JP2014202990A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラを抑制した画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置３００は、像担持体が１回転する間に、検出された電流値を一定間隔でサンプリングする動作を、検出を開始するタイミングを変えて複数回実行して、複数回の各々の回ごとサンプリングされた電流値をし、記憶された電流値のうち、各々の回ごとにサンプリングされた電流値を補間することで、１回転する間の補間電流値を各々の回ごとに算出し、各々の回ごとに算出された１回転する間の補間電流値から、同位相での補間電流値の平均値を用いて、印加される現像バイアス電圧を補正するために作成された補正テーブルを用いて補正された現像バイアス電圧を用いて画像を形成する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来、電子写真技術を利用した複写機やプリンタの現像方式として、磁性体（現像マグネット）を内蔵した、通常現像スリーブとされる現像剤担持体に、直流電圧成分にサイン波、矩形波、または三角波等の交流電圧成分を重畳した現像バイアス電圧を印加する方式が採用されている。直流電圧成分は主に現像画像の濃度に寄与し、交流電圧成分は主に現像画像のコントラストに寄与している。

この現像方式においては、像担持体や現像剤担持体、または両者間の間隙（ＳＤギャップ）を保持するスペーサローラの偏心により、像担持体及び現像剤担持体間のＳＤギャップが周期的に変動してしまう場合がある。

この場合、像担持体と現像剤担持体との電界強度が周期的に変化し、その結果現像画像の濃度が変化してしまう。

こうした問題を解決するため、現像バイアスの交流成分の電流を検出し、その検出値に従い直流成分の電圧を逐次変動させることで、ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラや変動を低減させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、検出した現像バイアス交流電圧の電流成分をＦＦＴ解析して、感光体ドラムや現像スリーブの偏心起因の周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を打ち消す逆相の成分を演算し、画像形成時にドラム周期に同期して所定位相をずらしたタイミングで編心起因の周波数成分を打ち消す逆相成分の出力を現像バイアスへ重畳させることでＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラといった画像不良を低減させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−５４４８７号公報 特開２００８−２８７０７５号公報

しかしながら、特許文献１記載の画像形成装置では、画像濃度変動の要因であるＳＤギャップ変動を現像バイアスのＡＣ電流で検出し、画像濃度を変化させる現像バイアスのＤＣ電圧を逐次補正するため画像濃度変動は補正できるが、現像バイアスのＡＣ電流とＤＣ電圧は直接の相関性はなく、この場合のフィードバック制御はループを成していない。

言い換えればフィードバックループが電気的に閉じていないため、補正量を大きくすると制御が発振する可能性が高くなる。逆に補正量を小さくすると十分に補正効果が得られない可能性が高くなる。

また検出した交流電圧の電流成分の変動を逐次直流電圧で補正しているが、交流電圧の電流成分は感光ドラムや現像スリーブの偏芯だけではなく様々な要因の変動を反映しているため、不要な変動までも補正しようと直流電圧を変動させてしまうことになり、制御が不安定となる要因になりえる。

また、特許文献２記載の画像形成装置のように、現像バイアス交流電圧の電流成分をＦＦＴ解析して、感光体ドラムや現像スリーブの偏心起因の周波数成分を抽出するには複雑なＦＦＴ解析回路が必要となるためコストアップ要因となるという課題がある。

本発明の目的は、ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラを抑制した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、前記像担持体に対向して配置され前記像担持体に担持された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体と、前記像担持体と前記現像剤担持体との間に現像電界を形成するための現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加する印加手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体とが回転中に、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量に比例する電流値を検出する電流値検出手段と、前記像担持体の回転位相を検出する位相検出手段と、前記像担持体が１回転する間に、前記位相検出手段により検出された回転位相に同期して、前記電流値検出手段により検出された電流値を一定間隔でサンプリングする動作を、検出を開始するタイミングを変えて複数回実行して、前記複数回の各々の回ごとサンプリングされた電流値を記憶部に記憶する記憶手段と、前記記憶手段により記憶された電流値のうち、各々の回ごとにサンプリングされた電流値を補間することで、１回転する間の補間電流値を各々の回ごとに算出する補間電流値算出手段と、前記補間電流値算出手段により、各々の回ごとに算出された１回転する間の補間電流値から、同位相での補間電流値の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段により算出された平均値を用いて、前記印加手段により印加される現像バイアス電圧を補正するための補正テーブルを作成する作成手段と、前記作成手段により作成された補正テーブルを用いて補正された前記現像バイアス電圧を用いて画像を形成する画像形成手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、像担持体の周期の変動のみを抽出して、抽出した変動量に応じた補正値を現像バイアス電圧へフィードバックさせるので、ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラを抑制した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を含む画像形成システムの概略構成を示す図である。 図１における作像部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現像高圧基板及び制御基板の概略構成を示す図である。 現像ＡＣバイアス電圧と現像ＤＣバイアス電圧とを重畳した現像バイアス電圧の波形を示す図である。 図２における現像スリーブに現像バイアスが印加されたときのＡＣ電流検出回路の出力波形を示した図である。 図２における感光ドラムの電位と現像ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃとの関係を示す図である。 現像バイアスＡＣ電流変動波形と、そのＦＦＴ解析結果を示す図である。 図８（Ａ）は、通常プリント時には回転している現像スリーブの回転を停止した状態のＡＣ電流波形とドラムホームポジションの信号を示す図であり、（Ｂ）は、感光ドラムの回転を停止した状態のＡＣ電流波形とドラムホームポジションの信号を示す図である。 図３におけるＡＣ電流検出回路が検出した現像バイアスのＡＣ電流波形、感光ドラムのホームポジションとの位相関係、及び現像バイアスＡＣ電流の検出タイミングを説明する図である。 図９で示した３種類のサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動曲線を示す図である。 ホームポジション基準と同期をとった変動曲線を示す図である。 図１１に示したホームポジション基準と同期をとった各変動曲線をまとめて示した図である。 図１３（Ａ）は、変動曲線を平均して求めた現像バイアスＡＣ電流波形例を示す図であり、（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示される現像バイアスＡＣ電流波形を補正した現像ＤＣバイアス電圧の波形を示す図であり、（Ｃ）は、補正する前の現像ＤＣバイアス電圧の波形を示す図である。 図３におけるＣＰＵにより実行される印刷処理の手順を示すフローチャートである。 図１４におけるステップＳ１０６のプロファイル取得処理の手順を示すフローチャートである。 画像濃度１０％の全面ハーフトーンの画像を出力した際の画像の明度をホームポジションセンサＨＰに同期して副走査方向に測定した値をプロットしたものであり、画像濃度のムラを示す図である。

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３００を含む画像形成システム１００の概略構成を示す図である。

図１において、画像形成システム１００は、シート給送装置３０１、画像形成装置３００、操作部３０２、リーダスキャナ３０３、及び後処理装置３０４により構成される。

画像形成システム１００は、ユーザにより操作部３０２または不図示の外部ホストＰＣにて設定されたシート処理設定と、リーダスキャナ３０３または外部ホストＰＣより送られる画像情報に基づき、シートの給紙搬送、画像形成、後処理を実施し、印刷物を出力する。この画像形成装置における一連の処理を以下に説明する。また、以下の説明では、画像を形成することを単に印刷する、と表現することがある。

シート給送装置３０１は、２段の給紙部３１１、３１２より構成されており、各給紙部に構成される複数枚のシートを積載する収納庫１１、３７２にシート束を格納し、ここから随時シート給紙を行う。

シート給送装置３０１の天面には、重送紙を排出するエスケープトレイ１０１が備えられている。満載検知１０２は、エスケープトレイ１０１への排出紙の満載を検知するために設けられている。

給紙動作は各給紙部に設けられた吸着搬送部３６１、３６２により行われる。本実施の形態では、エア給紙制御のため吸着搬送部３６１，３６２には不図示ファンが複数配置されている。

給紙動作時には収納庫１１、３７２内のシートに対して、搬送方向上流から、シート間に空気を送り込むようにファンが制御される。シートが捌かれると無端ベルト内部に配置されたシート吸引用のファンにより無端ベルトに吸い付けられて給紙搬送される。

搬送後のシートは給紙部３１１であれば、上部搬送部３１７にて継続して搬送される。下給紙部３１２であれば、下部搬送部３１８にて継続して搬送され、上部搬送部３１７と合流する合流搬送部３１９にそれぞれ継続して搬送可能に構成されている。

各搬送部には図示していないが、それぞれ搬送用のステッピングモータを有している。それらモータを搬送制御部が制御し、各搬送部に設けられたステッピングモータの駆動は機械的に伝達され各部の搬送ローラを回転させることでシート搬送を行っている。

また合流搬送部３１９には、搬送路を挟んで対向して発信素子３０８及び受光素子３１０が配置され、これらで重送検知センサを構成する。

シート給送装置３０１は、画像形成装置３００からのシート要求情報に従い、各収納庫のシートを順次給紙搬送する。シート給送装置３０１は、画像形成装置３００との受渡し部にある搬送センサ３５０までシートを搬送し、シート給送装置３０１から画像形成装置へ受渡し準備完了を通知する。

画像形成装置３００は、シート給送装置３０１からの準備完了を受け、受渡し要求を通知する。シート給送装置３０１は、受渡し要求の通知ごとに、順次画像形成装置へシートを１枚ずつ搬送する。

シート給送装置３０１から繰り出されたシート先端が、画像形成装置３００の最上流の搬送ローラニップに到達した時点で、画像形成装置３００の搬送ローラにより引き抜かれて排出される。

シート給送装置３０１は、画像形成装置３００により要求されたシート枚数の搬送を行った時点で給紙動作を終了する。そして、シートを画像形成装置３００により引抜き排出後に動作を終了し、スタンバイ状態となる。

画像形成装置３００は、前述のシート給送装置３０１に対して、受渡し要求を通知すると共に、１枚ずつシートをシート給送装置３０１より引き抜き、順次画像形成を行う。

ユーザにより画像形成装置に対して動作設定を行うための操作部３０２と、原稿画像を読み取るためのリーダスキャナ３０３が画像形成装置３００の上部に配置されている。

画像形成装置３００に接続されているシート給送装置３０１からシートを受けとった後、各搬送部を制御しシート搬送を行う。フラッパー３５３は、発信素子３０８及び受光素子３１０にてシートの重送を検知した場合はエスケープトレイ１０１へ、シートが重送していなかった場合は作像部３０７へと搬送路を選択する。

シートが重送していた場合は、エスケープトレイ１０１へシートは排紙される。シートが重送していなかった場合は、画像基準センサ３０５でのシート検知を起点として、作像部３０７にて受信した画像データに基づく画像形成動作を行う。

本実施の形態ではエスケープトレイ１０１へシートを排出するエスケープ搬送部３３３を画像形成装置３００に持ったが、シート給送装置３０１に持ってもよい。

続いてレーザースキャナー７の半導体レーザの点灯、光量制御が実施されると共に、不図示ポリゴンミラーを回転制御するスキャナモータが制御され、画像データに基づいたレーザ光により、像担持体である感光ドラム１に潜像画像が形成される。

トナーボトル３５１からトナーが給送される現像器３が感光ドラム１の潜像画像にトナーを現像し、現像されたトナー画像が中間転写ベルト８へ感光ドラム１により１次転写される。

中間転写ベルト８に転写されたトナー画像はシートに２次転写されることでシートにトナー画像が形成される。２次転写後のシートは定着部１３に搬送され、定着部１３は熱と圧力とをシートに加え、トナーを溶融しシートに定着させる。

定着後のシートは、裏面を継続して印字するか、シートの表裏反転が必要な場合は反転搬送部３０９へ搬送され、印刷終了であれば下流の排紙装置へ継続搬送される。

後処理装置３０４は、画像形成装置３００の下流側に接続され、画像形成後のシートに対して、操作部３０２にてユーザにより設定された、折り、ステイプル、及び穴あけなど所望の後処理を実施し、排紙トレイ３６０へ順次印刷物を出力する。

図２は、図１における作像部３０７の概略構成を示す図である。

図２において画像形成装置３００は、感光ドラム１の周囲に、１次帯電器２、現像器３、１次転写ローラ４、クリーニング部５、前露光部６を配置した構造を有する。

現像器３は、感光ドラム１に対向して配置され感光ドラム１に担持された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体である現像スリーブ３ａを備えている。

感光ドラム１の回転中心と現像スリーブ３ａの回転中心とは、装置筐体及びスペーサによって固定されており、所定の距離を確保している。

回転する感光ドラム１に、レーザースキャナー７によって形成された静電潜像は、現像器３によってトナー像が現像される。感光ドラム１はドラムモータＭ１によって回転駆動され、ドラムホームポジションセンサＨＰが感光ドラム１の回転を検出する。

ドラムホームポジションセンサＨＰは、感光ドラム１の回転位相を検出する位相検出手段に対応し、感光ドラム１が１周するごとに検出信号を発生し、ドラムの回転位相を検出することができる。なお、ドラムホームポジションとは、感光ドラム１のホームポジションである。

現像器３の現像スリーブ３ａは現像スリーブモータＭ３によって回転駆動される。現像されたトナー像は１次転写ローラ４で中間転写ベルト８に転写され、２次転写部９に送られる。

中間転写ベルト８はＩＴＢモータＭ８によって駆動される。２次転写部９は中間転写ベルト８のトナー像Ｔを搬送されたシートＳに転写する。クリーナーモータＭ５はクリーナを駆動する。

図３は、図１における画像形成装置３００の現像高圧基板２００及び制御基板２０５の概略構成を示す図である。

図３において、画像形成装置３００には、現像高圧基板２００、制御基板２０５が装備されている。

現像高圧基板２００には、ＡＣ高圧駆動回路２０１、ＡＣトランス２０２、ＤＣ高圧回路２０３、ＡＣ電流検出回路２０４、リップル成分増幅回路２０９、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、及び出力抵抗Ｒが実装されている。

ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３は、感光ドラム１と現像スリーブ３ａとの間に現像電界を形成するための現像バイアス電圧を現像スリーブ３ａに印加する印加手段に対応する。

制御基板２０５には、Ａ／Ｄ変換回路２０６、Ｄ／Ａ変換回路２０７、及びＣＰＵ２０８が実装されている。

現像高圧基板２００において、ＡＣ高圧駆動回路２０１は、現像ＡＣバイアス電圧を生成し、ＤＣ高圧回路２０３が生成した現像ＤＣバイアス電圧を重畳して、現像スリーブ３ａに供給する。なお、図中のα、βについては後述する。

図４は、現像ＡＣバイアス電圧と現像ＤＣバイアス電圧とを重畳した現像バイアス電圧の波形を示す図である。

図４に示されるように、本実施の形態の画像形成装置３００では、現像バイアス電圧は周波数２．７ｋＨｚ、振幅１５００Ｖの矩形波である現像ＡＣバイアス電圧に３００Ｖの現像ＤＣバイアス電圧（Ｖｄｃ）を重畳している。このように、交流電圧と直流電圧とを重畳した現像バイアス電圧を印加される。

現像スリーブ３ａと感光ドラム１が形成するＳＤギャップは、電気的な等価回路としては静電容量であり、図３ではＳＤ間容量ＣＬとして表している。本実施の形態における画像形成装置３００ではＳＤ間容量ＣＬは、概ね２５０ｐＦ程度である。

ＡＣトランス２０２から現像スリーブ３ａを介して感光ドラム１に流れる現像バイアスのＡＣ電流成分は、ＡＣ電流検出回路２０４によって検出される。このように、ＡＣ電流検出回路２０４は、ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３により印加された現像バイアス電圧によって流れる交流成分の電流値を検出する。このＡＣ電流検出回路２０４は、感光ドラム１と現像スリーブ３ａとの間の静電容量に比例する電流値を検出する電流値検出手段に対応する。

図５は、図２における現像スリーブ３ａに現像バイアスが印加されたときのＡＣ電流検出回路２０４の出力波形を示した図である。

現像バイアス駆動信号がオンされると、現像スリーブ３ａに現像バイアスが印加され、ＳＤ間容量ＣＬにＡＣ電流が流れる。この電流はＡＣ電流検出回路２０４から出力（図３のαポイント）され、リップル成分増幅回路２０９によりリップル成分だけが増幅されて出力（図３のβポイント）される。また、同図に示されるように、リップル成分の周期は、感光ドラム１の回転周期である１．９５Ｈｚとなっている。

リップル成分増幅回路２０９では、Ａ／Ｄ変換回路２０６の許容入力電圧範囲に合わせて、所定電圧以上または所定電圧以下の電圧をクランプしてＡ／Ｄ変換回路２０６に出力している。

ＳＤギャップが変動すると、ＳＤギャップによって形成される静電容量ＣＬが変動するため、現像バイアスＡＣ電流の変動として検出できる。

図６は、図２における感光ドラム１の電位と現像ＤＣバイアス電圧Ｖｄｃとの関係を示す図である。

本実施の形態に係る画像形成装置３００では、トナーは負に帯電するため感光ドラム１の電位が高い側でより多くのトナーが現像される。Ｖｄが感光ドラム１の帯電電位（暗部電位）、Ｖｄｃが現像ＤＣバイアス電圧、Ｖｌが露光部の電位（明部電位）を表している。ＶｄとＶｄｃの差であるＶｃｏｎｔが大きいほど現像性は上がることになる。

一方ＳＤギャップが広がると現像性は下がる。このとき、ＳＤ間静電容量ＣＬは小さくなり、検出される現像バイアスＡＣ電流は減少するため、Ｖｄｃを下げることでＶｃｏｎｔを確保して現像性を高めれば良い。

逆にＳＤギャップが狭くなると現像性は上がる。この時ＳＤ間静電容量ＣＬは大きくなり、現像バイアスＡＣ電流は増加するため、Ｖｄｃを上げてＶｃｏｎｔを小さくして現像性を落とせば良い。

制御基板２０５において、Ａ／Ｄ変換回路２０６は、ＡＣ電流検出回路２０４から出力されるＡＣ電流検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、ＣＰＵ２０８に伝達する。

図７は、現像バイアスＡＣ電流変動波形と、そのＦＦＴ解析結果を示す図である。

図７（Ａ）は、通常印刷時など感光ドラム１、現像スリーブ３ａ、及び中間転写ベルト８など作像系の駆動部がすべて回転している場合の現像バイアスＡＣ電流波形とドラムホームポジションの信号を示す図である。

図７（Ａ）に示されるグラフは、横軸が時間軸で縦軸が現像バイアスＡＣ電流検出値を示している。同図には、感光ドラム１の回転周期で現像バイアスＡＣ電流が変動していることが示されている。

図７（Ｂ）は、現像バイアスＡＣ電流波形をＦＦＴ解析した結果を示す図である。

本実施の形態に係る画像形成装置３００における感光ドラム１の回転周期は１．９５Ｈｚであり、これを基本周期として２倍の３．９１Ｈｚ、３倍の５．８６Ｈｚ、４倍の７．８１Ｈｚが強く検出されていることが示されている。

このドラム周期以外で検出されている５．３３Ｈｚが現像スリーブ３ａの回転周期であり、７．０３Ｈｚ、及び７．８８Ｈｚは現像スリーブ３ａの不図示の駆動系の回転周期である。これらは感光ドラム１の回転周期起因の変動に比較して１／３以下であることが確かめられた。

図８（Ａ）は、通常プリント時には回転している現像スリーブ３ａの回転を停止した状態の現像バイアスＡＣ電流波形とドラムホームポジションの信号を示す図である。

現像スリーブ３ａに起因する周波数成分がないため、ほとんどが感光ドラム１の周期の変動のみであり、感光ドラム１の周期で同じ波形が繰り返されている。

ここで、現像バイアスＡＣ電流の変動要因の中では、感光ドラム１の回転周期に起因するものがほとんどであることがわかる。現像スリーブ３ａによる変動が除かれているため、変動の振幅は図７（Ａ）と比較して、おおむね１〜２割程度減少している。

図８（Ｂ）は、感光ドラム１の回転を停止した状態の現像バイアスＡＣ電流波形とドラムホームポジションの信号を示す図である。

図７（Ｂ）のパワースペクトルからもわかるように、図８（Ｂ）では、現像バイアスＡＣ電流変動の大部分は感光ドラム起因であったことより、変動の振幅は通常時の１／４程度に収まっている。また当然ながら感光ドラム１の回転周期とは関係なく、これらの周波数成分を感光ドラム１の周期で補正することはできないことがわかる。

図９は、図３におけるＡＣ電流検出回路２０４が検出した現像バイアスのＡＣ電流波形、感光ドラム１のホームポジションとの位相関係、及び現像バイアスＡＣ電流の検出タイミングを説明する図である。横軸は時間軸であり縦軸は現像バイアスＡＣ電流値を示している。

図９において、実線で示した波形が実際の感光ドラム１の回転周期Ｔに起因する現像バイアスＡＣ電流の変動を示している。一方、破線で示した波形は、感光ドラム１の回転周期変動の１２倍の周波数変動が乗った波形である。

図９（Ａ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してからＴ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

図９（Ａ）において、サンプリングデータは丸印で示されており、現像バイアスＡＣ電流の変動は、実際の感光ドラム１の回転周期変動に起因した現像バイアスＡＣ電流の変動に対し上側にオフセットした変動となっている。

図９（Ｂ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してから２Ｔ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

図９（Ｂ）において、サンプリングデータは四角印で示されており、現像バイアスＡＣ電流の変動は、実際の感光ドラム１の回転周期変動に起因した現像バイアスＡＣ電流の変動に対し下側にオフセットした変動となっている。

図９（Ｃ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してから３Ｔ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

図９（Ｃ）において、サンプリングデータは三角印で示されており、現像バイアスＡＣ電流の変動は、実際の感光ドラム１の回転周期変動に起因した現像バイアスＡＣ電流の変動とほとんど差のない変動となっている。

つまり、感光ドラム１の回転周期の整数倍の周波数変動が乗った場合、複数回転に渡ってサンプリングを実施しても感光ドラム１の回転周期の常に同じ位置に整数倍の周波数変動のピークが来る場合があり、そのようなノイズを取り除けないことがわかる。

そこで本実施の形態では、まず感光ドラム１の回転毎に、検出するタイミングを変えてサンプリングポイントを変更し、複数回転分の現像バイアスＡＣ電流のサンプリングを実施する。このように、本実施の形態では、ＡＣ電流検出回路２０４により検出された電流値を一定間隔でサンプリングする動作を、検出を開始するタイミングを変えて複数回実行する。

図１０は、図９で示した３種類のサンプリングデータを補間するために直線で結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動曲線を示す図である。

図１０（Ａ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してからＴ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

図１０（Ｂ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してから２Ｔ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

図１０（Ｃ）は、感光ドラム１のホームポジションを検出してから３Ｔ／３６後に、Ｔ／１２周期で繰り返すタイミングで取得したサンプリングデータを結んだ現像バイアスＡＣ電流の変動を示す図である。

ＡＣ電流のサンプリングはドラム１周期分の時間に渡って行われる。続いて、図１０に示されるような、１回転毎に取得したサンプリングデータを結んだ変動曲線を算出し、各変動曲線をそれぞれ感光ドラム１のホームポジション基準と同期をとる。

図１１は、ホームポジション基準と同期をとった変動曲線を示す図である。

図１１（Ａ）は、図１０（Ａ）で示したＡＣ電流検出値を結んだ変動曲線において、感光ドラム１のホームポジションからサンプリング開始するまでのディレイ分（Ｔ／３６）を、次のホームポジションを検出してからのディレイ分（Ｔ／３６）を用いて感光ドラム１のホームポジション基準と同期をとったＡＣ電流検出値の変動曲線を示す図である。

図１１（Ｂ）は、図１０（Ｂ）で示したＡＣ電流検出値を結んだ変動曲線において、感光ドラム１のホームポジションからサンプリング開始するまでのディレイ分（２Ｔ／３６）を、次のホームポジションを検出してからのディレイ分（２Ｔ／３６）を用いて感光ドラム１のホームポジション基準と同期をとったＡＣ電流検出値の変動曲線を示す図である。

図１１（Ｃ）は、図１０（Ｃ）で示したＡＣ電流検出値を結んだ変動曲線において、感光ドラム１のホームポジションからサンプリング開始するまでのディレイ分（３Ｔ／３６）を、次のホームポジションを検出してからのディレイ分（３Ｔ／３６）を用いて感光ドラム１のホームポジション基準と同期をとったＡＣ電流検出値の変動曲線を示す図である。

図１２は、図１１に示したホームポジション基準と同期をとった各変動曲線をまとめて示した図である。

図１２に示されるように、変動曲線を感光ドラム１の位相毎に平均化する。こうして変動曲線を同位相で平均化することで感光ドラム１の回転周期Ｔに起因する現像バイアスＡＣ電流の平均値Ｉｓｎｓ＿ａｖｇが算出される。

以上の手法を用いることで、感光ドラム１の回転周期Ｔに起因する現像バイアスＡＣ電流の平均値Ｉｓｎｓ＿ａｖｇは、感光ドラム１の回転周期の整数倍の周波数変動だけでなく、その他のランダムな周波数変動も取り除いたものとなる。

サンプリングタイミングを変更することなく、単純にサンプリング数を増加させても感光ドラム１の回転周期の整数倍の周波数変動のピークが重なってしまい、感光ドラム１の回転周期の整数倍の周波数変動を取り除くことはできない。

本実施の形態では、３通りのサンプリングタイミングを用いているが、サンプリングタイミングをより多くとったほうが感光ドラム１の回転周期Ｔに起因する現像バイアスＡＣ電流の変動曲線の検出精度が上がることは言うまでもない。

こうして算出した現像バイアスＡＣ電流の平均値Ｉｓｎｓ＿ａｖｇより、同じくドラムホームポジションセンサＨＰに同期して現像ＤＣバイアスの出力制御信号の補正テーブルを作成する。補正した現像ＤＣバイアスの値Ｖｄｃは、次式で表される。
Vdc＝Vdc_ref−α・Isns_avg
ここで、各項は以下のとおりである。
Vdc_ref：通常の濃度制御で算出される現像ＤＣバイアス電圧
α：予め定められた係数
図１３（Ａ）は、変動曲線を平均して求めた現像バイアスＡＣ電流波形例を示す図である。

図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示される現像バイアスＡＣ電流波形を補正した現像ＤＣバイアス電圧の波形を示す図である。

図１３（Ｃ）は、補正する前の現像ＤＣバイアス電圧の波形（Vdc_ref）を示す図である。なお、ここでは一例としてVdc_refを４００Ｖとしている。

図１３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、現像バイアスＡＣ電流の変動と逆位相に現像ＤＣバイアス電圧をドラム回転位相に同期して補正するようになっている。

図１４は、図３におけるＣＰＵ２０８により実行される印刷処理の手順を示すフローチャートである。

図１４において、電源が投入されると、各駆動部、各種作像系の初期調整が実施され（（ステップＳ１０１）、スタンバイ状態となる（ステップＳ１０２）。

印刷が開始されると（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ドラムモータＭ１、ＩＴＢモータＭ８、クリーナーモータＭ５、現像スリーブモータＭ３をそれぞれオンにする（ステップＳ１０４）。

次いで、感光ドラム１、中間転写ベルト８、クリーニング部５、現像スリーブ３ａをそれぞれ回転駆動し、１次帯電器２、前露光部６、レーザースキャナー７など各種作像系を動作させ（ステップＳ１０５）、後述するＳＤギャップ変動のプロファイル取得処理を行う（ステップＳ１０６）。このプロファイル取得処理では、現像ＤＣバイアス電圧の補正テーブルが取得される。

そして、現像バイアスをオンにして（ステップＳ１０７）、現像スリーブ３ａと感光ドラム１間に現像バイアスを印加する。このとき現像バイアスのＤＣ分は、現像ＤＣバイアス電圧の補正テーブルに従い、ドラムホームポジションセンサＨＰの検出信号に同期して出力される。

続いて作像動作を開始し（ステップＳ１０８）、それと同期してシートを搬送し（ステップＳ１０９）、転写部にてトナー像をシートに転写する（ステップＳ１１０）。次いで、定着部１３にてシートへトナー像を定着し（ステップＳ１１１）、シートを機外へ排紙する（ステップＳ１１２）。上記ステップＳ１０８は、作成された補正テーブルを用いて補正された現像バイアス電圧を用いて画像を形成する画像形成手段に対応する。

次いで、印刷が終了か否か判別する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１３の判別の結果、印刷が終了していない場合は（ステップＳ１１３でＮＯ）、上記ステップＳ１０９に戻る。

一方、ステップＳ１１３の判別の結果、印刷が終了した場合は（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、１次帯電器２、前露光部６、レーザースキャナー７など各種作像系を停止させる（ステップＳ１１４）。

そして、ドラムモータＭ１、ＩＴＢモータＭ８、クリーナーモータＭ５、現像スリーブモータＭ３をそれぞれオフにして（ステップＳ１１５）、ステップＳ１０２のスタンバイ状態に戻る。

図１５は、図１４におけるステップＳ１０６のプロファイル取得処理の手順を示すフローチャートである。

図１５において、まず現像バイアスをオンにする（ステップＳ２０１）。続いて現像バイアスＡＣ電流を図３に示すＡＣ電流検出回路２０４、Ａ／Ｄ変換回路２０６で、ドラムホームポジションセンサＨＰに同期して、ＣＰＵ２０８でサンプリングし、ＣＰＵ２０８のメモリ（記憶部）に記憶する（ステップＳ２０２）。このステップＳ２０２は、感光ドラム１が１回転する間に、ドラムホームポジションセンサＨＰにより検出された回転位相に同期して、ＡＣ電流検出回路２０４により検出された電流値を一定間隔でサンプリングする動作を、検出を開始するタイミングを変えて複数回実行して、複数回の各々の回ごとサンプリングされた電流値をメモリに記憶する記憶手段に対応する。

続いて１回転毎に取得したサンプリングデータを直線で補間することで現像バイアスＡＣ電流の変動曲線を算出し（ステップＳ２０３）、各サンプリングの変動曲線をそれぞれ感光ドラム１のホームポジションセンサＨＰの検出位置を基準として同期をとる。上記ステップＳ２０３は、各々の回ごとにサンプリングされた電流値を補間することで、１回転する間の変動曲線（補間電流値）を各々の回ごとに算出する補間電流値算出手段に対応する。

複数回転分の現像バイアスＡＣ電流の変動曲線をドラムホームポジションセンサＨＰの検出位置から所定の位相毎に、同位相の電流値を平均化する平均化処理を行う（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４は、各々の回ごとに算出された１回転する間の補間電流値から、同位相での補間電流値の平均値を算出する平均値算出手段に対応する。

平均化された複数回転分の現像バイアスＡＣ電流の変動曲線から、現像ＤＣバイアスの出力制御信号の補正テーブルを作成する（ステップＳ２０５）。補正したＤＣバイアスの計算式は上述したとおりである。このステップＳ２０５は、算出された平均値を用いて、ＡＣ高圧駆動回路２０１及びＤＣ高圧回路２０３により印加される現像バイアス電圧を補正するための補正テーブルを作成する作成手段に対応する。

こうして作成された現像ＤＣバイアス電圧の補正テーブルをＣＰＵ２０８のメモリに記憶し（ステップＳ２０６）、現像バイアスをオフにして（ステップＳ２０７）、本処理を終了する。

上記ステップＳ２０２における現像バイアスのＡＣ電流のサンプリングでは、ドラムホームポジションセンサＨＰの検出位置を基準として、感光ドラム１の回転毎にサンプリングポイントを変更し、複数回転分の現像バイアスＡＣ電流をサンプリングする。

サンプリングタイミングは取り除きたい周波数変動以下（短い周期）であることが望ましく、本実施の形態では一例として感光ドラム１の回転周期Ｔの１／１２であるＴ／１２とした。

なお、作成された補正テーブルは、ＣＰＵ２０８のメモリでもＣＰＵ周辺回路であるＲＡＭやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ内のレジスタに記憶してもよい。

図１６は、画像濃度１０％の全面ハーフトーンの画像を出力した際の画像の明度をホームポジションセンサＨＰに同期して副走査方向に測定した値をプロットしたものであり、画像濃度のムラを示す図である。図１４において、横軸は時間軸で縦軸は明度を示している。

図１６（Ａ）は、従来の何も補正しない状態での濃度ムラを示し、図１６（Ｂ）は本実施の形態で説明した補正を施した状態での濃度ムラを示している。

図１６（Ｂ）に示されるように、従来と比較して、画像濃度ムラが補正されている。この様に、現像バイアス交流電流の検出開始タイミングを１回転毎に変更し、現像バイアス交流電流の検出値をドラム回転基準と同期をとった後に位相毎に平均化する。

そして、ＳＤギャップ変動のプロファイルを取得して、ＡＣ電流の変動と逆位相に現像バイアスのＤＣ電圧をドラム回転位相に同期して補正、出力することで、感光ドラム１の偏芯に起因するＳＤギャップの変動による濃度ムラを低減することができる。

なお本実施の形態では印刷開始時にＳＤギャップ変動のプロファイルを取得し、補正テーブルを作成しているが、プロファイル取得タイミングはこれに限らず、電源投入時や、装置のドア開閉後、印刷処理間、または所定の枚数を印刷した後などに行ってもよい。

このように、本実施の形態は、現像バイアス交流電圧の電流成分の検出タイミングを変えることで、感光ドラム１の周期とは別の要因である感光ドラム１の周期変動の整数倍の周波数変動をキャンセルし、感光ドラム１の周期の変動のみを抽出して、抽出した変動量に応じた補正値を現像バイアスへフィードバックさせて、ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラを抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、現像バイアス交流電圧の電流成分の電流値を感光ドラム１の１回転毎に取得するタイミングを変えて電流値を検出し、補間して同位相ごとに平均値を算出することで、感光体ドラム周期とは別の要因をキャンセルし、感光体ドラム周期の変動のみを抽出している。

その結果、抽出した変動量に応じた補正値を現像バイアスへフィードバックさせることができるので、ＳＤギャップ変動に起因する濃度ムラを抑制させた画像形成装置を提供することができる。

１ 感光ドラム
３ 現像器
３ａ 現像スリーブ
２００ 現像高圧基板
２０８ ＣＰＵ
２０４ ＡＣ電流検出回路
２０９ リップル成分増幅回路
３００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に対向して配置され前記像担持体に担持された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記像担持体と前記現像剤担持体との間に現像電界を形成するための現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加する印加手段と、
   前記像担持体と前記現像剤担持体とが回転中に、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量に比例する電流値を検出する電流値検出手段と、
   前記像担持体の回転位相を検出する位相検出手段と、
   前記像担持体が１回転する間に、前記位相検出手段により検出された回転位相に同期して、前記電流値検出手段により検出された電流値を一定間隔でサンプリングする動作を、検出を開始するタイミングを変えて複数回実行して、前記複数回の各々の回ごとサンプリングされた電流値を記憶部に記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段により記憶された電流値のうち、各々の回ごとにサンプリングされた電流値を補間することで、１回転する間の補間電流値を各々の回ごとに算出する補間電流値算出手段と、
   前記補間電流値算出手段により、各々の回ごとに算出された１回転する間の補間電流値から、同位相での補間電流値の平均値を算出する平均値算出手段と、
   前記平均値算出手段により算出された平均値を用いて、前記印加手段により印加される現像バイアス電圧を補正するための補正テーブルを作成する作成手段と、
   前記作成手段により作成された補正テーブルを用いて補正された前記現像バイアス電圧を用いて画像を形成する画像形成手段と
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電流値検出手段は、前記印加手段により印加された現像バイアス電圧によって流れる交流成分の電流値を検出することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記印加手段は、交流電圧と直流電圧とを重畳した現像バイアス電圧を印加し、
   前記補正テーブルは、前記直流電圧を制御するためのテーブルであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。

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