JP2021076698A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面電位センサーを用いることなく像担持体の表面電位を精度よく調整可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、画像形成部と、帯電電圧電源と、現像電圧電源と、トナー電流検出機構と、制御部と、を備える。画像形成部は、像担持体と、帯電部材と、露光装置と、現像装置と、を含む。制御部は、帯電部材に第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を印加して像担持体の表面を帯電させた後、現像剤担持体に第１現像電圧を印加したときのトナー電流の第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２と、像担持体の表面を帯電させない状態で、第１現像電圧と像担持体の目標電位との電位差となる第２現像電圧を現像剤担持体に印加したときのトナー電流の基準積分値Ｉｓｔと、を検出し、Ｖ１、Ｖ２およびＩ１、Ｉ２、Ｉｓｔに基づいて像担持体の表面電位が目標電位となる帯電電圧Ｖを算出する。【選択図】図９

Description

本発明は、像担持体に接触する帯電部材を備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、像担持体の表面電位を調整する方法に関するものである。

電子写真プロセスを用いた従来の画像形成装置においては、帯電装置により均一に帯電された感光体ドラム等の像担持体上に露光装置からレーザー照射を行うことにより静電潜像を形成し、現像装置により静電潜像にトナーを付着させてトナー像とした後、トナー像を用紙（記録媒体）上に転写し、定着処理を行う画像形成プロセスが実行される。

従来の画像形成装置では、感光体ドラムの表面電位を検知するために表面電位センサーが設けられていた。そして、表面電位センサーの検知結果に基づいて帯電装置の帯電電圧や現像装置の現像電圧等が調整されていた。

近年、高価な表面電位センサーを用いずに、温湿度およびドラム駆動時間等の条件から目標のドラム表面電位を得るための帯電電圧を予測する制御が広く行われている。

また、特許文献１には、トナー担持体とトナー担持体に対向して非接触で配置された対向部材との間に印加された交流電圧により、トナー担持体と対向部材との間をトナーが往復移動することにより生ずるトナー電流を検出する際、トナー担持体と対向部材とに並列してキャパシタを接続することにより、トナー担持体と対向部材の間に流れる充放電電流を相殺してトナー電流のみを検出する技術が開示されている。また、トナー電流の検出結果に基づき、トナー電流検出値として適切なパラメーターを求め、現像電圧等の画像形成条件にフィードバックすることも記載されている。

特開２０１０−１９７４６４号公報

しかしながら、帯電電圧の予測制御においては、予測精度が十分ではなく、目標のドラム表面電位から外れることがあり、カブリ画像等の画像不具合の発生原因となっていた。特に、有機感光層を有する有機感光体（ＯＰＣ）ドラムでは、ドラムの膜厚変化が少ない使用初期の短期間においてドラム表面電位が大きく変化し、目標とする表面電位からずれるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、表面電位センサーを用いることなく像担持体の表面電位を精度よく調整可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、画像形成部と、帯電電圧電源と、現像電圧電源と、トナー電流検出機構と、制御部と、を備えた画像形成装置である。画像形成部は、表面に感光層が形成される像担持体と、像担持体の表面に接触して像担持体を帯電させる帯電部材と、帯電部材により帯電された像担持体を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に対向配置され、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤中のトナーを担持する現像剤担持体を有し、像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、を含む。帯電電圧電源は、帯電部材に直流電圧を含む帯電電圧を印加する。現像電圧電源は、現像剤担持体に現像電圧を印加する。トナー電流検出機構は、現像剤担持体に現像電圧を印加したときに現像剤担持体から像担持体にトナーが移動することにより流れるトナー電流を検出する。制御部は、画像形成部、帯電電圧電源、および現像電圧電源を制御する。制御部は、帯電部材に第１帯電電圧Ｖ１を印加して像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させた後、露光装置による像担持体の露光を行わずに現像剤担持体に所定の表面電位よりも高い第１現像電圧を印加して像担持体の一定領域をバイアス現像したときに流れるトナー電流の第１積分値Ｉ１と、帯電部材に第１帯電電圧Ｖ１と異なる第２帯電電圧Ｖ２を印加して像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させた後、露光装置による像担持体の露光を行わずに現像剤担持体に第１現像電圧を印加して像担持体の一定領域をバイアス現像したときに流れるトナー電流の第２積分値Ｉ２と、像担持体の表面を帯電させない状態で、像担持体との電位差が第１現像電圧と像担持体の目標電位との電位差となるような第２現像電圧を現像剤担持体に印加して像担持体の一定領域をバイアス現像したときに流れるトナー電流の基準積分値Ｉｓｔと、を検出する。制御部は、第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２および第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２の関係に基づいて、トナー電流の積分値が基準積分値Ｉｓｔとなるときの帯電電圧Ｖを算出し、帯電電圧Ｖを像担持体の表面電位が目標電位となる帯電電圧として決定する。

本発明の第１の構成によれば、像担持体の表面を露光せずに、現像剤担持体と像担持体との間の実行電位差によって流れるトナー電流の積分値を測定し、測定されたトナー電流の積分値と帯電電圧との関係を用いて感光体ドラムの表面電位が目標電位となるような帯電電圧を決定することにより、像担持体の感光層の膜厚変動に伴う露光感度の変動に関係なく、表面電位を目標電位に帯電させる帯電電圧を精度よく決定することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 画像形成装置１００の制御経路を含む画像形成部Ｐ周辺の部分拡大図 感光体ドラム５および現像装置８に接続されるトナー電流検出機構５０を示す模式図 帯電電圧と感光体ドラム５の表面電位との関係を示すグラフ 帯電電圧とトナー電流の積分値との関係を示すグラフ 未使用の感光体ドラム５と耐久印字後の感光体ドラム５とで、帯電電圧と感光体ドラム５の表面電位との関係を比較したグラフ 未使用の感光体ドラム５と耐久印字後の感光体ドラム５とで、感光体ドラム５の表面電位と露光後電位との関係を比較したグラフ 現像開始から終了までに感光体ドラム５−現像ローラー３０間に流れるトナー電流の推移を示すグラフ 帯電電圧、感光体ドラム５の表面電位、および現像ローラー３０に印加される現像電圧の直流成分の関係を示す図 本実施形態の画像形成装置１００における感光体ドラム５の表面電位調整制御例を示すフローチャート

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す側面断面図である。画像形成装置（ここではモノクロプリンター）１００内には、帯電、露光、現像および転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。画像形成部Ｐには、感光体ドラム５の回転方向（図１の反時計回り方向）に沿って、帯電装置４、露光装置（レーザー走査ユニット等）７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、および除電装置６が配設されている。

感光体ドラム５は、例えば、アルミニウム製のドラム素管の表面に、感光層として正帯電性光導電体である有機感光層（ＯＰＣ）が形成される。感光体ドラム５は、ドラム駆動部（図示せず）によって、支軸を中心に一定速度で回転駆動される。

画像形成動作を行う場合、図１の反時計回り方向に回転する感光体ドラム５が帯電装置４により一様に帯電され、原稿画像データに基づく露光装置７からのレーザービームにより感光体ドラム５上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤中のトナーが付着されてトナー像が形成される。

現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。なお、画像データはパーソナルコンピューター（図示せず）等から送信される。また、感光体ドラム５の表面に除電光を照射して残留電荷を除去する除電装置６が、感光体ドラム５の回転方向に対しクリーニング装置１９の下流側に設けられている。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、用紙（記録媒体）が給紙カセット１０又は手差し給紙装置１１から用紙搬送路１２およびレジストローラー対１３を経由して搬送され、転写ローラー１４により感光体ドラム５の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙は、用紙搬送路１６により装置上部に搬送され、用紙の片面のみに画像を形成する場合（片面印字時）は、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。

一方、用紙の両面に画像を形成する場合（両面印字時）は、用紙の後端が用紙搬送路１６の分岐部２０を通過した後に搬送方向を逆転させる。これにより、用紙は分岐部２０から分岐する反転搬送路２１に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１３に再搬送される。そして、感光体ドラム５上に形成された次のトナー像が、転写ローラー１４によって用紙の画像が形成されていない面に転写される。トナー像が転写された用紙は、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。

図２は、画像形成装置１００の制御経路を含む画像形成部Ｐ周辺の部分拡大図である。帯電装置４は、感光体ドラム５に接触するように配置され感光体ドラム５を帯電処理する帯電ローラー４１を備える。

帯電ローラー４１は、芯金４１ａに導電層４１ｂを被覆することにより形成されており、感光体ドラム５に当接するように配置されている。導電層４１ｂは、架橋ゴム中にイオン導電剤を配合することによりイオン導電性を有するものである。架橋ゴムとしてはエピクロルヒドリンゴム等が用いられる。イオン導電剤としては、４級アンモニウム塩やホウ酸塩等が用いられる。

図２に示すように、感光体ドラム５が反時計回り方向に回転すると、感光体ドラム５の表面に接触する帯電ローラー４１が時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー４１に所定の帯電電圧を印加することにより、感光体ドラム５の表面が一様に帯電される。

帯電ローラー４１は、直流電圧に交流電圧が重畳された帯電電圧を生成する帯電電圧電源４３に接続されている。帯電電圧電源４３は、交流定電圧電源および直流定電圧電源（いずれも図示せず）を備える。交流定電圧電源は、昇圧トランス（図示せず）を用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を出力する。直流定電圧電源は、昇圧トランスを用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を整流した直流電圧を出力する。

現像装置８は、感光体ドラム５に対向配置され、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）を担持する現像ローラー３０を備える。現像ローラー３０は、直流電圧に交流電圧が重畳された現像電圧を生成する現像電圧電源４４に接続されている。現像電圧電源４４の構成は帯電電圧電源４３と同様である。現像ローラー３０に所定の現像電圧を印加することにより、現像ローラー３０に担持された現像剤中のトナーが感光体ドラム５の表面に飛翔し、静電潜像がトナー像に現像される。トナー電流検出機構５０は、現像ローラー４１と感光体ドラム５の間に流れるトナー電流を検出する。

次に、画像形成装置１００の制御システムについて図２を参照して説明する。画像形成装置１００には、ＣＰＵ等で構成される主制御部８０が設けられている。主制御部８０は、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶部７０に接続される。主制御部８０は、記憶部７０に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて画像形成装置１００の各部（帯電装置４、除電装置６、露光装置７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、定着装置１５、帯電電圧電源４３、現像電圧電源４４、電圧制御部４５、トナー電流検出機構５０等）を制御する。

電圧制御部４５は、現像ローラー３０に現像電圧を印加する現像電圧電源４４、帯電ローラー４１に帯電電圧を印加する帯電電圧電源４３を制御する。なお、電圧制御部４５は、記憶部７０に記憶される制御プログラムで構成されていてもよい。

主制御部８０には液晶表示部９０、送受信部９１が接続されている。液晶表示部９０は、ユーザーが画像形成装置１００の各種設定を行うためのタッチパネルとして機能するとともに、画像形成装置１００の状態、画像形成状況や印字枚数等を表示する。送受信部９１は、電話回線やインターネット回線を用いて外部との通信を行う。

図３は、感光体ドラム５および現像装置８に接続されるトナー電流検出機構５０を示す模式図である。トナー電流検出機構５０は、第１接続部Ａと、第２接続部Ｂと、トナー電流検出部Ｃとを有する。

第１接続部Ａおよび第２接続部Ｂは、それぞれ現像電圧電源４４に直列に接続される。第１接続部Ａおよび第２接続部Ｂは、それぞれ接地点（グランド）Ｇに接続される。現像電圧電源４４が現像ローラー３０に現像電圧を印加することによって、第１接続部Ａおよび第２接続部Ｂの各々に電流が流れる。

トナー電流検出部Ｃは、第１電流検出部５０ｄと、第２電流検出部５０ｅとを有する。第１電流検出部５０ｄは、第１接続部Ａを流れる電流を検出する。第２電流検出部５０ｅは、第２接続部Ｂを流れる電流を検出する。トナー電流検出部Ｃは、第２電流検出部５０ｅの検出値から第１電流検出部５０ｄの検出値を引いた値をトナー電流として検出する。トナー電流については後述する。

第１接続部Ａは、第１抵抗５０ｇと、第２抵抗５０ｈと、キャパシタ５０ｉと、第３抵抗５０ｊとを有する。第２抵抗５０ｈ、キャパシタ５０ｉ、第１電流検出部５０ｄおよび第３抵抗５０ｊは、現像電圧電源４４に対して、第２抵抗５０ｈ、キャパシタ５０ｉ、第１電流検出部５０ｄ、第３抵抗５０ｊの順に直列に接続される。第３抵抗５０ｊは接地点Ｇに接続される。

第１抵抗５０ｇは、キャパシタ５０ｉに並列に接続される。第１抵抗５０ｇは、第２抵抗５０ｈ、第１電流検出部５０ｄおよび第３抵抗５０ｊと直列に接続される。第１抵抗５０ｇは、第２抵抗５０ｈと第１電流検出部５０ｄとの間に配置される。

第２接続部Ｂは、現像領域５０ｋと、第４抵抗５０ｍとを有する。現像領域５０ｋは、現像ローラー３０と感光体ドラム５との間に位置する領域である。

現像領域５０ｋ、第２電流検出部５０ｅ、および第４抵抗５０ｍは、現像電圧電源４４に対して、現像領域５０ｋ、第２電流検出部５０ｅ、および第４抵抗５０ｍの順に直列に接続される。第４抵抗５０ｍは接地点Ｇに接続される。

現像電圧電源４４により現像ローラー３０にトナーと同極性（ここではプラス）の現像電圧が印加されることで、現像ローラー３０と感光体ドラム５との間に電位差が発生し、帯電したトナーが現像領域５０ｋを介して現像ローラー３０と感光体ドラム５との間で移動し、現像ローラー３０に担持されたトナーが感光体ドラム５に供給される。その結果、感光体ドラム５の表面に形成された静電潜像がトナー像に現像される。また、帯電したトナーが現像ローラー３０と感光体ドラム５との間を移動することで、現像領域５０ｋに電流が流れる。

現像ローラー３０と感光体ドラム５との間をトナーが移動する際、現像領域５０ｋが現像剤で満たされているので、トナーが現像剤中を移動する。従って、現像ローラー３０と感光体ドラム５との間には、キャパシタ成分に加えて現像剤による抵抗成分も存在している。キャパシタ成分は、現像ローラー３０と感光体ドラム５との間の静電容量である。

トナー電流は、トナーが現像ローラー３０と感光体ドラム５との間（以下、ＤＳ間という）を移動することによって生じる電流をいう。トナー電流は、ＤＳ間のトナーの移動によってのみ生じる電流であり、ＤＳ間を流れる電流がキャパシタ成分および抵抗成分の影響を受けない場合の電流値である。トナー電流は、ＤＳ間を移動するトナー（移動トナー）の量と相関を有し、移動トナーの量に応じた値を有する。詳細には、移動トナーの量が多くなるほどトナー電流が大きくなる。

図３に示したトナー電流検出機構５０では、現像ローラー３０と感光体ドラム５との間の現像領域５０ｋに並列して配置されるキャパシタ５０ｉと、キャパシタ５０ｉに並列および直列に接続される第１抵抗５０ｇ、第２抵抗５０ｈを設けることにより、トナー電流を正確に検出することができる。

以下、本発明の特徴部分である、感光体ドラム５の表面電位を目標値とするために帯電ローラー４１に印加する帯電電圧を、トナー電流に基づいて設定する方法について説明する。図４は、帯電電圧と感光体ドラム５の表面電位との関係を示すグラフである。

図４において、感光体ドラム５の帯電特性の初期値、帯電特性が上昇した場合、帯電特性が低下した場合をそれぞれ◆、■、△のデータ系列で示す。図４に示すように、感光体ドラム５の帯電特性が変化すると、表面電位を目標電位Ｖ０（４５０Ｖ）にするための帯電電圧も変化する。しかし、帯電電圧の変化量に対する表面電位の変化量の割合（グラフの傾き）は一定である。

図５は、帯電電圧とトナー電流の積分値との関係を示すグラフである。図５に示すように、帯電電圧とトナー電流の積分値とは一定の相関関係を示すため、所定の帯電電圧Ｖ１（例えば１１５０Ｖ）およびＶ２（例えば１３５０Ｖ）を印加したときのトナー電流の積分値Ｉ１、Ｉ２を測定して帯電電圧とトナー電流の積分値との相関関係（図５の直線）を求め、感光体ドラム５の表面電位が目標電位であるときの実行電位差において流れるトナー電流の基準積分値Ｉｓｔを測定することで、感光体ドラム５の表面電位が目標電位となる帯電電圧Ｖを算出することができる。

図６は、現像開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流の推移を示すグラフである。トナー電流は現像ローラー３０に印加される現像電圧の直流成分Ｖｄｃと感光体ドラム５の露光後電位（暗電位）ＶＬとの実行電位差Ｖｄｃ−ＶＬに依存して決定されるものであり、トナー帯電量の変化には依存しない。例えば、トナー電流の積分値Ｉが０．３０μＣであるとすると、トナー帯電量が２０μＣ／ｇであるときトナー現像量は０．３０／２０＝０．０１５ｇとなり、トナー帯電量が１５μＣ／ｇであるときトナー現像量は０．３０／１５＝０．０２ｇとなる。

ところで、感光体ドラム５の感光層の膜厚が耐久印字によって変動すると、帯電ローラー４１に帯電電圧を印加して感光体ドラム５を帯電させたときの表面電位（明電位）Ｖ０、および露光後電位（暗電位）ＶＬが変動する。

図７は、未使用の感光体ドラム５と耐久印字後の感光体ドラム５とで、帯電電圧と感光体ドラム５の表面電位との関係を比較したグラフである。図７に示すように、感光体ドラム５の目標電位Ｖ０を４５０Ｖとすると、未使用の感光体ドラム５（図の△のデータ系列）では、帯電ローラー４１に１５５０Ｖの帯電電圧を印加する必要がある。一方、耐久印字後（例えば２００ｋ枚印字後）の感光体ドラム５（図の■のデータ系列）では、帯電ローラー４１に１５００Ｖの帯電電圧を印加すれば足りる。

図７から明らかなように、耐久印字後の感光体ドラム５では、未使用の感光体ドラム５に比べて、帯電ローラー４１に印加する帯電電圧の変化に対する表面電位Ｖ０の変化の割合（グラフの傾き）が小さくなる。この原因としては、有機感光層の光疲労、帯電ローラー４１の抵抗上昇など、複数の要因が考えられる。

図８は、未使用の感光体ドラム５と耐久印字後の感光体ドラム５とで、感光体ドラム５の表面電位と露光後電位との関係を比較したグラフである。図８に示すように、感光体ドラム５の露光後電位ＶＬの目標値を２００Ｖとすると、未使用の感光体ドラム５（図の△のデータ系列）では、感光体ドラム５の表面電位Ｖ０を４５０Ｖに帯電させる必要がある。一方、耐久印字後（例えば２００ｋ枚印字後）の感光体ドラム５（図の■のデータ系列）では、感光体ドラム５の表面電位Ｖ０を２５０Ｖに帯電すれば足りる。

図８から明らかなように、耐久印字後の感光体ドラム５では、露光量を一定にした場合、表面電位に対して得られる露光後電位が高くなり、さらに表面電位の変化に対する露光後電位の変化の割合（グラフの傾き）も大きくなる。この原因としては、感光層の薄膜化によって表面電荷密度が高くなることで、露光による電荷の減衰が起こり難くなるためであると考えられる。

即ち、耐久印字によって感光体ドラム５の帯電能および露光感度が変動するため、現像電圧Ｖｄｃと露光後電位ＶＬとの実行電位差Ｖｄｃ−ＶＬによりトナーを移動させる通常の現像時に流れるトナー電流を測定する方法では、表面電位（目標電位）Ｖ０を正確に取得することが困難であった。そこで、後述する制御例に示すように、バイアス現像を行うことで、感光層の膜厚が厚い未使用の感光体ドラム５であるか、感光層の膜厚が薄い耐久印字後の感光体ドラム５であるかに関係なく、正確な表面電位Ｖ０を取得することができる。

なお、本明細書でいうバイアス現像とは、感光体ドラム５を所定の表面電位に帯電させた後、露光装置７による感光体ドラム５の表面の露光を行わずに、感光体ドラム５の表面電位と現像ローラー３０の現像電圧との実行電位差により現像ローラー３０上のトナーを感光体ドラム５に移動させる方法である。

図９は、帯電電圧、感光体ドラム５の表面電位、および現像ローラー３０に印加される現像電圧の直流成分Ｖｄｃの関係を示す図である。図９を用いて、感光体ドラム５の表面電位を目標値とするために帯電ローラー４１に印加する帯電電圧を、バイアス現像時に流れるトナー電流に基づいて設定する方法について説明する。

先ず、帯電ローラー４１に第１帯電電圧Ｖ１を印加して感光体ドラム５の表面を所定の表面電位に帯電させる。第１帯電電圧Ｖ１は、感光体ドラム５の表面電位が目標電位Ｖ０（ここでは４５０Ｖ）となる帯電電圧よりも低め（例えば１１５０Ｖ）に設定する。

次に、第１帯電電圧Ｖ１により帯電された感光体ドラム５の表面電位よりも高くなるような第１現像電圧Ｖｄｃ１（ここでは９００Ｖ）を現像ローラー３０に印加して感光体ドラム５の表面の一定領域をバイアス現像する。そして、バイアス現像の開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流をトナー電流検出機構５０により検出する。検出されたトナー電流は記憶部７０に記憶される。主制御部８０は、記憶部７０に記憶されたトナー電流の積分値（第１積分値）Ｉ１を算出する。

次に、帯電ローラー４１に第１帯電電圧Ｖ１と異なる第２帯電電圧Ｖ２を印加して感光体ドラム５の表面を所定の表面電位に帯電させる。第２帯電電圧Ｖ２は、感光体ドラム５の表面電位が目標電位Ｖ０（４５０Ｖ）となる帯電電圧よりも高め（例えば１３５０Ｖ）に設定する。

次に、第２帯電電圧Ｖ２により帯電された感光体ドラム５の表面電位よりも高くなるような第１現像電圧Ｖｄｃ１（９００Ｖ）を現像ローラー３０に印加して感光体ドラム５の表面の一定領域をバイアス現像する。そして、バイアス現像の開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流をトナー電流検出機構５０により検出する。検出されたトナー電流は記憶部７０に記憶される。主制御部８０は、記憶部７０に記憶されたトナー電流の積分値（第２積分値）Ｉ２を算出する。

次に、感光体ドラム５が目標電位Ｖ０（４５０Ｖ）に帯電されたときのトナー電流の積分値（基準積分値）Ｉｓｔを取得する。いま、現像ローラー３０に印加する第１現像電圧Ｖｄｃ１が９００Ｖであるから、目標電位Ｖ０が４５０Ｖであるときの実行電位差Ｖｄｃ１−Ｖ０は９００−４５０＝４５０Ｖとなる。ここで、トナー電流は実行電位差Ｖｄｃ１−Ｖ０にのみ依存し、目標電位Ｖ０、現像電圧Ｖｄｃ１には依存しない。

そこで、感光体ドラム５の表面電位を略０Ｖとした状態（帯電装置４による帯電を行わない状態）で、感光体ドラム５の表面電位（＝０Ｖ）と現像電圧との電位差が第１現像電圧Ｖｄｃ１（＝９００Ｖ）と目標電位Ｖ０（＝４５０Ｖ）との電位差と等しくなるような第２現像電圧Ｖｄｃ２（９００−４５０＝４５０Ｖ）を現像ローラー３０に印加して感光体ドラム５の表面の一定領域をバイアス現像する。そして、バイアス現像時に流れるトナー電流の基準積分値Ｉｓｔを測定する。これにより、感光体ドラム５の感光層の膜厚変動に伴う露光感度の変動の影響を受けずにトナー電流を測定することができる。

そして、第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２、および測定されたトナー電流の積分値Ｉ１、Ｉ２、Ｉｓｔから、図５に基づいてトナー電流の積分値がＩｓｔであるときの帯電電圧Ｖを算出する。即ち、帯電ローラー４１に帯電電圧Ｖを印加したときの感光体ドラム５の表面電位が目標電位Ｖ０（４５０Ｖ）となる。

帯電電圧とトナー電流の積分値との関係を精度よく取得するために、トナー電流を測定する際の感光体ドラム５の表面の現像領域（トナー移動領域）を同一の面積にしておく必要がある。現像領域の面積は、第１現像電圧Ｖｄｃ１および第２現像電圧Ｖｄｃ２の印加時間を一定にして現像領域の周方向の長さを一定にすることで同一の面積にすることができる。

なお、図９に示す実施例では、第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を印加して感光体ドラム５を帯電させたときの表面電位の一方が目標電位Ｖ０よりも低電位、他方が目標電位Ｖ０よりも高電位となるように第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を設定したが、例えば、第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を印加して感光体ドラム５を帯電させたときの表面電位の両方が目標電位Ｖ０よりも低電位、或いは高電位となるように設定することもできる。

但し、本実施例のように表面電位の一方が目標電位Ｖ０よりも低電位、他方が目標電位Ｖ０よりも高電位となるように第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を設定することで、目標電位Ｖ０となる帯電電圧をより精度よく決定できるため好ましい。

図１０は、本実施形態の画像形成装置１００における感光体ドラム５の表面電位調整制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図９を参照しながら、図１０のステップに沿って表面電位の調整手順について詳細に説明する。

先ず、主制御部８０から電圧制御部４５に制御信号を送信することにより、帯電電圧電源４３から帯電ローラー４１に所定の第１帯電電圧Ｖ１（例えば１１５０Ｖ）を印加する（ステップＳ１）。これにより、感光体ドラム５の表面が所定の表面電位に帯電される。次に、現像電圧電源４４から現像ローラー３０に所定の第１現像電圧Ｖｄｃ１（例えば９００Ｖ）を印加して（ステップＳ２）感光体ドラム５の表面の一定領域のバイアス現像を開始する。同時に、トナー電流検出機構５０によるトナー電流の測定も開始する（ステップＳ３）

次に、主制御部８０はバイアス現像が終了したか否かを判定する（ステップＳ４）。バイアス現像が終了している場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、トナー電流検出機構５０により測定された、バイアス現像の開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流の第１積分値Ｉ１を算出する（ステップＳ５）。

次に、帯電電圧電源４３から帯電ローラー４１に所定の第２帯電電圧Ｖ２（例えば１３５０Ｖ）を印加する（ステップＳ６）。これにより、感光体ドラム５の表面が所定の表面電位に帯電される。次に、現像電圧電源４４から現像ローラー３０に第１現像電圧Ｖｄｃ１（９００Ｖ）を印加して（ステップＳ７）感光体ドラム５の表面の一定領域のバイアス現像を開始する。同時に、トナー電流検出機構５０によるトナー電流の測定も開始する（ステップＳ８）。

次に、主制御部８０はバイアス現像が終了したか否かを判定する（ステップＳ９）。バイアス現像が終了している場合は（ステップＳ９でＹｅｓ）、トナー電流検出機構５０により測定された、バイアス現像の開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流の第２積分値Ｉ２を算出する（ステップＳ１０）。

次に、主制御部８０は、感光体ドラム５の表面電位を略０Ｖとした状態で、感光体ドラム５の表面電位（＝０Ｖ）と現像電圧との電位差が第１現像電圧Ｖｄｃ１（＝９００Ｖ）と目標電位Ｖ０（＝４５０Ｖ）との電位差（９００−４５０＝４５０Ｖ）となるような第２現像電圧Ｖｄｃ２（ここでは４５０Ｖ）を現像ローラー３０に印加して感光体ドラム５の表面の一定領域のバイアス現像を行う。そして、トナー電流検出機構５０により測定されたバイアス現像の開始から終了までにＤＳ間に流れるトナー電流の基準積分値Ｉｓｔを算出する（ステップＳ１１）。

主制御部８０は、第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２と、ステップＳ５、Ｓ１０で測定されたトナー電流の第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２との関係、およびステップＳ１１で測定されたトナー電流の基準積分値Ｉｓｔに基づいて、感光体ドラム５の表面電位が目標電位Ｖ０（４５０Ｖ）となる帯電電圧Ｖを算出する（ステップＳ１２）。

図１０の制御例では、感光体ドラム５の表面を露光せずに、ＤＳ間の実行電位差Ｖｄｃ−Ｖ０によってＤＳ間に流れるトナー電流の積分値を測定し、測定されたトナー電流の積分値と帯電電圧との関係を用いて感光体ドラムの表面電位が目標電位Ｖ０となるような帯電電圧Ｖを算出する。これにより、感光体ドラム５の感光層の膜厚変動に伴う露光感度の変動に関係なく、表面電位を目標電位Ｖ０に帯電させる帯電電圧Ｖを決定することができる。

また、目標電位Ｖ０に対して第２現像電圧Ｖｄｃ２でバイアス現像を行ったときのトナー移動に伴うトナー電流の基準積分値Ｉｓｔを測定する際は、感光体ドラム５を帯電させずに表面電位を略０Ｖとした状態で現像ローラー３０に第２現像電圧Ｖｄｃ２を印加してバイアス現像を行う。これにより、感光層の膜厚変動に伴う帯電能の変動の影響を考慮する必要がないため、帯電電圧Ｖをより正確に決定することができる。

なお、図１０に示した制御例では、ＤＳ間に流れるトナー電流の積分値を第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２、基準積分値Ｉｓｔの順に算出しているが、トナー電流の積分値の算出順序は任意である。例えば、感光体ドラム５の表面電位を略０Ｖとした状態で現像ローラー３０に第２現像電圧Ｖｄｃ２を印加してバイアス現像を行ったときに流れるトナー電流の基準積分値Ｉｓｔを算出し、その後に帯電ローラー４１に第１帯電電圧Ｖ１、第２帯電電圧Ｖ２を印加して感光体ドラム５の表面を帯電させた状態で現像ローラー３０に第１現像電圧Ｖｄｃ２を印加してバイアス現像を行ったときに流れるトナー電流の第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２を算出してもよい。

以上のように、感光体ドラム５の表面の一定領域をバイアス現像したときにＤＳ間に流れるトナー電流の積分値を用いて帯電電圧を決定することにより、感光体ドラム５の帯電特性の変化を精度よく把握して適切な帯電電圧を印加することができ、感光体ドラム５の帯電不良に起因するカブリ画像の発生を効果的に抑制することができる。また、高価な表面電位センサーを用いることなく感光体ドラム５の表面電位を一定に維持できるため、画像形成装置１００の低コスト化にも寄与する。

また、本実施形態の表面電位調整制御においては、表面電位の調整精度を確保する上において、トナー電流を正確に測定することが重要であり、ＤＳ間に並列して配置されたキャパシタ５０ｉと、キャパシタ５０ｉと直列および並列に配列された抵抗５０ｈ、５０ｇとを有するトナー電流検出機構５０を用いることが特に有効である。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では二成分現像剤を担持する現像ローラー３０を備えた現像装置８について説明したが、これに限定されるものではなく、現像ローラー３０に二成分現像剤中のトナーのみを供給するトナー供給ローラーを備えた現像装置等の、二成分現像剤を用いる種々の現像装置を備えた画像形成装置に適用可能である。

また、トナー電流検出機構５０についても図３に示した本実施形態の構成に限定されるものではなく、ＤＳ間に流れるトナー電流を正確に測定可能な構成であれば他の構成を用いることもできる。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなモノクロプリンターを例に挙げて説明したが、モノクロプリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機、デジタル複合機、カラープリンター、ファクシミリ等の他の画像形成装置であってもよい。

本発明は、像担持体に接触する帯電部材を用いて像担持体を帯電させる接触帯電式の帯電装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、像担持体の表面電位を精度よく調整可能な画像形成装置を提供することができる。

４ 帯電装置
５ 感光体ドラム（像担持体）
６ 除電装置
７ 露光装置
８ 現像装置
１４ 転写ローラー
３０ 現像ローラー（現像剤担持体）
４１ 帯電ローラー（帯電部材）
４３ 帯電電圧電源
４４ 現像電圧電源
４５ 電圧制御部
５０ トナー電流検出機構
５０ｉ キャパシタ
５０ｇ 第１抵抗
５０ｈ 第２抵抗
５０ｋ 現像領域
７０ 記憶部
８０ 主制御部（制御部）
１００ 画像形成装置
Ａ 第１接続部
Ｂ 第２接続部
Ｃ トナー電流検出部

Claims (5)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   前記像担持体の表面に接触して前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
   前記帯電部材により帯電された前記像担持体を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、
   前記像担持体に対向配置され、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤中の前記トナーを担持する現像剤担持体を有し、前記像担持体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
   を含む画像形成部と、
   前記帯電部材に直流電圧を含む帯電電圧を印加する帯電電圧電源と、
   前記現像剤担持体に現像電圧を印加する現像電圧電源と、
   前記現像剤担持体に前記現像電圧を印加したときに前記現像剤担持体から前記像担持体に前記トナーが移動することにより流れるトナー電流を検出するトナー電流検出機構と、
   前記画像形成部、前記帯電電圧電源、および前記現像電圧電源を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、
   前記帯電部材に所定の第１帯電電圧Ｖ１を印加して前記像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させた後、前記露光装置による前記像担持体の露光を行わずに前記現像剤担持体に前記所定の表面電位よりも高い第１現像電圧を印加して前記像担持体の一定領域をバイアス現像したときに流れる前記トナー電流の第１積分値Ｉ１と、
   前記帯電部材に前記第１帯電電圧Ｖ１と異なる第２帯電電圧Ｖ２を印加して前記像担持体の表面を所定の表面電位に帯電させた後、前記露光装置による前記像担持体の露光を行わずに前記現像剤担持体に前記第１現像電圧を印加して前記像担持体の前記一定領域を前記バイアス現像したときに流れる前記トナー電流の第２積分値Ｉ２と、
   前記像担持体の表面を帯電させない状態で、前記像担持体との電位差が前記第１現像電圧と前記像担持体の目標電位との電位差となるような第２現像電圧を前記現像剤担持体に印加して前記像担持体の前記一定領域を前記バイアス現像したときに流れる前記トナー電流の基準積分値Ｉｓｔと、を検出し、
   前記第１帯電電圧Ｖ１、前記第２帯電電圧Ｖ２および前記第１積分値Ｉ１、前記第２積分値Ｉ２の関係に基づいて、前記トナー電流の積分値が前記基準積分値Ｉｓｔとなるときの帯電電圧Ｖを算出し、前記帯電電圧Ｖを前記像担持体の表面電位が前記目標電位となる帯電電圧として決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１帯電電圧Ｖ１および前記第２帯電電圧Ｖ２は、前記帯電部材に前記第１帯電電圧および前記第２帯電電圧を印加したときの前記像担持体の表面電位の一方が前記目標電位よりも低電位、他方が前記目標電位よりも高電位となるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤担持体への前記第１現像電圧および前記第２現像電圧の印加時間を一定にすることで前記バイアス現像を行う際の前記像担持体の前記一定領域を同一面積とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー電流検出機構は、
   前記現像剤担持体と前記像担持体との間の現像領域に並列に配置され、一端が前記現像剤担持体に接続されるとともに他端がグランドに接続されるキャパシタと、
   前記キャパシタに直列および並列に配置される複数の抵抗と、
   前記現像剤担持体と前記グランドとの間に流れる電流を検出する第１電流検出部と、前記像担持体と前記グランドとの間に流れる電流を検出する第２電流検出部と、を有し、前記第２電流検出部を流れる電流値から前記第１電流検出部を流れる電流値を差し引いた値を前記トナー電流として検出するトナー電流検出部と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体は、表面に前記感光層として有機感光層が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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