流量を示している。

図５において、帯電ローラ１２の使用初期における特性と一定期間使用後の特性とを比較すると、一定期間使用後の帯電ローラ１２は、トナーによる汚れや感光体ドラム１の膜厚変化等によるインピーダンス変化により、放電開始電流値が小さくなる。また、ピーク電流量（Ｉｐ）における放電電流量もＩｓ０からＩｓ１に増加する。

図６は、放電電流量の積算出力印刷枚数の関係を示す図である。図６において、縦軸は放電電流量、及び１０００枚当たりの感光体ドラム削れ量を示し、横軸は積算出力印刷枚数を示している。

ピーク電流量（Ｉｐ）を一定に制御すると、図６に示されるように、積算出力印刷枚数が多くなったことで放電電流量は使用初期の放電電流量Ｉｓ０からＩｓ１に増加する。

感光体ドラム１の劣化となる感光体ドラム表面の削れ量は、この放電電流量に比例して多くなる。

そのため、従来のような定電流制御では積算出力印刷枚数が多くなるに従って感光体ドラム１の削れてゆく速度が加速的に増えていき、感光体ドラム１の寿命が短くなる。そこで、本実施の形態においては、感光体ドラム１の削れを制御するため、放電電流成分を直接制御するようにしている。

図７は、図２における制御部１００により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。

図７において、作像動作や調整動作が開始されて、ＡＣ帯電出力が開始されると（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、制御部１００は高圧トランスドライブ回路６１に対し、ＡＣ帯電の周波数を設定する周波数設定信号（クロック）を出力する（ステップＳ２０２）。

さらに、ＡＣ帯電の電圧レベルを設定する電圧設定信号（初期値）を出力する（ステップＳ２０３）。ここで用いられる電圧設定信号（初期値）は予め記憶されている。

次いで、環境テーブルより目標放電電流量を取得する（ステップＳ２０４）。この環境テーブルは、画像形成装置２００のそのときの状況に応じて最適な帯電を実現するための目標放電電流量を示すテーブルである。目標放電電流量は、帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を制御するために予め定められた基準量であり、使用環境や、耐久履歴に応じて定まるものであり、予め実験等において得られた値が環境テーブルに用いられる。

一方、図２に示した帯電電源１８においては、電圧設定信号（初期値）に基づいて帯電動作が開始されており、電流検出回路６４においては図３に示した検出電流波形が得られている。

この波形信号はＡＣ帯電周波数の１次〜４次に設定された各バンドバスフィルタ（１０２〜１０５）とピークホールドの平滑回路１０１を介して、制御部１００のＡ／Ｄ変換ポートに入力されている。

ＣＰＵ９９はこれらの平滑回路１０１ａ〜１０１ｄより出力値を取得する（ステップＳ２０５）。

そして、計測放電電流量Ｈ（計測量）を演算する（ステップＳ２０６）。この計測放電電流量Ｈは、以下の式１で演算された値である。

Ｈ＝Ｋ_１×Ｖ_１＋Ｋ_２×Ｖ_２＋Ｋ_３×Ｖ_３＋Ｋ_４×Ｖ_４＋Ｃ…（式１）
Ｖ_１：バンドパスフィルタ１０２出力
Ｖ_２：バンドパスフィルタ１０３出力
Ｖ_３：バンドパスフィルタ１０４出力
Ｖ_４：バンドパスフィルタ１０５出力
Ｋ_１ Ｋ_２ Ｋ_３ Ｋ_４ Ｃ：実験で得られた予め定められた係数
このように、計測量は、各々のバンドバスフィルタの出力の線形和であって帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を示す。

このように、放電電流量に相当する計測量を各バンドパスフィルタの出力の線形和で構成することで、図８（Ｂ）の検出電流波形のように安価な回路の都合からプラス側の電流量しか検知できない場合や、元々の波形に歪みがある場合でも、計測量が放電電流量に良く合致するようなＫ_１ Ｋ_２ Ｋ_３ Ｋ_４ Ｃを実験から得ることができる。

次いで、計測放電電流量Ｈと上記目標放電電流量の比較を行い、その差分が小さくなるように、電圧設定信号に印加する電圧補正設定量が演算される（ステップＳ２０７）。この補正を重畳した電圧設定信号（補正値）が高圧トランスドライブ回路６１に対し出力される（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０８は、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、帯電電源１８が印加する交流電圧を制御する制御手段に対応する。

電圧設定信号の逐次補正はＡＣ帯電が終了するまで（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、一定サンプリング間隔で続けられる。

以上の処理により、本実施の形態では、適正な放電電流量制御をリアルタイムに常時行うことができる。

図８（Ａ）は、抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）、容量負荷電流（Ｉｚｃ）を表す疑似電流波形（放電電流なし）を示し、（Ｂ）は検出電流波形（放電電流あり）を示している。図８において、縦軸は信号振幅を示し、横軸は時間軸である。

図９（Ａ）は、フーリエ変換した疑似電流波形（放電電流なし）を示し、（Ｂ）はフーリエ変換した検出電流波形（放電電流あり）を示している。図９において、縦軸は周波数成分を示し、横軸は周波数を示している。

上述した図３で示した検出電流波形から放電電流量を抽出するには抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）、容量負荷電流（Ｉｚｃ）を分離しなくてはならない。このため、特許文献１においては、図８（Ａ）に示すように抵抗負荷電流、容量負荷電流を表す疑似波形を生成して、図８（Ｂ）の検出電流波形から差分をとり、放電電流量を抽出している。

一方、図９において、２つの波形の差分は主に２次以降の整数次数次周波数のピークに表れていることが示されている。この差分が放電電流による波形分である。

つまり、検出電流波形のＡＣ帯電周波数整数次数次成分をリアルタイムに観測すれば、放電電流量の成分を抽出することができる。このことを利用し、電流検出時の歪み等も加味して、式１においては、各バンドパスフィルタの出力の線形和を算出放電電流量Ｈとしている。式１の各係数は画像形成装置ごとに実験的に求めればよい。

以上説明したように本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドパスフィルタを用いた回路構成によって実現できる。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。図１０は、本実施形態における放電電流量を制御する制御回路３０１の概略構成を示す図である。その他の構成、制御は第１の実施形態と同様である。

本実施の形態では、電流検出回路６４から図１１（Ａ）のように検出電流波形が正弦波全体で比較的検知回路の歪みが無く検出されているような場合に好適に適用できる。また、本実施形態においては、電流検出回路６４からの出力は、ＡＣ帯電周波数の１次周波数をストップ帯域（阻止帯域）とするバンドストップフィルタ１５０に入力される。バンドストップフィルタ１５０からの出力は図１１（Ｂ）のようになり、これは放電電流量を良く表す出力値となる。あとは前述の第１の実施の形態と同様に制御を行うことで、放電電流量の常時適正維持を行うことができる。

以上で説明したように、本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドストップフィルタ１５０を用いた回路構成によって実現できる。

１ 感光ドラム
１２ 帯電ローラ
１８ 帯電電源
３１，３２ 定電流回路
６１ 高圧トランスドライブ回路
６２ 直流高圧発生回路
９９ ＣＰＵ
１００ 制御部
１０１ 平滑回路
１０２〜１０５ バンドパスフィルタ

Claims (3)

1. 像担持体と、前記像担持体に圧接して像担持体を帯電させる帯電手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記像担持体を帯電するための交流電圧を前記帯電手段に印加する印加手段と、
   前記印加手段により交流電圧が印加された前記帯電手段を流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流の波形の周波数での整数次数周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電手段から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記バンドパスフィルタは複数設けられ、当該複数のバンドパスフィルタの各々が通過帯域とする整数次数周波数は異なっており、前記計測量は、各々のバンドバスフィルタの出力の線形和であって前記帯電手段から前記像担持体への放電電流量を示すことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 像担持体と、前記像担持体に圧接して像担持体を帯電させる帯電手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記像担持体を帯電するための交流電圧を前記帯電手段に印加する印加手段と、
   前記印加手段により交流電圧が印加された前記帯電手段を流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流の波形の周波数を阻止帯域とするバンドストップフィルタと、
   前記バンドストップフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電手段から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。