JP2020101584A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンタイムを発生することなく帯電ローラへの適正な印加電圧を設定する。【解決手段】第１帯電ローラ６１に第１帯電バイアスＶ１として直流電圧ＤＣ１を印加する第１電源と、第２帯電ローラ６２に第２帯電バイアスＶ２として直流電圧ＤＣ２及び交流電圧ＡＣを重畳して印加すると共に、第２帯電バイアスＶ２の直流電圧ＤＣ２を所定の電圧値になるように印加し、交流電圧ＡＣを第１帯電バイアスＶ１及び第２帯電バイアスＶ２の直流電圧の差分（ＤＣ１−ＤＣ２）の２倍以上の電圧値になるように印加する第２電源と、感光ドラム５１及び第２帯電ローラ６２の間に流れる電流を検知する電流センサ３３と、電流センサ３３により検知された電流の絶対値が所定の範囲内になるように、第１帯電バイアスＶ１を変更可能な制御部と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を利用して記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

従来、導電性のローラ型帯電部材を感光体などの像担持体に直接接触あるいは近接させて、像担持体を帯電する帯電方式を採用した画像形成装置が製品化されている。近年、ＰＯＤ（Ｐｒｉｎｔ ｏｎ ｄｅｍａｎｄ）の分野においては、高生産性、高品位、高安定を維持することが要求されており、既存の画像形成装置においては品質を維持する事が困難であった。特に、経時変化による帯電ローラの劣化は、安定した潜像電位を形成する障害であった。そこで、像担持体上の潜像状態を長期的に安定させるために、帯電ローラを複数個備えた帯電装置が提案されている（特許文献１参照）。この帯電装置では、独立した２つ以上の接触帯電部材を用いて各々に帯電バイアスを印加し、像担持体上の表面電位を均一且つ長期安定した電位を確保できるようにしている。

特開２０１２−３７６４８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の帯電装置では、制御回路は、非画像形成時に所定の交流電圧を下流側の帯電ローラに印加した際の交流電流を電流測定回路により検出する。そして、制御回路は、放電電流制御において、帯電ローラと像担持体との間の放電電流が所定値となるように、画像形成時に用いる交流電圧を設定し、適正な電圧を帯電ローラに印加する。このような放電電流制御は画像形成中には実行できず、非画像形成中に実行する必要があるため、画像形成中に交流電圧の調整が必要になった場合には画像形成を中断する必要があり、ダウンタイムを発生させてしまう虞がある。ＰＯＤ市場ではＰＰＨ（Ｐａｇｅ ｐｅｒ ｈｏｕｒ）が重要なスペックとなるため、画像形成時はもちろん、非画像形成時にもダウンタイムを生じないことが望ましい。

本発明は、ダウンタイムを発生することなく帯電ローラへの適正な印加電圧を設定可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、静電像を担持して移動可能な感光体と、前記感光体に接触して回転し、第１帯電バイアスの印加により前記感光体を帯電する第１帯電ローラと、前記第１帯電ローラに前記第１帯電バイアスとして直流電圧を印加する第１印加手段と、前記感光体の移動方向に関して前記第１帯電ローラが前記感光体に接触する位置の下流側で前記感光体に接触して回転し、第２帯電バイアスの印加により前記感光体を帯電する第２帯電ローラと、前記第２帯電ローラに前記第２帯電バイアスとして直流電圧及び交流電圧を重畳して印加すると共に、前記第２帯電バイアスの前記直流電圧を所定の電圧値になるように印加し、前記交流電圧を前記第１帯電バイアス及び前記第２帯電バイアスの前記直流電圧の差分の２倍以上の電圧値になるように印加する第２印加手段と、前記感光体及び前記第２帯電ローラの間に流れる電流を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段により検知された電流の絶対値が所定の範囲内になるように、前記第１帯電バイアスを変更可能な変更手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ダウンタイムを発生することなく帯電ローラへの適正な印加電圧を設定することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の制御系を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の感光ドラム及び帯電部を示す概略の側面図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の帯電部及び電源の接続を示す概略のブロック図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の帯電部の印加電圧などを示す概略の側面図である。 第１の実施形態に係る画像形成装置の帯電ローラへの印加直流電圧と感光ドラムの表面電位との関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る画像形成装置の帯電バイアスを設定する際の処理手順を示すフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、画像形成装置１の一例として、タンデム型のフルカラープリンタについて説明している。但し、本発明はタンデム型の画像形成装置１に搭載されることには限られず、他の方式の画像形成装置に搭載されるものであってもよく、また、フルカラーであることにも限られず、モノクロやモノカラーであってもよい。あるいは、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施することができる。

図１に示すように、画像形成装置１は、装置本体１０と、不図示のシート給送部と、画像形成部４０と、制御部７０と、操作部１１とを備えている。画像形成装置１は、不図示の原稿読取装置やパーソナルコンピュータ等のホスト機器、あるいはデジタルカメラやスマートフォン等の外部機器からの画像信号に応じて、４色フルカラー画像を記録材に形成することができる。尚、記録材であるシートは、トナー像が形成されるものであり、具体例として、普通紙、普通紙の代用品である合成樹脂製のシート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等がある。

［画像形成部］
画像形成部４０は、シート給送部から給送されたシートに対して、画像情報に基づいて画像を形成可能である。画像形成部４０は、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋと、不図示のトナーボトルと、露光装置４３と、中間転写ユニット４４と、二次転写部４５と、定着装置４６とを備えている。尚、本実施形態の画像形成装置１は、フルカラーに対応するものであり、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋは、イエロー（ｙ）、マゼンタ（ｍ）、シアン（ｃ）、ブラック（ｋ）の４色それぞれに同様の構成で別個に設けられている。このため、図１中では４色の各構成について同符号の後に色の識別子を付して示すが、図３以降及び明細書中では色の識別子を付さずに符号のみで説明する場合もある。

画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋは、静電像を担持して移動可能な感光ドラム（感光体）５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋと、帯電部６０ｙ，６０ｍ，６０ｃ，６０ｋと、現像装置５２ｙ，５２ｍ，５２ｃ，５２ｋと、を有している。画像形成ユニット５０は、プロセスカートリッジとして一体にユニット化されて、装置本体１０に対して着脱可能に構成され、後述する中間転写ベルト４４ｂにトナー像を形成する。

感光ドラム５１は、移動可能、即ち回転可能であり、画像形成に用いられる静電像を担持し、トナー像を担持可能である。本実施形態では、感光ドラム５１は、外径８４ｍｍ、回転軸線方向の長さ３７０ｍｍで、負帯電特性のＯＰＣ（有機光半導体）で形成された感光層を有している。感光ドラム５１は、例えば、約３５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転方向（移動方向）Ｒ（図３参照）に、駆動モータ１４（図２参照）により回転駆動される。帯電部６０は、感光ドラム５１の表面に負極性の直流電圧を印加することで、感光ドラム５１の表面を負極性に均一に帯電する。帯電部６０の詳細な構成については後述する。露光装置４３は、レーザスキャナであり、制御部７０から出力される分解色の画像情報に従って、レーザ光を発する。

現像装置５２ｙ，５２ｍ，５２ｃ，５２ｋは、現像スリーブ５２ｓ（図３参照）を有し、現像バイアスが印加されることにより感光ドラム５１に形成された静電像をトナーにより現像する。現像装置５２は、トナーボトルから供給された現像剤を収容すると共に、感光ドラム５１上に形成された静電像を現像する。現像スリーブ５２ｓは、例えばアルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料で構成され、本実施形態ではアルミニウム製としている。現像スリーブ５２ｓの内側には、ローラ状のマグネットローラが、現像容器に対して非回転状態で固定設置されている。現像スリーブ５２ｓは、非磁性のトナー及び磁性のキャリアを有する現像剤を担持して、感光ドラム５１に対向する現像領域に搬送する。

現像スリーブ５２ｓに印加される現像バイアスは、直流電圧及び交流電圧を重畳した振動電圧である。例えば、感光ドラム５１上の帯電電位が−８００Ｖの時、直流電圧が−６４０Ｖ、交流電圧が１３００Ｖｐｐ、周波数１０ｋＨｚの振動電圧を印加している。現像バイアスによる電界によって、感光ドラム５１上の静電像に対応して二成分現像剤中のトナーが選択的に付着される。これにより、静電像がトナー像として現像される。この時、感光ドラム５１上に現像されたトナーの帯電量は、約３０μＣ／ｇである。現像部を通過した現像スリーブ５２ｓ上の現像剤は、引き続き現像スリーブ５２ｓの回転に伴い現像容器内の現像剤溜り部に戻される。

本実施形態では、現像剤として、磁性のトナーと非磁性のキャリアとを有する二成分現像剤を使用している。トナーは、着色剤を有した結着樹脂からなる母体と、母体に添加される添加剤とを有している。トナーを形成する樹脂として、本実施形態では負帯電性ポリエステル系樹脂を用いた。本実施形態では、体積平均粒径７μｍのトナーを用いている。キャリアは、表面酸化あるいは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、あるいは酸化物フェライトなどが使用可能である。本実施形態では、平均体積粒径４０μｍ、抵抗率１０^８Ωｃｍのフェライトキャリアを用いている。

感光ドラム５１の表面で現像されたトナー像は、後述する中間転写ユニット４４に対して一次転写される。また、画像形成ユニット５０ｙ，５０ｍ，５０ｃ，５０ｋは、除電装置５６ｙ，５６ｍ，５６ｃ，５６ｋと、クリーニングブレード５５ｙ，５５ｍ，５５ｃ，５５ｋとを有している。除電装置５６は、一次転写部を通過した感光ドラム５１の表面上に残留する残留電位を除電する。クリーニングブレード５５は、カウンタブレード方式であり、感光ドラム５１に対して所定の押圧力で当接されている。一次転写後、中間転写ユニット４４に転写されずに感光ドラム５１上に残留したトナーは、除電装置５６により除電され、感光ドラム５１に当接して設けられたクリーニングブレード５５によって除去され、次の作像工程に備える。

中間転写ユニット４４は、駆動ローラ４４ａや従動ローラ４４ｄ、一次転写ローラ４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋ等の複数のローラと、これらのローラに巻き掛けられ、トナー像を担持して移動する中間転写ベルト４４ｂとを備えている。従動ローラ４４ｄは、中間転写ベルト４４ｂの張力を一定に制御するようにしたテンションローラである。従動ローラ４４ｄは、不図示の付勢ばねの付勢力によって中間転写ベルト４４ｂを表面側へ押し出すような力が加えられている。

一次転写ローラ４７ｙ，４７ｍ，４７ｃ，４７ｋは、感光ドラム５１ｙ，５１ｍ，５１ｃ，５１ｋにそれぞれ対向して配置され、中間転写ベルト４４ｂに当接し、感光ドラム５１のトナー像を中間転写ベルト４４ｂに一次転写する。一次転写ローラ４７としては、例えば、温度２３℃、湿度５０％の測定環境下で＋２ｋＶ印加時の抵抗値が１×１０^２〜１×１０^８Ωのものを用いることが好ましい。本実施形態では、ニトリルゴムとエチレン−エピクロルヒドリン共重合体との混合により形成された外径１６ｍｍ、芯金径８ｍｍのイオン導電性スポンジローラを用いている。

中間転写ベルト４４ｂは、感光ドラム５１に当接して感光ドラム５１との間で一次転写部を形成し、一次転写バイアスが印加されることにより、感光ドラム５１に形成されたトナー像を一次転写部で一次転写する。本実施形態では、中間転写ベルト４４ｂは基材、弾性層、コート層の３層構造で、総厚約３６０μｍとしている。中間転写ベルト４４ｂの抵抗値としては、体積抵抗率が１×１０^９〜１×１０^１１Ω・ｃｍに調整され、表面抵抗率が１×１０^１１〜１×１０^１３Ωに調整されている。画像形成時には、一次転写ローラ４７に対して、トナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の一次転写バイアス（例えば、＋１５００Ｖ）が印加される。これにより、感光ドラム５１上のそれぞれの負極性を持つトナー像が中間転写ベルト４４ｂに順次多重転写される。

二次転写部４５は、二次転写内ローラ４５ａと、二次転写外ローラ４５ｂと、を備えている。二次転写外ローラ４５ｂは、中間転写ベルト４４ｂに当接し、中間転写ベルト４４ｂとのニップ部においてトナーと逆極性の二次転写バイアスが印加される。これにより、二次転写外ローラ４５ｂは、中間転写ベルト４４ｂに担持されたトナー像を、ニップ部へ供給されたシートに一括して二次転写する。

定着装置４６は、定着ベルト４６ａ及び加圧ローラ４６ｂを備えている。定着ベルト４６ａと加圧ローラ４６ｂとの間をシートが挟持されシート搬送方向に搬送されることにより、シートに転写されて形成されたトナー像は加熱及び加圧されてシートに定着される。

図２に示すように、制御部７０はコンピュータにより構成され、例えばＣＰＵ７１と、各部を制御するプログラムを記憶するＲＯＭ７２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７３と、外部と信号を入出力する入出力回路（Ｉ／Ｆ）７４とを備えている。ＣＰＵ７１は、画像形成装置１の制御全体を司るマイクロプロセッサであり、システムコントローラの主体である。ＲＯＭ７２には、各種制御に必要な設定値が記録されており、必要に応じてＣＰＵ７１により呼び出される。ＲＡＭ７３には、画像形成操作により変化する印刷枚数等、様々なデータが一時的に記録され、各種制御に利用される。

ＣＰＵ７１は、入出力回路７４を介して、操作部１１、第１高圧制御部１２、第２高圧制御部１３、電流センサ３３、駆動モータ１４、温湿度センサ（環境検知手段）１５、カウンタ１６などに接続されている。制御部７０は、装置本体１０に接続された不図示のコンピュータからの指令や、操作部１１の操作等により、ユーザが操作や設定を行うことができる。制御部（変更手段）７０は、第１高圧制御部１２を介して第１電源２０に接続され、第２高圧制御部１３を介して第２電源３０に接続されて、各電源２０，３０を制御可能にしている。第１電源２０及び第２電源３０、並びに電流センサ３３については、後述する。

温湿度センサ１５は、装置本体１０の内部に設けられ、装置本体１０の内部（装置本体内）の環境情報として温度及び湿度や水分量を検知可能である。ＣＰＵ７１は、温湿度センサ１５等の検知結果に基づいて駆動モータ１４等を制御可能である。また、カウンタ１６は、画像形成枚数を計数することができる。これにより、制御部７０は、帯電部６０（図１参照）を用いて画像形成した枚数を、カウンタ１６から取得することができる。

［画像形成動作］
次に、このように構成された画像形成装置１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、まず感光ドラム５１が回転して表面が帯電部６０により帯電される。そして、露光装置４３により画像情報に基づいてレーザ光が感光ドラム５１に対して発光され、感光ドラム５１の表面上に静電像が形成される。この静電像に現像装置５２によりトナーが付着することにより、現像されてトナー画像として可視化され、一次転写ローラ４７により中間転写ベルト４４ｂに転写される。

一方、このようなトナー像の形成動作に並行してシートが供給され、中間転写ベルト４４ｂのトナー画像にタイミングを合わせて、搬送経路を介してシートが二次転写部４５に搬送される。更に、中間転写ベルト４４ｂからシートに画像が転写され、シートは、定着装置４６に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されてシートの表面に定着され、装置本体１０から排出される。

［帯電部］
次に、帯電部６０の構成について、詳細に説明する。図３に示すように、帯電部６０は、感光ドラム５１の回転方向Ｒの上流側に設けられた第１帯電ローラ６１と、下流側に設けられた第２帯電ローラ６２と、を有している。これらの帯電ローラ６１，６２が感光ドラム５１に接触して従動回転し、感光ドラム５１の表面に一様にマイナスの電荷を付与する。即ち、第１帯電ローラ６１は、感光ドラム５１に接触して回転し、第１帯電バイアスの印加により感光ドラム５１を帯電する。第２帯電ローラ６２は、感光ドラム５１の回転方向Ｒに関して第１帯電ローラ６１が感光ドラム５１に接触する位置の下流側で感光ドラム５１に接触して回転し、第２帯電バイアスの印加により感光ドラム５１を帯電する。

また、帯電部６０は、第１帯電ローラ６１に対応する第１清掃ローラ６３と、第２帯電ローラ６２に対応する第２清掃ローラ６４と、を有している。第１清掃ローラ６３は、外周部に発泡ウレタンなどの弾性体を有し、第１帯電ローラ６１に接触して従動回転しつつ第１帯電ローラ６１を清掃する。第２清掃ローラ６４は、外周部に発泡ウレタンなどの弾性体を有し、第２帯電ローラ６２に接触して従動回転しつつ第２帯電ローラ６２を清掃する。

［帯電ローラ］
本実施形態における帯電ローラ６１，６２の構成について、図４を用いて説明する。第１帯電ローラ６１は、例えば、長手方向（回転軸線方向）の長さ３３０ｍｍ、直径１４ｍｍとし、芯金６１ａと、下層６１ｂと、中間層６１ｃと、表層６１ｄとを有している。芯金６１ａの外周に下層６１ｂを形成し、下層６１ｂの上に中間層６１ｃを形成し、中間層６１ｃの上に表層６１ｄを形成している。

芯金６１ａは、例えば、耐摩耗性と撓み応力に優れたシャフト軸としている。第１帯電ローラ６１は、芯金６１ａの長手方向の両端部を、それぞれ軸受部材により回転自在に保持されると共に、不図示の押圧ばねによって感光ドラム５１に向かって付勢されている。本実施形態においては、芯金６１ａとしては、表層にニッケルメッキを施したＳＵＳ製の外径６ｍｍの丸棒を使用している。

下層６１ｂは、カーボンを分散した発泡ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）で形成した電子導電層であり、比重は０．５ｇ／ｃｍ^３、体積抵抗率は１０^７〜１０^９Ω・ｃｍ、層厚は約３．５ｍｍである。中間層６１ｃは、カーボンを分散したＮＢＲ（ニトリルゴム）で形成されており、体積抵抗率は１０^２〜１０^５Ω・ｃｍであり、層厚は約５００μｍである。表層６１ｄは、フッ素化合物のアルコール可溶性ナイロン樹脂に、酸化錫、カーボンを分散して形成したイオン導電層であり、体積抵抗率は１０^７〜１０^１０Ω・ｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲｚ）は１．５μｍ、層厚は約５μｍである。

第２帯電ローラ６２は、芯金６２ａと、下層６２ｂと、中間層６２ｃと、表層６２ｄとを有しており、寸法や材質など、いずれも第１帯電ローラ６１と同様としている。このため、第２帯電ローラ６２の構成については、詳細な説明を省略する。

［電源］
第１帯電ローラ６１には、第１帯電ローラ６１に第１帯電バイアスを印加する第１電源（第１印加手段）２０が接続されている。第１電源２０は、第１直流電圧ＤＣ１を出力可能な直流電源２１を有しており、第１高圧制御部１２を介して制御部７０に接続されている。即ち、第１電源２０は、第１帯電ローラ６１に第１帯電バイアスＶ１として第１直流電圧ＤＣ１を印加する。第１電源２０から第１帯電バイアスＶ１が芯金６１ａを介して第１帯電ローラ６１に印加されることで、回転する感光ドラム５１の周面が所定の電位に帯電処理される。

第２帯電ローラ６２には、第２帯電ローラ６２に第２帯電バイアスを印加する第２電源（第２印加手段）３０が接続されている。第２電源３０は、第２直流電圧ＤＣ２を出力する直流電源３１と、交流電圧ＡＣを出力する交流電源３２とを有しており、第２高圧制御部１３を介して制御部７０に接続されている。即ち、第２電源３０は、第２帯電ローラ６２に第２帯電バイアスＶ２として第２直流電圧ＤＣ２及び交流電圧ＡＣを重畳して印加する。第２帯電バイアスＶ２は、第２直流電圧ＤＣ２に周波数ｆの交流電圧ＡＣを重畳した振動電圧である。交流成分の波形としては、正弦波、矩形波、三角波などを適宜に適用することができ、あるいは直流電源３１を周期的にオンオフすることによって形成される矩形波電圧を適用してもよい。第２電源３０から第２帯電バイアスＶ２が芯金６２ａを介して帯電ローラ６２に印加されることで、回転する感光ドラム５１の周面が所定の電位に帯電処理される。

本実施形態では、第１帯電ローラ６１は直流電圧を、第２帯電ローラ６２は直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスを印加することで、回転する感光ドラム５１の表面を負極性の所定の電位に帯電させる。尚、本実施形態における第１電源２０及び第２電源３０としては、新規又は既知の電源を適用することができる。

第２電源３０と第２帯電ローラ６２との間には、電流センサ（電流検知手段）３３が介在されている。電流センサ３３は、感光ドラム５１を介して第２帯電ローラ６２に流れる直流電流値を検知可能であり、検知した電流値に関する情報を制御部７０に送信する。制御部７０は、第１帯電ローラ６１に印加する第１直流電圧ＤＣ１と、第２帯電ローラ６２に印加する第２直流電圧ＤＣ２と、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣのピーク間電圧値Ｖｐｐ或いは交流電流値と、を制御する。また、制御部７０は、電流センサ３３から入力された直流電流値情報から、画像形成工程の帯電工程における第１帯電ローラ６１及び第２帯電ローラ６２に対する印加直流バイアスの演算及び決定プログラムを実行する。即ち、制御部７０は、電流センサ３３により検知された電流の絶対値が所定の範囲内になるように、第１帯電バイアスＶ１を変更可能である。

［帯電バイアス］
次に、第２帯電ローラ６２に印加する第２帯電バイアスＶ２の制御方法について、詳細に説明する。制御部７０は、第１帯電ローラ６１に印加する第１帯電バイアスＶ１に関して、第２帯電ローラ６２の電流センサ３３に流れる感光ドラム５１の１回転分の平均直流電流値が０となるように制御する。本実施形態では、第２帯電ローラ６２に印加する第２帯電バイアスＶ２の第２直流電圧ＤＣ２を−５００Ｖ、交流電圧ＡＣを１５００Ｖｐｐ、現像直流バイアスを−３５０Ｖ、転写バイアスを＋６００Ｖで一定とした。

尚、本実施形態では説明のために、第２帯電ローラ６２の電流センサ３３に流れる直流電流値が感光ドラム５１の１回転分の平均直流電流値０となるような場合を例示する。但し、直流電圧値と直流電流値との関係性が明らかであればこの限りではなく、任意の電流値に制御しても構わない。また、画像形成に影響を与える感光ドラム５１の表面電位は、第２帯電ローラ６２に印加される第２帯電バイアスＶ２で決定されるため、本制御は画像形成工程を含めた任意のタイミングで実行することが可能である。

図５は、本実施形態の帯電バイアス制御を行う際の感光ドラム５１の各位置における表面電位を示した図である。本実施形態では、第１帯電ローラ６１を通過する前、即ち帯電前における感光ドラム５１の表面電位（残電位）は０Ｖとしている。先ず、第２帯電ローラ６２を通過した後、露光装置４３により露光される前の感光ドラム５１の表面電位Ｖｄ２について考察する。第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣは、直流帯電方式における放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）であればよい。このような条件のとき、第２帯電ローラ６２を通過した感光ドラム５１の表面電位は印加した第２直流電圧ＤＣ２と同電位に収束することが知られている。本実施形態では、第２帯電ローラ６２に印加される第２直流電圧ＤＣ２は−５００Ｖに設定される。ここで、第２帯電ローラ６２に印加する第２帯電バイアスＶ２の第２直流電圧ＤＣ２は、例えば要求される画像濃度など、他の条件に基づいて設定され、例えば−５００Ｖ〜−１０００Ｖ程度に設定できる。

次に、図６は、本実施形態で使用した第１帯電ローラ６１及び第２帯電ローラ６２における直流電圧と感光ドラム５１の表面電位との関係を示すグラフである。尚、このグラフは、温度２３℃及び湿度５０％の環境で制御が行われた場合の結果を示している。図６に示すように、放電開始電圧Ｖｔｈは約６００Ｖである。

従って、放電開始電圧Ｖｔｈは約６００Ｖであることから、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣは、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上である１２００Ｖｐｐ以上であればよい。図５に示すように、本実施形態においては、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣは安全係数を考慮して１５００Ｖｐｐとなっており、第２帯電ローラ６２を通過した後の感光ドラム５１の表面電位Ｖｄ２を−５００Ｖに均一帯電させる。

次に、第１帯電ローラ６１を通過した後、第２帯電ローラ６２に達する前の感光ドラム５１の表面電位Ｖｄ１について考察する。第１帯電ローラ６１に印加する第１直流電圧ＤＣ１は直流帯電方式における放電開始電圧Ｖｔｈ以上の電圧を印加することにより、作像時における暗部電位に設定し、電位を収束することができる。第２帯電ローラ６２の電流センサ３３に流れる直流電流値が０となる状態は、第１帯電ローラ６１及び第２帯電ローラ６２の間の感光ドラム５１の表面電位Ｖｄ１を−５００Ｖに帯電する条件であることから、必要な第１直流電圧ＤＣ１は−１１００Ｖとなる。つまり、第１帯電ローラ６１に印加される第１直流電圧ＤＣ１＝−１１００Ｖと第２帯電ローラ６２に印加される第２直流電圧ＤＣ２＝−５００の差分６００Ｖが、第１帯電ローラ６１の放電開始電圧Ｖｔｈと等しくなる。このため、画像形成工程中に常時、放電開始電圧Ｖｔｈを算出することが可能となる。このように、放電開始電圧Ｖｔｈの算出結果から、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣ（Ｖｔｈ×２以上）を決定することができる。

次に、本実施形態の画像形成装置１により帯電バイアスを設定する際の手順について、図７に示すフローチャートに沿って説明する。画像形成処理の開始に先立って、電源スイッチがオン状態にされると、制御部７０は、初期回転動作（前多回転工程）を実行するべく、感光ドラム５１を回転駆動させ、また定着装置４６の所定温度への立ち上げ等、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。その後、待機状態において、プリント信号がオンされると、実際に画像形成工程の動作がなされるまでの間の画像形成前の準備回転動作が実行される。勿論、初期回転動作中にプリント信号が入力したときにおいても、初期回転動作終了後において、準備回転動作が実行される。プリント信号がオンされない場合は、制御部７０は、初期回転動作の終了後に駆動モータ１４（図２参照）の駆動を一旦停止して、感光ドラム５１の回転駆動を停止し、プリント信号が入力されるまで待機状態に維持する。制御部７０は、所定の準備回転動作が終了すると、引き続いて、画像形成工程が開始され、感光ドラム５１に対する画像形成が開始される（ステップＳ１）。

制御部７０は、画像形成処理の制御開始時において、第１帯電バイアスＶ１の第１直流電圧ＤＣ１の初期電圧値を、以下のように算出する。制御部７０は、この初期電圧値を、第２帯電バイアスＶ２の第２直流電圧ＤＣ２（例えば−５００Ｖ）と第１帯電ローラ６１の放電開始電圧Ｖｔｈ（例えば−６００Ｖ）とを加算した電圧値（例えば−１１００Ｖ）に設定する。そして、制御部７０は、第１帯電ローラ６１に第１帯電バイアスＶ１の第１直流電圧ＤＣ１を印加し（ステップＳ２）、第２帯電ローラ６２の電流センサ３３を流れる直流電流を検知する（ステップＳ３）。そして、制御部７０は、電流センサ３３を流れる直流電流値が０μＡであるか否かを判断する（ステップＳ４）。ここで、電流センサ３３を流れる直流電流値が厳密に０μＡであるか否かを判断してもよいが、これには限られず、例えば、直流電流値の絶対値が１μＡ以下の範囲内（所定の範囲内）であれば、０μＡに相当するものとして処理するようにしてもよい。尚、所定の範囲としては１μＡには限られず、例えば０．５μＡでもよい。

制御部７０は、電流センサ３３を流れる直流電流値が０μＡでないと判断した場合は（ステップＳ４のＮＯ）、第１直流電圧ＤＣ１を変更し（ステップＳ５）、第１帯電ローラ６１に第１帯電バイアスＶ１の第１直流電圧ＤＣ１を印加し続ける（ステップＳ２）。即ち、制御部７０は、電流センサ３３により検知された電流の絶対値が所定の範囲内になるように、第１帯電バイアスＶ１を変更可能である。

制御部７０は、電流センサ３３を流れる直流電流値が０μＡであると判断した場合は（ステップＳ４のＹＥＳ）、第１帯電ローラ６１における放電開始電圧Ｖｔｈを算出する（ステップＳ６）。更に、制御部７０は、算出した放電開始電圧Ｖｔｈに基づいて、第２帯電ローラ６２における交流電圧ＡＣ（Ｖｔｈ×２以上）を設定する（ステップＳ７）。

上述したように、本実施形態の画像形成装置１によれば、制御部７０は、電流センサ３３により検知された直流電流値が０μＡになるように、フィードバック制御によって第１帯電バイアスＶ１を変更する。ここで、第２帯電ローラ６２へ印加する交流電圧ＡＣが大きすぎると、感光ドラム５１との間に流れる電流量が大きくなりすぎて、感光ドラム５１が削れることで寿命が短くなる虞がある。一方、交流電圧ＡＣが小さすぎると、感光ドラム５１との間に流れる電流量が小さくなりすぎて、画像不良を発生してしまう虞がある。これに対し、本実施形態の画像形成装置１によれば、実際の第２帯電ローラ６２を用いて計測した直流電流値により第１帯電ローラ６１の放電開始電圧Ｖｔｈ（即ち、第２帯電ローラ６２の放電開始電圧Ｖｔｈ）を算出する。そして、算出された放電開始電圧Ｖｔｈに基づいて交流電圧ＡＣを設定するので、感光ドラム５１との間に流れる電流量をフィードバック制御により高精度に制御することができる。しかも、このフィードバック制御は、画像形成処理中に実行可能であるので、ダウンタイムを発生することなく各帯電ローラ６１，６２への適正な印加電圧、特に第２帯電ローラ６２への適正な交流電圧ＡＣを設定することができる。

また、本実施形態の画像形成装置１によれば、電流センサ３３を流れる直流電流値が０μＡである場合に第１帯電ローラ６１の放電開始電圧Ｖｔｈを算出しているので、簡易かつ高精度に放電開始電圧Ｖｔｈを得ることができる。

尚、上述した実施形態の画像形成装置１では、帯電前における感光ドラム５１の表面電位（残電位）が０Ｖである場合について説明したが、これには限られない。実際の画像形成装置１においては、各高圧電源のバイアス設定や、使用環境、使用履歴、使用される現像剤の種類などによって様々な残電位となる。しかし、本実施形態においては、残電位の大きさによらず、第２帯電ローラ６２の制御においてなんら支障なく制御を実行でき、且つ上述の効果を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を、詳細に説明する。本実施形態では、温湿度センサ１５の検知値に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを補正する点で、第１の実施形態と構成を異にしている。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

第１の実施形態では、放電開始電圧Ｖｔｈの算出結果から第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣを決定したが、作像条件によってはＶｔｈ×２では帯電不良に対して放電量が不足する場合がある。そこで、本実施形態では、画像形成装置１が設置されている環境に応じて、放電開始電圧Ｖｔｈに補正を行う。制御部７０は、第１の実施形態の手順で算出された放電開始電圧Ｖｔｈに対して、表１に示す補正値Ｖｔｈαにより補正する。

これにより、交流電圧ＡＣ（Ｖｐｐ）≧（Ｖｔｈ＋Ｖｔｈα）×２となる。本実施形態では、画像形成装置１が設置されている環境に応じて、補正値Ｖｔｈαを変更するものとする。これは、帯電ローラ６１，６２の抵抗値や誘電率が環境によって変動するためである。ここでは、環境水分量に応じてＶｔｈαを変更しているが、環境の温度や湿度に応じて変更してもよい。尚、環境水分量と補正値Ｖｔｈαとの関係は、表１に記載されていない領域については線形補完するものとする。

上述したように、本実施形態の画像形成装置１によれば、実際の第２帯電ローラ６２を用いて計測した直流電流値を環境情報に基づいて補正して放電開始電圧Ｖｔｈを算出するので、放電開始電圧Ｖｔｈを高精度に得ることができる。これにより、画像不良の発生をより良好に抑制することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を、詳細に説明する。本実施形態では、帯電ローラ６１，６２における使用枚数（耐久枚数）に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを補正する点で、第１の実施形態と構成を異にしている。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

第１の実施形態では、放電開始電圧Ｖｔｈの算出結果から第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣを決定したが、作像条件によってはＶｔｈ×２では帯電不良に対して放電量が不足する場合がある。そこで、本実施形態では、帯電ローラ６１，６２における使用枚数、即ち画像形成した枚数に応じて、放電開始電圧Ｖｔｈに補正を行う。制御部７０は、第１の実施形態の手順で算出された放電開始電圧Ｖｔｈに対して、表２に示す補正値Ｖｔｈαにより補正する。

これにより、交流電圧ＡＣ（Ｖｐｐ）≧（Ｖｔｈ＋Ｖｔｈα）×２となる。本実施形態では、画像形成装置１の使用枚数に応じて、補正値Ｖｔｈαを変更するものとする。これは、帯電ローラ６１，６２の抵抗値や表面粗さが耐久枚数によって変動するためである。尚、耐久枚数と補正値Ｖｔｈαとの関係は、表２に記載されていない領域については線形補完するものとする。

上述したように、本実施形態の画像形成装置１によれば、実際の第２帯電ローラ６２を用いて計測した直流電流値を使用枚数に基づいて補正して放電開始電圧Ｖｔｈを算出するので、放電開始電圧Ｖｔｈを高精度に得ることができる。これにより、画像不良の発生をより良好に抑制することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を、詳細に説明する。本実施形態では、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣの帯電周波数に基づいて放電開始電圧Ｖｔｈを補正する点で、第１の実施形態と構成を異にしている。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

本実施形態では、感光ドラム５１は、回転速度（移動速度）を変更可能である。そして、第２電源３０は、感光ドラム５１の回転速度に基づいて、第２帯電バイアスＶ２の交流電圧ＡＣの周波数を変更可能としている。例えば、感光ドラム５１の回転速度が１／２になれば、周波数も１／２にする。

第１の実施形態では、放電開始電圧Ｖｔｈの算出結果から第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣを決定したが、作像条件によってはＶｔｈ×２では帯電不良に対して放電量が不足する場合がある。そこで、本実施形態では、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣの帯電周波数に応じて、放電開始電圧Ｖｔｈに補正を行う。制御部７０は、第１の実施形態の手順で算出された放電開始電圧Ｖｔｈに対して、表３に示す補正値Ｖｔｈαにより補正する。

これにより、交流電圧ＡＣ（Ｖｐｐ）≧（Ｖｔｈ＋Ｖｔｈα）×２となる。本実施形態では、第２帯電ローラ６２に印加する交流電圧ＡＣの帯電周波数に応じて、補正値Ｖｔｈαを変更するものとする。これは、交流電圧ＡＣの帯電周波数が高い場合、交流放電が追従しにくくなるためである。尚、帯電周波数と補正値Ｖｔｈαとの関係は、表３に記載されていない領域については線形補完するものとする。

上述したように、本実施形態の画像形成装置１によれば、実際の第２帯電ローラ６２を用いて計測した直流電流値を帯電周波数に基づいて補正して放電開始電圧Ｖｔｈを算出するので、放電開始電圧Ｖｔｈを高精度に得ることができる。これにより、画像不良の発生をより良好に抑制することができる。

また、上述した第２〜第４の実施形態に示した各条件を複数種類、同時に適用するようにしてもよい。

１…画像形成装置、１５…温湿度センサ（環境検知手段）、２０…第１電源（第１印加手段）、３０…第２電源（第２印加手段）、３３…電流センサ（電流検知手段）、５１，５１ｃ，５１ｋ，５１ｍ，５１ｙ…感光ドラム（感光体）、６１…第１帯電ローラ、６２…第２帯電ローラ、７０…制御部（変更手段）。

Claims (6)

1. 静電像を担持して移動可能な感光体と、
   前記感光体に接触して回転し、第１帯電バイアスの印加により前記感光体を帯電する第１帯電ローラと、
   前記第１帯電ローラに前記第１帯電バイアスとして直流電圧を印加する第１印加手段と、
   前記感光体の移動方向に関して前記第１帯電ローラが前記感光体に接触する位置の下流側で前記感光体に接触して回転し、第２帯電バイアスの印加により前記感光体を帯電する第２帯電ローラと、
   前記第２帯電ローラに前記第２帯電バイアスとして直流電圧及び交流電圧を重畳して印加すると共に、前記第２帯電バイアスの前記直流電圧を所定の電圧値になるように印加し、前記交流電圧を前記第１帯電バイアス及び前記第２帯電バイアスの前記直流電圧の差分の２倍以上の電圧値になるように印加する第２印加手段と、
   前記感光体及び前記第２帯電ローラの間に流れる電流を検知する電流検知手段と、
   前記電流検知手段により検知された電流の絶対値が所定の範囲内になるように、前記第１帯電バイアスを変更可能な変更手段と、を備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記所定の範囲は、絶対値で１μＡ以下の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記変更手段は、制御開始時において、前記第１帯電バイアスの初期電圧値を、前記第２帯電バイアスの直流電圧と前記第１帯電ローラの放電開始電圧とを加算した電圧値に設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 装置本体内の環境情報を検知する環境検知手段を備え、
   前記変更手段は、検知された前記環境情報に基づいて、前記放電開始電圧を補正する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記変更手段は、前記第１帯電ローラ及び前記第２帯電ローラを用いて画像形成した枚数に基づいて、前記放電開始電圧を補正する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記感光体は、移動速度を変更可能であり、
   前記第２印加手段は、前記感光体の移動速度に基づいて前記第２帯電バイアスの前記交流電圧の周波数を変更可能であり、
   前記変更手段は、前記第２帯電バイアスの前記交流電圧の前記周波数に基づいて、前記放電開始電圧を補正する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
   
   

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