JP4336608B2 - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、被帯電体を帯電する帯電装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置では、感光体等の像担持体の表面を帯電する装置として、コロナ帯電器が広く用いられていた。コロナ帯電器は、その放電開口部が被帯電体に対向するように非接触に配設され、被帯電体表面を放電開口部からのコロナ電流にさらすことで所定の極性の所定の電位に帯電する。コロナ帯電器には、高電圧電源が必要、帯電効率が低い、コロナ放電によってオゾンや窒素酸化物等の放電生成物が大量に発生する、放電ワイヤが汚れやすい等の問題がある。

近年では、低消費電力、高帯電効率、放電生成物の発生量が少ないという特長を持った接触式帯電装置が実用化されている。これは、感光体等の被帯電体に対して導電性の帯電部材を接触させ、帯電部材に電圧を印加して被帯電体に対して放電を行わせて被帯電体表面を所定の電位に帯電させるものである。

なお、帯電部材を被帯電体に対して接触させず、帯電部材と被帯電体の間に放電現象を生じうる微小空隙を設けて非接触に対向配設して、帯電部材に所定の帯電バイアスを印加しても、帯電部材を被帯電体と接触させた場合と同様に帯電できる。

本発明は、上記のように帯電部材と被帯電体の間に放電現象を生じうる微小空気間隙を設けて非接触に対向配設する帯電方式も含む。

帯電部材は、ローラ型・ブレード型・ロッド型・ブラシ型などの形態とすることができる。この中で、帯電部材として導電性ローラを用いたローラ帯電方式は、安定して帯電できるため、多く用いられている。

接触式帯電装置には、帯電部材に対して、直流電圧を印加して被帯電体を帯電する「ＤＣ帯電方式」と、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加して被帯電体を帯電する「ＡＣ帯電方式」がある。

いずれの方式においても、帯電バイアスが印加された接触帯電部材により、被帯電体表面が所定の電位に帯電される。

このＡＣ帯電方式においては、帯電部材は、被帯電体と接触する接触領域と、この接触領域よりも被帯電体移動方向下流側で被帯電面との距離が大きくなっていく離間面領域とを具備し、直流電圧と交流電圧（ピーク間電圧は、帯電部材に直流電圧を印加して被帯電体の帯電が開始する電圧Ｖｔｈの２倍以上）を重畳した帯電バイアスを帯電部材に印加する。被帯電面と帯電部材の前記離間面領域との間に振動電界を形成することで、交流成分が被帯電面の帯電電位を均一にでき、被帯電体表面を所定の電位に収束させることができる。

交流電圧の波形として、しばしば正弦波が用いられるが、矩形波、三角波、パルス波でも良い。

ＡＣ帯電方式では、過剰な交流電圧を用いると、帯電部材と被帯電体との間に流れる交流放電電流が増える。その為、画像形成装置にあっては被帯電体である像担持体の削れ等の像担持体劣化を促進したり、放電生成物が像担持体に付着することによって高温高湿環境下で画像が流れる等の画像不良が発生する。

逆に、過小な交流電圧を用いると、帯電部材と被帯電体との間に流れる交流放電電流は減るが、画像形成装置にあっては砂地（局所的に過剰に放電することが原因の画像不良）や横スジ（被帯電体の長手方向に長く周方向に短い過剰な放電が原因の画像不良）等の局所的な画像不良が発生する。

この問題を解決するためには、被帯電体を均一に帯電できる必要最小限の交流電圧を用いて、帯電部材と被帯電体との間に流れる交流放電電流を最小限にする必要がある。

帯電部材に印加する交流電圧と、帯電部材と被帯電体との間に流れる交流放電電流の関係は一定ではなく、画像形成装置にあっては被帯電体である像担持体の抵抗や膜厚・誘電率等の状態、帯電部材の抵抗や誘電率・表面の汚れ具合等の状態、温度や湿度等の環境に依存する。以下で例を挙げる。

画像形成装置において被帯電体である像担持体の膜厚が減少すると、帯電部材に直流電圧を印加して像担持体の帯電が開始する電圧Ｖｔｈは、小さくなる。これに伴い、帯電部材と像担持体との間に交流放電電流が流れ始める電圧も小さくなる。

また、帯電開始電圧Ｖｔｈは、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境では大きくなり、高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境では小さくなる。これに伴い、帯電部材と像担持体との間に交流放電電流が流れ始める電圧も変化し、Ｌ／Ｌ環境では大きくなり、Ｈ／Ｈ環境では小さくなる。

そこで、これらの問題を解決するために、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一定に制御する「ＡＣ定電流制御方式」が提案されている。このＡＣ定電流制御方式を用いると、被帯電体である像担持体の膜厚が変化したり、温度や湿度等の環境が変化しても、交流放電電流の増減を小さくできる。

しかし、使用初期と比べると、出力枚数が増えるに従って、帯電部材に印加する交流電圧と、帯電部材と像担持体との間に流れる交流放電電流の関係は変化する。画像形成装置やプロセスカートリッジの使用初期から相当枚数出力後まで全ての条件を満足する交流電流値に設定すると、交流放電電流が増える。これにより、使用後半で、像担持体の削れが増加し、放電生成物が原因となる画像不良が発生する。

また、帯電部材の製造ばらつきや高電圧発生装置のばらつき等によって、交流放電電流が増減する。交流放電電流の増減を抑制するためには、像担持体の状態変化、帯電部材の状態変化、温度や湿度等の環境変化、及び個体差のばらつきに起因した変化を抑制しなくてはならない。これらの変化を抑制するためには、多大なコストが必要である。

そこで、これらの条件が変化しても交流放電電流を一定に保つ様々な制御が提案されている。

特許文献１では、帯電部材と被帯電体との間に流れる総交流電流を、帯電ニップ部を流れる交流電流（非放電成分）と、帯電部材と被帯電体の間の微小空隙を流れる交流放電電流（放電成分）とに分けて、交流放電電流が所定の範囲内に収まるように、帯電部材に印加する帯電バイアスを制御している。

特許文献２では、帯電部材に印加する交流電圧に同期を合わせた時間領域でみると、交流放電電流が発生する領域は電圧波形のピーク付近に限定されていることに着目している。そこで、電圧波形のピークになる位相で、電流波形の値を読み、所定の値になるようにＶｐｐを調整する。このように、全交流放電電流量と相関のある値を制御に使うことで、交流放電電流を制御している。

特許文献３では、少なくとも１点以上の、帯電部材に直流電圧を印加して被帯電体の帯電が開始する電圧Ｖｔｈの２倍未満のピーク間電圧を印加したときの交流電流値と、少なくとも２点以上のＶｔｈの２倍以上のピーク間電圧を印加したときの交流電流値を測定し、交流放電電流を求め、所定の値になるように制御する。

これらの提案のように、交流放電電流を所定の値に制御することにより、被帯電体である像担持体の状態変化、帯電部材の状態変化、温度や湿度等の環境変化、及び個体差のばらつきに依存せずに安定して被帯電体を帯電することができる。
特開平１０−２３２５３４号公報 特開２００１−３０５８３７号公報 特開２００１−２０１９２０号公報

しかし、これらの制御では、交流放電電流を極力小さく抑えるために、総交流電流に対して交流放電電流をかなり小さく設定している。このため、測定誤差が大きい。したがって、測定誤差が生じても、異常画像が発生せず、かつ被帯電体を均一に帯電するためには、交流放電電流を大きめに設定せざるを得ない。

これらの制御では測定誤差を減らすために、平均化処理が用いられているが、異常放電電流の測定精度向上のためには、長時間を要する。

また、これらの制御は、総交流放電電流または総交流放電電流に比例した値を制御しているため、局所的な帯電不良の原因となる過渡的な異常放電を検出できない。従って、画像形成装置においては帯電制御時に砂地や横スジ等の画像不良の原因となる局所的な帯電不良を検出できない。

本発明は上記課題を解決するものである。

本発明の目的は、像担持体等の被帯電体の状態変化、帯電部材の状態変化、温度や湿度等の環境変化、及び個体差のばらつきに依存せずに安定して被帯電体を帯電することである。

本発明の目的は、帯電部材に印加する帯電バイアスを決定する際の精度を向上することで、被帯電体を均一に帯電し、かつ帯電部材と被帯電体の間に流れる交流放電電流を従来の制御より小さくすることである。

本発明の目的は、制御に要する時間を短縮する。

本発明の目的は、局所的な帯電不良の発生を防止する。

本発明は下記の構成を特徴とする帯電装置である。

即ち、交流電圧を印加され被帯電体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段に交流電圧を印加した際に、前記帯電手段と前記被帯電体の間に流れる交流電流を測定する電流測定手段と、ｆｔ≧１００００（Ｈｚ）の特定周波数ｆｔを満たす交流電流を特定電流とした時、前記帯電手段にピーク間電圧の異なる複数の交流電圧を印加し、複数の交流電圧を印加した時に流れる複数の交流電流をそれぞれ測定し、測定される交流電流から特定電流抽出手段を用いて抽出される特定電流の最大瞬時電流、又は所定期間内の特定電流の発生数、又は所定期間内の特定電流の流れている時間、又は所定期間内の特定電流の時間積分値が所定値より少なくなるような交流電圧の中で、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を備え、且つピーク間電圧が一番小さい交流電圧に基づいて、前記被帯電体の画像形成領域を帯電する際に前記帯電手段に印加される交流電圧を制御する制御手段と、を有することを特徴とする帯電装置。

上記帯電装置を用いることで、被帯電体や帯電部材の状態変化、温度や湿度等の環境変化，固体差のばらつきによらず安定して被帯電体を帯電することができる。また必要最小限の放電しか発生せず、被帯電体を均一に帯電できる帯電バイアスを精度よく求めることができる。

以下、図面に添って、本発明の実施形態を説明する。

１）プリンタの構成
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施例の画像形成装置は電子写真方式のレーザビームプリンタである。

本画像形成装置は、像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には、帯電ローラ２、現像装置４、転写ローラ５、放電生成物や残トナー等を除去する異物除去手段であるクリーニング装置６が配設されており、現像装置４の上方には露光装置３が配設されている。また、感光ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップ部Ｎの転写材搬送方向の上流側には、転写ガイド７が配設されており、転写ニップ部Ｎの転写材搬送方向の下流側には、除電針８、搬送ガイド９、定着装置１０が配設されている。

感光ドラム１は、本実施例では負帯電の有機感光体で、アルミニウム製のドラム基体１ａ上に感光体層１ｂを有しており、所定の周速で矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。

接触帯電手段としての帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に回転自在に接触し、帯電バイアス電源１１から印加される帯電バイアス（この帯電バイアスについては後述する）によって感光ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する。

露光装置３は、不図示のレーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラーなどを備えており、レーザドライバに入力されるパーソナルコンピュータ（不図示）などからの画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光がレーザダイオードから出力され、高速回転するポリゴンミラーで前記レーザ光を走査し、反射ミラー３ａを介して感光ドラム１表面を画像露光Ｌすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。

現像装置４は、現像部位にて感光ドラム１表面とほぼ当接する回転自在な現像スリーブ４ａを備えており、現像バイアス電源１２から現像バイアスが印加された現像スリーブ４ａにより、現像部位にて感光ドラム１上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する。

転写ローラ５は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成し、転写バイアス電源１３から印加される転写バイアスにより、感光ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のトナー像を転写材Ｐに転写する。

クリーニング装置６は、クリーニングブレード６ａを有しており、転写後に感光ドラム１表面に残った転写残トナーをクリーニングブレード６ａによって除去する。

定着装置１０は、回転自在な定着ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂを有しており、定着ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着させる。

前露光装置１７は、帯電部上流で感光ドラムを露光し、帯電電位を０Ｖにする。

次に、上記画像形成装置による画像形成動作について説明する。

画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印方向に所定の周速で回転駆動され、帯電バイアスが印加された帯電ローラ２により表面が一様に帯電される。

そして、帯電された感光ドラム１上に露光装置３により画像露光Ｌが与えられて、パーソナルコンピュータ（不図示）などから入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。

そして、感光ドラム１上に形成された静電潜像に、現像部位にて感光ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４の現像スリーブ４ａにより、感光ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性に帯電されたトナーを付着させて、トナー像として顕像化する。

そして、感光ドラム１上のトナー像が感光ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップ部Ｎに到達すると、このタイミングに合わせて用紙などの転写材Ｐが転写ガイド７を介して転写ニップ部Ｎに搬送される。

そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ５により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材Ｐに感光ドラム１と転写ローラ５間に発生する静電力によって、感光ドラム１上のトナー像が転写される。

そして、トナー像が転写された転写材Ｐは除電針８で除電された後、搬送ガイド９を介して定着装置１０に搬送され、定着ローラ１０ａと加圧ローラ１０ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱加圧して熱定着した後に外部に排出され、一連の画像形成動作を終了する。

また、トナー像転写後の感光ドラム１表面に残留している転写残トナーは、クリーニング装置６のクリーニングブレード６ａによって除去されて回収される。

２）帯電装置の詳細な説明
Ａ）帯電ローラ２
接触帯電部材として帯電ローラ２を用いる。帯電ローラの概略構成図を図２に示す。芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂ、中間層２ｃ、表層２ｄを下から順次積層した３層構成である。下層２ｂは帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、中間層２ｃは帯電ローラ全体として均一な抵抗を得るための導電層であり、表層２ｄは感光ドラム１上にピンホール等の欠陥があってもリークが発生するのを防止するために設けている保護層である。

Ｂ）帯電装置
図３は帯電装置の概略構成図である。帯電バイアス電源１１から、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスが芯金２ａを介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光ドラム１の表面が所定の電位に帯電される。

帯電ローラ２に電圧を印加する帯電バイアス電源１１は、直流（ＤＣ）電源１１ａと交流（ＡＣ）電源１１ｂを有している。

電流測定手段である帯電電流測定回路１５は、感光ドラム１を介して帯電ローラ２に流れる帯電電流を測定する。この回路１５から下記の制御回路１４に測定された帯電電流を入力する。

帯電バイアス制御回路１４は、特定電流抽出手段である特定電流抽出回路１４ａ、統計処理回路１４ｂ、制御手段である電源制御回路１４ｃからなる。

特定電流抽出回路１４ａは、帯電電流測定回路１５から入力された電流情報から特定周波数を有する特定電流である特定周波数電流を抽出する機能を有する。本実施例において、特定周波数ｆｔは、ｆｔ≧１００００（Ｈｚ）又はｆｔ≧１０・ｆとしている。

統計処理回路１４ｂは、特定電流抽出回路１４ａから入力された特定周波数電流情報を所定の方法にしたがって統計処理し、電源制御回路１４ｃに命令する信号を出力する機能を有する。

電源制御回路１４ｃは、上記帯電バイアス電源１１のＤＣ電源１１ａとＡＣ電源１１ｂをオン・オフ制御して帯電ローラ２に直流電圧と交流電圧のどちらか、若しくはその両方の重畳電圧を印加するように制御する機能と、ＤＣ電源１１ｂから帯電ローラ２に印加する直流電圧と、ＡＣ電源１１ｂから帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧を制御する機能を有する。本実施例では、特定電流抽出回路１４ａから入力された特定周波数電流情報を統計処理回路１４ｂにおいて統計処理を行なってから電源制御回路に信号を出力しているが、直接特定周波数電流情報を電源制御回路に入力する構成をとることもできる。

これらの回路１４ａ・１４ｂ・１４ｃを統合した帯電バイアス制御回路１４は、帯電電流測定回路１５から入力された帯電電流情報を用いて、画像形成時の帯電プロセスにおいて帯電ローラ２に印加する、必要最小限しか放電せず帯電不良が発生しない交流電圧を制御する機能を有する。

１６は位相検出回路である。帯電バイアスの位相を検出する機能を有する。

１７は前露光装置である。帯電部上流で感光ドラムを露光し、帯電電位を０Ｖにする。特定周波数電流の最大瞬時電流が所定の値以上となる異常放電電流が発生する交流電圧が存在するように、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間に差を設ける機能を有する。異常放電電流については後述する。

Ｃ）帯電部材に印加する交流電圧の制御方法
Ｃ−１）異常放電電流の説明
本発明の発明者は、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラ２に印加する直流電圧の間に差が存在する時に、ある交流電圧を印加すると、交流電圧の一周期より立ち上がり時間及び時定数が十分に早い、言い換えれば交流電圧の周波数に対して非常に大きい周波数を有する特定周波数電流が発生することを発見した。そして、大きい特定周波数電流が発生すると、砂地や横スジ等の局所的な帯電不良が発生することも確認した。以下でその発生状況の詳細を説明する。

図３に示す通り、帯電電流測定回路１５を感光ドラム基体とグラウンドの間に設ける。帯電電流測定回路１５は、帯電ローラ２と比べて充分小さい負荷抵抗１ｋΩと、その負荷抵抗を流れる電流を測定する回路からなる。

帯電ローラ２に印加する帯電バイアスは、直流電圧：−６００Ｖと、交流電圧：周波数１ｋＨｚ・正弦波との重畳電圧であり、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを変化させる。その時の帯電電流波形の変化を調べた。

帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に差が存在しない場合の、帯電電流波形の平均値を図４に示す。交流電流のピーク間の値が小さいものから、Ｖｐｐを５００Ｖ、７５０Ｖ、１０００Ｖ、１２５０Ｖ、１５００Ｖ、１７５０Ｖ、２０００Ｖとした時の交流電流を示している。Ｖｐｐを５００Ｖ、７５０Ｖ、１０００Ｖ、１２５０Ｖ、１５００Ｖ、１７５０Ｖ、２０００Ｖと上昇するに従って、交流電流のピーク間の値も上昇する。あるＶｐｐから帯電電流波形の破線で囲った領域が歪みだし、交流放電電流が流れる。この場合、正負両極性ともに、同様な波形をしている。

図５に帯電ローラ２に印加する直流電圧を変化させた時の感光ドラム表面電位を示す。図から分かるように、この例では、帯電ローラ２に直流電圧を印加した時に感光ドラム１への放電が開始する電圧Ｖｔｈは−６００Ｖである。図４では、Ｖｐｐ＝２Ｖｔｈ以上となると交流放電電流が発生している事がわかる。

これに対して、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差が存在する場合の、帯電電流波形の平均値を図６に示す。

Ｖｐｐを５００Ｖ、７５０Ｖ、１０００Ｖ、１２５０Ｖ、１５００Ｖ、１７５０Ｖ、２０００Ｖと上昇するに従って、交流電流のピーク間の値も上昇する。あるＶｐｐから帯電電流波形の破線で囲った領域が歪みだし、交流放電電流が流れる。この場合、正極性側では図４の正極性側とほぼ同様に交流放電電流成分が増加しているのに対し、負極性側では交流放電電流発生直後の交流放電電流成分の波形が著しく歪んでいて、交流放電電流が増加するにつれて図４の負極性側とほぼ同様な波形になる。

そこで、交流放電が開始する付近のＶｐｐでは、非常に放電状態が不安定であると考え、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差を設けた状態で、Ｖｐｐを変化させて、平均せずに帯電電流波形を測定した。

図７から図１０に帯電電圧波形に同期を合わせた測定例を示す。図７はＶｐｐ８００Ｖ、図８はＶｐｐ１２００Ｖ、図９はＶｐｐ１４５０Ｖ、図１０はＶｐｐ１７００Ｖの実測例である。

図８と図９で特定周波数電流が発生している。それぞれ、帯電電圧波形に同期を合わせて一周期分測定した。一条件について３回測定してある。

図７から図１０に測定例を示した通り、Ｖｐｐを０Ｖから徐々に変化させると、始めは特定周波数電流が発生しないが、２Ｖｔｈ付近では特定周波数電流が発生し、更に高いＶｐｐでは特定周波数電流が発生していないことが分かる。この理由を以下に示す。

２Ｖｔｈ未満で交流放電電流が発生しない時には特定周波数電流も発生しない。

交流放電電流が小さい時には、放電量が過小な為、長手方向全体を均一に放電できず、または時間的に均一に放電できず、局所的な放電が起こりやすい不安定な状態になる。

交流放電電流が大きい時には、放電量が充分な為、長手方向全体を均一に放電でき、かつ時間的にも均一に放電でき、安定した放電が得られる。

ここでは、Ｖｐｐを変化させた例を挙げたが、交流電流の実効値Ｉａｃを変化させた場合も同様な結果が得られた。

次に、特定周波数電流の値が大きい場合画像形成を行なった際に画像不良が発生することがわかった。そこで特定周波数電流の中で、画像に影響をあたえる異常放電電流の特徴を以下で説明する。図２１に、図８の拡大図を示す。

本実施例では、特定周波数電流の立ち上がり時間は約０．３μｓ、時定数は約１μｓであり周波数は約１０×１０^６Ｈｚである。従って、印加した交流電圧の一周期１ｍｓより十分に早く、また交流電圧の周波数である１０×１０^３Ｈｚより大きい。

最大瞬時電流は、印加するＶｐｐによって異なり、各々の周期によって変化する。
本実施例では、交流電流の実効値より大きな最大瞬時電流を持った特定周波数電流が発生する交流電圧が存在した。一周期で複数回特定周波数電流が発生することもあった。

本実施例では、帯電部上流での像担持体表面電位が０Ｖで、帯電部材に印加する直流電圧が−６００Ｖの時には、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下ならば感光ドラム表面を均一に帯電でき、帯電に起因した画像不良が発生しない。しかし、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡより大きくなると、感光ドラムを均一に帯電することが出来ず、帯電に起因した画像不良が発生してしまう。そこで、この画像不良を起こしてしまう特定周波数電流を異常放電電流と定義する。

なお、帯電不良を生じない異常放電電流の最大瞬時電流は、適宜設定し直してもよい。例えば、画像形成領域を帯電する際の前記帯電手段に印加される直流電圧と前記被帯電体の間の電位差に基づき設定しなおしても良い。

図１１に、帯電部上流での感光ドラム表面電位が０Ｖで、帯電ローラ２に印加する直流電圧が変化した時の、特定周波数電流の最大瞬時電流が最大になる交流電圧条件における、異常放電電流の最大瞬時電流の変化を示す。帯電部上流での感光ドラム表面電位と帯電ローラ２に印加する直流電圧の差が変化した場合、著しく特定周波数電流の発生状況が変化することが分かる。これより、０Ｖから実際に帯電する電位Ｖｄに帯電する時に異常放電電流が発生するかどうかを精度よく確認するためには、帯電部上流での感光ドラム表面電位と帯電ローラ２に印加する直流電圧の差ΔＶがある程度以上必要であることが好ましい。

図１１の例では、ΔＶは４５０Ｖ以上であることが望ましい。ただし、ΔＶが４５０Ｖ未満でも十分に制御可能である。少なくとも異常放電電流の最大瞬時電流のＳＮ比が１以上となる異常放電電流が発生する交流電圧が存在するように、帯電部上流における像担持体表面電位と帯電部材に印加する直流電圧の間に差を設けることができればよい。

Ｃ−２）帯電部材に印加する交流電圧を決定する方法
図３に示す通り、帯電電流測定回路１５を感光ドラム基体とグランドの間に設ける。帯電電流測定回路１５は、帯電ローラ２と比べて充分小さい負荷抵抗１ｋΩと、その負荷抵抗を流れる電流を測定する回路からなる。

帯電部材に印加する帯電バイアスは、直流電圧：−６００Ｖと、交流電圧：周波数１ｋＨｚ・正弦波との重畳電圧であり、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを変化させる。

帯電部上流での感光ドラム表面電位と帯電ローラ２に印加する直流電圧の差が６００Ｖになるように、帯電部上流に前露光装置１７を付けて、帯電部上流での感光ドラム表面電位を０Ｖにする。帯電バイアス制御時に、前露光装置１７を点灯する。

本実施例では、異常放電電流の時定数τは約１μｓであるので、帯電電流測定回路１５のサンプリング周波数（サンプリングレート）ｆｓは、ナイキスト周波数２ＭＨｚ以上である必要がある。そこで、ｆｓ＝５ＭＨｚとした。

帯電電流測定回路１５は、特定周波数電流の発生を確認できるようにある値以上のスルーレートが必要である。そこで、帯電電流測定回路１５のスルーレートは、２０Ｖ／μｓとした。

Ｖｐｐを変化させた時の、特定周波数電流の最大瞬時電流変化を図１２に示す。

前述したように、本実施例では、帯電部上流での像担持体表面電位が０Ｖで、帯電部材に印加する直流電圧が−６００Ｖの時には、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下ならば感光ドラム表面を均一に帯電できる。よって、０．２ｍＡ以下の場合は画像不良に影響を与える異常放電電流が発生しておらず、０．２ｍＡより大きい場合は画像不良に影響を与える異常放電電流が発生していると言える。図１２から、Ｖｐｐが１２００Ｖ〜１４４０Ｖでは異常放電電流が発生していることがわかる。

このように、最大瞬時電流が０．２ｍＡより大きい異常放電電流が発生する第１の交流電圧である交流電圧Ｖａｃ１と、最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下となる異常放電電流が発生する第２の交流電圧である交流電圧Ｖａｃ２が存在する。ここで、第２の交流電圧のＶａｃ２に基づいて画像形成時における交流電圧の制御を行なえば画像不良に影響を与えることがないと言える。

図８と図９に示したとおり、帯電電圧波形に位相を合わせると、特定周波数電流が発生する時間領域は一定である。そこで、位相検出回路１６を用いて帯電電圧波形に位相を合わせて、一周期内で特定の時間領域内のみ帯電電流を測定して、特定周波数電流の発生の有無を確認する。

感光ドラム表面電位をＶ１、帯電ローラ２に印加する交流電圧をＶ２、帯電ローラ２に印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアスをＶ４、帯電ローラ２に印加する直流電圧をＶ３、帯電ローラ２に直流電圧を印加した時に感光ドラムが帯電し始める電圧をＶｔｈとすると、帯電ローラ２に印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアスに位相を合わせて、Ｖ２の位相がＶ３の極性側すなわちマイナス側にある時、かつ、Ｖ２が０Ｖから変化して最初に｜Ｖ１−Ｖ４｜＝Ｖｔｈとなる時間ｔ１の前後Δｔ（ここでは、Δｔ＝１００ｍｓ）の時間内のみ帯電電流を測定する。Δｔは印加された交流電圧の１／４周期分の時間以下（Δｔ≦１／（４＊ｆ））に設定することで、制御時間の短縮をしながら測定制度を向上させることができる。

これにより、突発的に発生するノイズ電流の影響を減らし、特定周波数電流の測定精度を向上することができる。

図３に示す帯電バイアス制御回路１４を説明する。特定電流抽出回路１４ａは、帯電電流測定回路１５から入力された帯電電流情報から特定周波数電流を抽出する機能を有する。

帯電電流測定回路１５からの出力を二つに分ける。一方の信号は、そのまま差分比較回路の入力Ａに入れ、他方の信号は、特定周波数を通さない低域通過フィルタ回路を通し、差分比較回路の入力Ｂへ入れる。これにより、特定周波数より周波数が低い非放電電流成分を除去することができる。なお、本実施例以外にも特定電流抽出回路は、帯電ローラに印加される交流電圧の周波数をｆ１、特定周波数電流の周波数をｆｔとした時、電流測定回路から得られた帯電電流情報からｆｔは通過させｆ１はカットできるようなフィルタ回路であればよい。当該フィルタ回路は複数のフィルタ回路を用いてもよい。

統計処理回路１４ｂは、特定電流抽出回路１４ａから入力された特定周波数電流情報を所定の方法にしたがって統計処理し、電源制御回路１４ｃに命令する信号を出力する機能を有する。

本実施例では、異常放電電流の発生を確認する制御変数として最大瞬時電流を用いた。ここでは、Ｖｐｐが２Ｖｔｈ以上かつ特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下となるＶｐｐを求める。本実施例では、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下ならば、即ち異常放電電流が発生していないならば、感光ドラム表面を均一に帯電でき、帯電に起因した画像不良が発生しないためである。

特定周波数電流の測定精度を向上するため、一つの交流電圧について、検出された電流の一周期を一回として、５回測定し、最大値と最小値を除き、残りの平均値を出した。

特定周波数電流の発生を判別する交流電圧条件を変化させた時、前回のピーク間電圧の大きさと次回のピーク間電圧の大きさの差分であるピーク間電圧のステップ間変化量は可変であり、ピーク間電圧のステップ間変化量の値がある閾値以下になったら、Ｖｐｐの変化を停止させる。その閾値を決める方法を以下に示す。

感光ドラム１、帯電ローラ２の回転周期はそれぞれ０．９４２ｓ、０．３７７ｓである。そこで、これらの回転周期よりも長い時間である１ｓの間測定した時に、測定時間中に検出した帯電電流の１周期ごとに０．２ｍＡより大きい異常放電電流が発生する任意の交流電圧のピーク間電圧をＶｐｐ９とする。測定時間中に０．２ｍＡより大きい異常放電電流が全く発生しない交流電圧の最小のピーク間電圧をＶｐｐ１０とする。測定時間中に１周期ごとに０．２ｍＡより大きい異常放電電流は発生しないが、一部の周期において０．２ｍＡより大きい異常放電電流が発生する交流電圧の最大のピーク間電圧をＶｐｐ１１とする。そして、Ｖｐｐ９＜Ｖｐｐ１１＜Ｖｐｐ１０を満たすとする。

この時、帯電制御時にＶｐｐを変化させた時の最小のステップ間変化ΔＶｍｉｎ（ピーク間電圧ステップ間変化量）は、｜Ｖｐｐ１０−Ｖｐｐ１１｜以下とならなければならない。これは、感光ドラム１、帯電ローラ２が回転することで帯電ニップを構成する条件が変わり、異常放電電流の発生状況が変わるためである。本例では、｜Ｖｐｐ１０−Ｖｐｐ１１｜＝３０Ｖであった。そこで、帯電バイアスに用いる最小限のＶｐｐを精度よく求めるため、Ｖｐｐを変化させる最小のステップ間変化ΔＶｍｉｎを１０Ｖとする。

Ｖｐｐを変化させて帯電バイアスに用いるＶｐｐを求める方法を以下に示す。帯電部材に印加する交流電圧において、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧をＶｐｐ、異常放電電流が発生する最小のピーク間電圧をＶｐｐ１、異常放電電流が発生する最大のピーク間電圧をＶｐｐ２、個体差、各環境、使用状態も含めて最小となる｜Ｖｐｐ１−Ｖｐｐ２｜をΔＷ１とする。

本実施例に用いた帯電ローラ２の製造ロットが異なる個体差、温度３２．５℃湿度８０％ＲＨ環境と温度１５℃湿度１０％ＲＨ環境の差、使用初期と使用後期の差を調べ、ΔＷ１を求めた。

ここで、ΔＷ１＞ΔＷ２を満たすΔＷ２を用いて、図１３に示す帯電バイアスに用いるＶｐｐを求めるフローチャートを実行する。

ここで、帯電部材に印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス条件の、Ｖｐｐを変化させるステップ間変化は、
ΔＷ２×２^−ｎ（ｎ＝０，１，２，３，・・・）
とする。

以下で、ある特定の感光ドラム１・帯電ローラ２・電子写真プリンタを用いた使用状態において、常に異常放電電流の最大瞬時電流が所定の値Ｉｓｐｉｋｅ以下となる最小のピーク間電圧Ｖｐｐ１（ピーク間電圧が一番小さい交流電圧）を求めるフローチャートの詳細を説明する。

図１３に帯電バイアスのＶｐｐを決めるフローチャートを示す。感光ドラム１・帯電ローラ２・電子写真装置本体を変えた時に、現在制御する帯電部構成におけるＨ／Ｈ環境でのＶｔｈの平均値Ｖｔｈ１をあらかじめ求める。どのような帯電条件においても、Ｖｐｐが２Ｖｔｈ１以上（放電開始電圧の２倍以上のピーク関電圧）で異常放電電流が発生する領域が存在するからである。

その平均値を帯電バイアス制御回路１４の統計処理回路１４ｂに保持する。

Ｖｐｐを変化させるステップ間変化決定因子ΔＷ２、Ｖｐｐを変化させる最小のステップ間変化ΔＶｍｉｎ、異常放電電流の最大瞬時電流を判別する閾値Ｉｓｐｉｋｅを設定する。

Ｖｐｐを変化させて異常放電電流を判別する各々のステップで、異常放電電流の最大瞬時電流の平均値がＩｓｐｉｋｅを超えるか否かを判別する。超える場合を１、超えない場合を０とする。

第ｉステップに判別する交流電圧のＶｐｐをＶｐｐ［ｉ］、第ｉステップ終了後までに１が出た回数をＮ［ｉ］、第ｉステップの出力値をＸ［ｉ］、初めて１が出力されたステップをｊとする。

すると、以下に示す論理式にしたがって、Ｖｐｐ［ｉ］を変化させる。

第１ステップ（ｉ＝１）では、Ｖｐｐ［１］＝２Ｖｔｈ１
第２ステップ（ｉ＝２）では、Ｖｐｐ［２］＝２Ｖｔｈ１＋ΔＷ２
第３ステップ以上（ｉ≧３）では、
Ｎ［ｉ−１］＝０ならば、Ｖｐｐ［ｉ］＝２Ｖｔｈ１＋（ｉ−１）＊ΔＷ２
Ｎ［ｉ−１］＝ｉ−ｊならば、Ｖｐｐ［ｉ］＝２Ｖｔｈ１＋（ｉ−１）＊ΔＷ２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝０ならば、
Ｖｐｐ［ｉ］＝Ｖｐｐ［ｉ−１］−｜Ｖｐｐ［ｉ−２］−Ｖｐｐ［ｉ−１］｜／２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝１ならば、
Ｖｐｐ［ｉ］＝Ｖｐｐ［ｉ−１］＋｜Ｖｐｐ［ｉ−２］−Ｖｐｐ［ｉ−１］｜／２
なお、各々のステップ終了後に、Ｖｐｐのステップ間変化分
｜Ｖｐｐ［ｉ−１］−Ｖｐｐ［ｉ］｜
とＶｐｐの最小ステップ間変化分ΔＶｍｉｎとの大小関係を判別し、上回っていたら次のステップに移行し、下回っていたらＶｐｐを変化させて異常放電電流を判別する帯電バイアス制御を終了する。

帯電バイアス制御終了時に、最後に出力値が０となったステップにおけるＶｐｐを、帯電部材に印加することができる交流電圧の最小ピーク間電圧Ｖｐｐ１とする。

実例を以下に示す。本実施例では、ΔＷ１＝２５０Ｖ、Ｖｔｈ１＝５５０Ｖであり、ΔＶｍｉｎ＝１０Ｖ、Ｉｓｐｉｋｅ＝０．２ｍＡとした。測定に正確を期す為、ΔＷ２＝２００Ｖとした。上記条件では、感光ドラム１、帯電ローラ２の回転周期よりも充分に長い時間の間、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下である最小のＶｐｐは１４７０．２Ｖであった。すると、図１４に示す通り、Ｖｐｐ１＝１４７５．０Ｖと求められた。なお、Ｖｐｐの最小単位は０．１Ｖである。

通常は、上記帯電バイアス制御で導きだしたＶｐｐ１に、安定に帯電する為の所定のオフセット電圧ΔＶｐｐを加えた値を、実際に帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧とする。オフセット電圧ΔＶｐｐは、異常放電電流の発生しない交流電圧を複数得た時には、当該複数の交流電圧のピーク間電圧の中で、最大のピーク間電圧Ｖｐｐｍａｘと最小のピーク間電圧Ｖｐｐｍｉｎの差以上であるようにしてもよい。

これは、感光ドラム１、帯電ローラ２の回転状態によって特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ前後で触れる領域が有り、測定誤差が生じる為である。適切なオフセット電圧ΔＶｐｐを設けると、感光ドラム１、帯電ローラ２の回転周期よりも充分に長い時間の間でも帯電不良が発生しなくなる。

上の例では、ΔＶｐｐ＝２０Ｖとして、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧を１４９０Ｖにして感光ドラム１を帯電したところ、均一に帯電でき良好な出力画像が得られた。

なお、ここで第１ステップから最終ステップまでにかかった時間は、
帯電電流１周期×５回測定×８ステップ
なので、４０ｍｓである。

Ｖｔｈ１は厳密な値である必要はなく、頻繁に設定し直す必要はない。ただし、個々の感光ドラム・帯電ローラ・電子写真プリンタを用いて実際の使用する条件でのＶｔｈ１を求めてもよい。

また、ΔＷ２も厳密な値である必要はなく、異常放電電流の発生状態を調べて、異常放電電流が発生するＶｐｐの幅より小さければ、経験に基づく値を使用しても差し支えない。

従って、帯電バイアス制御に使用する設定値が規定されていれば、Ｖｐｐを振って異常放電電流の発生状態を判別する時間のみで帯電バイアスを決定できる。このように、非常に短時間での帯電バイアス制御が可能である。

上記帯電制御方法を用いて帯電ローラに印加する交流電圧を決定することによって、温度や湿度等の環境変化や、帯電ローラや感光ドラムの抵抗構成・表面性・形状等の変化が発生しても、帯電不良なしに必要最小限しか放電しない交流電圧を求めることができる。実際に、使用後期において帯電ローラが汚れたり、通電時間が長期に渡ったり、感光ドラムの膜厚が削られて減耗しても、帯電不良なしに必要最小限しか放電しない交流電圧を求めることができた。

従来の帯電制御では、交流放電電流量または交流放電電流量に比例した値を所定の値に保つ為、帯電ローラの標準的なものに対して良好である設定値を定めていた。従って、製造ロット違い等の帯電部材個体差によって、必要最小限な交流放電電流量がばらつく場合、設定値が過剰であったり、過小であったりした。

また、帯電部材個体差を考慮して、被帯電体を安定に帯電する為に、必要最小限の交流放電電流量を過剰に設定したりした。

しかし、本実施例では、帯電部材個体差にも関わらず、帯電不良なしに必要最小限しか放電しない交流電圧を求めることができた。

また、従来の制御では、交流放電電流量を極力小さく抑えるために、総交流電流量に対して交流放電電流量をかなり小さく設定している。このため、測定誤差が大きい。測定誤差が生じても、帯電不良が発生せず、かつ被帯電体を均一に帯電するためには、交流放電電流量を大きめに取らざるを得ない。これに対して本実施例では、交流電流の実効値より小さい所定の最大瞬時電流を持つ特定周波数電流から異常放電電流の発生の有無を制御している為、精度よく帯電不良なしに必要最小限しか放電しない交流電圧を求めることができる。

従来の制御では測定誤差を減らすために、平均化処理が用いられているが、異常放電電流の測定精度向上のためには、長時間を要する。これに対して、本実施例では、図１４に示した例の通り、非常に短時間で終了する。

従来の制御は交流放電電流量を制御しているため、局所的な帯電不良の原因となる過渡的な異常放電を検出できない。従って、局所的な帯電不良が原因となる砂地や横スジ等の画像不良が発生することがあった。これに対して、本発明では、局所的な帯電不良の原因となる異常放電電流の発生の有無を用いて制御しているので、局所的な帯電不良が原因となる砂地や横スジ等の画像不良の発生を防止できる。また、長手方向のどの領域で異常放電電流が発生しても検出できるので、長手方向全領域に渡って局所的な帯電不良が原因となる砂地や横スジ等の画像不良の発生を防止できる。

Ｃ−３）実施例の補足
本実施例では、帯電電流測定回路１５を備えているが、帯電電流を積分する回路を備えていない。交流電流の実効値を出力する等の、帯電電流積分回路を備えていてもよい。

図３に示した通り、本実施例では帯電電流測定回路１５を感光ドラム基体とグランドの間に設けた。しかし、帯電電流を測定する位置を限定するものではなく、帯電電流を測定できるならば、測定位置を問わない。例えば、帯電バイアス電源１１と、帯電ローラ２の間に帯電電流測定回路１５を配置してもよい。また、帯電電流測定に用いる負荷は、帯電ローラの負荷と比べて充分に小さいならばどのような負荷でもよい。

帯電ローラ２に印加する帯電バイアスの直流電圧、及び交流電圧の周波数、波形を限定するものではない。
本実施例では周波数を１ｋＨｚにしたが、良好な帯電均一性を得る為に、感光ドラムのプロセススピード（周方向に回転する速さ）に合わせて周波数を変化させてもよい。

本実施例では正弦波を用いたが、矩形波、三角波、ノコギリ波、パルス波等、他の波形を用いてもよい。

本実施例では、帯電バイアスを決定する際に変化する量として交流電圧のピーク間電圧を用いたが、限定するものではない。例えば、交流電圧の周波数や、波形を変化させてもよい。

感光ドラム１・帯電ローラ２構成の個体差が極端に変化しないならば、Ｈ／Ｈ環境、または、Ｌ／Ｌ環境における、帯電ローラ２に直流電圧を印加した時に感光ドラム１への放電が開始する電圧Ｖｔｈは、既定値であってもよい。

また、Ｖｔｈを求める手段を備えていてもよい。例えば、直流電圧を印加した時の直流帯電電流を測定できる装置を備えていれば、直流電圧を印加した時に感光ドラムへの放電が開始する電圧から急激に直流帯電電流が増加するので、Ｖｔｈを求めることができる。

本実施例では、異常放電電流の立ち上がり時間は約０．３μｓであったが、帯電ニップ全体の構成や状態から異常放電電流の立ち上がり時間が決まることが経験的に分かっている。そこで、様々な層構成・抵抗分布を持った被帯電体や帯電部材についても同様に、異常放電電流の立ち上がり時間を測定したところ、異常放電電流の立ち上がり時間をτ、帯電部材に印加する交流電圧の周波数をｆとすると、
τ≦１００μｓもしくはτ≦１／（１０×ｆ）
を満たすことが分かった。周波数になおすと、異常放電電流の周波数をｆｔ、帯電部材に印加する交流電圧のｆｔ≧１００００（Ｈｚ）又はｆｔ≧１０・ｆとなる。

一般に、周波数ｆＨｚの信号を捕らえる為には、ナイキスト周波数２ｆＨｚ以上でサンプリングしなければならない。従って、帯電電流を測定するサンプリング周波数をｆｓ、異常放電電流の時定数をτとすると、
ｆｓ＞２／τ
を満たすように設定する必要がある。よって、周波数になおすと、異常放電電流の周波数をｆｔとして、ｆｓ＞２ｆｔを満たすようにする必要がある。

本実施例では、異常放電電流の時定数τは約１μｓであるので、帯電電流測定回路のサンプリング周波数ｆｓは、ナイキスト周波数２ＭＨｚ以上である、ｆｓ＝５ＭＨｚを用いた。

帯電部材に印加する帯電バイアス及び帯電ニップ全体の構成や状態から異常放電電流の時定数τが決まることが経験的に分かっている。特に、帯電部材や被帯電体の抵抗構成・表面性・形状の影響が大きい。そこで、様々な帯電バイアスや、様々な層構成・抵抗分布を持った帯電部材や被帯電体についても同様に、異常放電電流の時定数τを測定したところ、０．０１μｓから１００μｓの間に分布していることが分かった。ただし、ほとんどの測定例では、０．１μｓから１０μｓの間に分布している。従って、少なくとも０．０２ＭＨｚ以上のサンプリング周波数を必要とする。

なお、温度や湿度等の環境変化や、帯電ローラの表面の汚れ状態変化による異常放電電流の時定数変化は小さい。

これらの事実より、標準的な帯電バイアス及び帯電ニップ全体の構成について、異常放電電流の時定数τを測定しておき、それに合わせてサンプリング周波数を決めて、使用の初期から最後まで一定としてもよい。各々の帯電ニップ全体の構成について、使用初期に異常放電電流の時定数τを測定し、その時定数に合わせて帯電電流測定回路のサンプリング周波数を決めてもよい。また、帯電バイアスや被帯電体・帯電部材の個体差を考えても充分に早い帯電電流測定回路のサンプリング周波数を用いてもよい。

帯電電流測定回路は、異常放電電流の発生を確認できるように、所定の値以上のスルーレートが必要である。本実施例では、帯電電流測定回路１５のスルーレートは、２０Ｖ／μｓである。帯電電流測定回路のスルーレートは上記の値に限定するものではなく、異常放電電流の時定数τに合わせて変化してもよい。

例えば、異常放電電流の時定数をτ、帯電電流測定回路のスルーレートをＴとすると、少なくともＴ×τ≧１を満たすスルーレートならば、異常放電電流の発生状況を確認できる。異常放電電流の周波数をｆｔとした場合はＴ／ｆｔ≧１を満たすスルーレートＴとなる。この場合、異常放電電流の時定数τは０．０１μｓから１００μｓの間に分布しているので、スルーレートは少なくとも１０Ｖ／ｍｓ以上でなければならない。

異常放電電流の最大瞬時電流が所定の値以下かどうかを確認できるならば、どのようなスルーレートでもよい。

ただし、帯電電流測定回路のスルーレートによって、被帯電体を均一に帯電でき、かつ出力画像に影響が出ない異常放電電流の最大瞬時電流は異なる。異常放電電流の時定数τが１μｓの時には、スルーレートが充分に早い時に画像に影響が出ない異常放電電流の最大瞬時電流は０．２ｍＡ以下であるので、スルーレートが遅い帯電電流測定回路を用いる場合では、この値に合わせて校正する必要がある。

すなわち、時定数１μｓ、最大瞬時電流０．２ｍＡの異常放電電流が帯電電流測定回路に入力された時、最大瞬時電流がいくらになるかを確認する必要がある。

帯電電圧波形に同期を合わせると、異常放電電流が発生する時間領域は一定である。そこで、帯電電流を測定する時間を異常放電電流が発生する時間領域を含む一定期間に限定すると異常放電電流の測定精度が高くなる。

本実施例以外でも、帯電電流を測定する時間を異常放電電流が発生する時間領域を含む一定期間に限定する方法ならば、どのような方法でもよい。

帯電電流から異常放電電流を抽出できる電気回路ならば、どのような電気回路でもよい。以下に他の例を示す。

帯電電流測定回路からの出力信号を二つに分け、一方の信号は、異常放電電流を通すがそれ以上の高周波成分を通さない低域通過フィルタ回路Ａを通し、差分比較回路の入力Ａに入れ、他方の信号は、異常放電電流を通さない低域通過フィルタ回路Ｂを通し、差分比較回路の入力Ｂへ入れる。これにより、帯電電流測定回路からの出力信号に乗っていた高周波ノイズを除去できる。

次の例を挙げる。帯電電流測定回路からの出力信号を、帯電ローラに印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアスに同期を合わせて、各々の周期について平均化する帯電電流平均化装置を設ける。帯電電流測定回路からの出力信号を差分比較回路の入力Ａに入れ、帯電電流平均化装置からの出力信号を差分比較回路の入力Ｂに入れる。これにより、帯電電流から異常放電電流を抽出できる。この異常放電電流が所定の値以下になるように電源制御回路で適当な電圧を印加するような構成にしてもよい。この場合は、周波数によるフィルタ回路を設ける必要がない。

なお、感光ドラムや帯電ローラの回転に伴い、交流電流は経時変化する。従って、上記差分比較回路から求められる電流には閾値を設けることが望ましい。

本実施例のように、異常放電電流の発生を見積もる制御変数として最大瞬時電流を用い、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の差（−６００Ｖ）が大きく、交流電流の実効値と同程度以上の最大瞬時電流が発生する場合では、上記電気回路の閾値として、感光ドラム・帯電ローラが回転して交流電流の実効値が変動する量と同程度かそれ以上を用いることが望ましい。これにより、精度よく異常放電電流の最大瞬時電流を測定できる。

本実施例では、画像形成に影響を与える異常放電電流の発生を見積もる制御変数として最大瞬時電流を用いたが、異常放電電流の発生を見積もることができるならばどのような制御変数でもよい。例えば、最大瞬時電流が所定の閾値以上の異常放電電流発生数や、所定の閾値以上に異常放電電流が流れている時間、所定の閾値以上に流れている異常放電電流の時間積分値（総電荷量）、交流放電電流が発生する一定の時間内（所定期間内）における交流放電電流の標準偏差等が挙げられる。

Ｖｐｐを変化させた時の、最大瞬時電流が０．２ｍＡ以上の異常放電電流発生数変化の実測例を図１５に示す。

Ｖｐｐを変化させた時の、瞬時電流０．２ｍＡ以上の異常放電電流が流れている時間変化を示す実測例を図１６に示す。

Ｖｐｐを変化させた時の、瞬時電流０．２ｍＡ以上で流れている異常放電電流の時間積分値変化を示す実測例を図１７に示す。

Ｖｐｐを変化させた時の、交流放電電流が発生する一定の時間内における交流放電電流の標準偏差変化を示す実測例を図１８に示す。

図１５から図１８では、各交流電圧条件について、一周期を１回として５回測定し、最大値と最小値を除き、残りの平均値を求めた。

これらの図から分かるように、最大瞬時電流の場合とほぼ同様で、異常放電電流の発生状況を見積もることができる。よって、最大瞬時電流の代わりとして異常放電の発生数、発生時間、時間積分値等を用いることも可能である。

本実施例では、異常放電電流の測定精度を向上するため、一つの交流電圧条件について、交流電圧の一周期を一回として、５回測定し、最大値と最小値を除き、残りの平均値を出した。しかし、測定方法や測定回数、統計方法は必ずしもこの限りではない。例えば、複数周期に渡る測定（交流電圧の１周期以上の時間で測定）を一回としてもいいし測定値全てについて平均してもよい。異常放電電流の発生状況が周期ごとに毎回異なることをおりこんで帯電制御するのに充分な精度ならば、どのような方法を取ってもよい。

本実施例では、交流電圧条件を変化させた時に、Ｖｐｐを変化させるステップ間変化が、ある閾値以下になったら、帯電バイアス制御を停止させるとした。その閾値の上限を決める制御は、必ずしも帯電制御ごとに実行しなくてもよい。被帯電体や帯電部材等の回転による閾値の上限変化は、使用状況や使用時間による変化ではそれほど大きく変化しない為である。また、本実施例の制御によらず、経験的に上記閾値を決めてもよい。

本実施例では、図１３に示した帯電バイアス制御の通り、Ｖｐｐ変化の際の初期値としてＨ／Ｈの２Ｖｔｈを用いたが、この初期値に限定するものではない。例えば、Ｌ／Ｌの２Ｖｔｈを初期値として用いる例を以下に示す。

感光ドラム１・帯電ローラ２・電子写真装置本体を変えた時に、現在制御する帯電部構成におけるＬ／Ｌ環境でのＶｔｈの平均値Ｖｔｈ２をあらかじめ求める。

どのような帯電条件においても、Ｖｐｐが２Ｖｔｈ２以下で異常放電電流が発生する領域が存在するからである。

その平均値を帯電バイアス制御回路１４の統計処理回路１４ｂに保持する。

Ｖｐｐを変化させるステップ間変化決定因子ΔＷ２、Ｖｐｐを変化させる最小のステップ間変化ΔＶｍｉｎ、異常放電電流の最大瞬時電流を判別する閾値Ｉｓｐｉｋｅを設定する。

Ｖｐｐを変化させて異常放電電流を判別する各々のステップで、異常放電電流の最大瞬時電流の平均値がＩｓｐｉｋｅを超えるか否かを判別する。超える場合を１、超えない場合を０とする。

第ｉステップに判別する交流電圧のＶｐｐをＶｐｐ［ｉ］、第ｉステップ終了後までに１が出た回数をＮ［ｉ］、第ｉステップの出力値をＸ［ｉ］、初めて１が出力されたステップをｊとする。

すると、以下に示す論理式にしたがって、Ｖｐｐ［ｉ］を変化させる。

第１ステップ（ｉ＝１）では、Ｖｐｐ［１］＝２Ｖｔｈ２
第２ステップ（ｉ＝２）では、Ｖｐｐ［２］＝２Ｖｔｈ２−ΔＷ２
第３ステップ以上（ｉ≧３）では、
Ｎ［ｉ−１］＝０ならば、Ｖｐｐ［ｉ］＝２Ｖｔｈ２−（ｉ−１）＊ΔＷ２
Ｎ［ｉ−１］＝ｉ−ｊならば、Ｖｐｐ［ｉ］＝２Ｖｔｈ２−（ｉ−１）＊ΔＷ２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝０ならば、
Ｖｐｐ［ｉ］＝Ｖｐｐ［ｉ−１］＋｜Ｖｐｐ［ｉ−２］−Ｖｐｐ［ｉ−１］｜／２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝１ならば、
Ｖｐｐ［ｉ］＝Ｖｐｐ［ｉ−１］−｜Ｖｐｐ［ｉ−２］−Ｖｐｐ［ｉ−１］｜／２
なお、各々のステップ終了後に、Ｖｐｐのステップ間変化分
｜Ｖｐｐ［ｉ−１］−Ｖｐｐ［ｉ］｜
とＶｐｐの最小ステップ間変化分ΔＶｍｉｎとの大小関係を判別し、上回っていたら次のステップに移行し、下回っていたらＶｐｐを変化させて異常放電電流を判別する帯電バイアス制御を終了する。
帯電バイアス制御終了時に、最後に出力値が０となったステップにおけるＶｐｐを、帯電部材に印加することができる交流電圧の最小ピーク間電圧Ｖｐｐ１とする。

本実施例では、図１３に示した帯電バイアス制御の通り、Ｖｐｐを変化させて帯電に用いることができる最小のＶｐｐを求めた。帯電部材に印加する交流電圧を求める方法はこの限りではなく、最小限しか放電せず帯電不良が発生しない最小のＶｐｐを求める方法ならば、どのような方法でもよい。

帯電部材に印加する帯電バイアス及び帯電ニップ全体の構成や状態、電子写真装置の構成や状態によって、帯電不良を生じない異常放電電流の最大瞬時電流はほとんど変化しない。しかし、各々の帯電条件ごとに、適宜帯電不良を生じない異常放電電流の最大瞬時電流を設定してよい。

本実施例で説明した帯電部材に印加する交流電圧を求める帯電バイアス制御は、通常は、帯電開始一周目等の前回転時や、複数枚数画像出力中の紙間時等の非画像形成時において実行する。特に、現像用・転写用等の他の高圧電源から発生するノイズが、帯電ローラに印加する交流電圧を求める電気回路に影響を与えることを避ける為、現像用・転写用等の他の高圧電源が動作していない時に帯電バイアス制御を実行することが望ましい。ただし、非画像形成時に限定するものではなく、画像形成時に実行してもよい。

本実施例では、帯電部材の形状・抵抗構成として、３層構成の帯電ローラの例を挙げたが限定するものではない。

例えば、帯電部材として、複層構成の導電性ブレード・ブラシを用いてもよい。

実際に、上記条件を満たすかどうかは、電子写真装置のプロセススピードと、帯電部上流及び下流で放電する領域の広さと関係している。

本実施例では、帯電部材が被帯電体に接触している例を挙げたが、非接触であってもよい。

温度３２．５℃湿度８０％ＲＨの環境下で、クリーニング装置をつけずに感光ドラムから放電生成物を除去できない状態では、放電生成物が感光ドラムに付着していない初期の状態と比べて、異常放電電流の最大瞬時電流がかなり小さくなった。ただし、この状態の感光ドラムを用いて出力した画像では、感光ドラム表面抵抗が低下していた為に、著しい画像流れが発生した。感光ドラム表面に過剰に放電生成物が付着していなく、画像不良が発生しない使用条件では、交流電圧条件を変化させると必ず異常放電電流の発生が確認された。

そこで、被帯電体表面に過剰に放電生成物が付着することで異常放電電流が発生しなくなることを避ける為、被帯電体表面から放電生成物を除去する手段として、クリーニング装置をつけてもよい。

本実施例では、画像形成装置例として電子写真方式のプリンタを挙げたが、これに限定するものではない。像担持体を帯電して画像形成する画像形成装置ならばどのようなものでもよい。例えば、静電記録装置が挙げられる。

実施例１では、帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを変化させた。それに対して、実施例２では、交流電流の実効値Ｉａｃを変化させる。本実施例では、ＡＣ電源１１ｂは、交流電流の実効値を固定する機能を備える。

また、電源制御回路１４ｃは、上記帯電バイアス電源１１のＤＣ電源１１ａとＡＣ電源１１ｂをオン・オフ制御して帯電ローラ２に直流電圧と交流電圧のどちらか、若しくはその両方の重畳電圧を印加するように制御する機能と、ＤＣ電源１１ａから帯電ローラ２に印加する直流電圧と、ＡＣ電源１１ｂから帯電ローラ２に交流電圧を印加した時に流れる交流電流の実効値を制御する機能を有する。

実例として、実施例１と同様な感光ドラム１、帯電ローラ２、電子写真プリンタ、帯電電流測定回路１５、位相検出回路１６、前露光装置１７の例を挙げる。

帯電部材に印加する帯電バイアスは、直流電圧Ｖｄｃ：−６００Ｖと、交流電圧：周波数ｆ１ｋＨｚの正弦波との重畳電圧であり、交流電圧の交流電流の実効値Ｉａｃを変化させる。

この場合、ＩａｃはＶｐｐに一対一に対応している。従って、実施例１と同様な帯電バイアス制御で、Ｉａｃが求められ、その値から帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧が決定される。

以下で、交流電流の実効値Ｉａｃを変化させて、帯電不良なしに必要最小限しか放電しない交流電圧を求める方法を示す。

異常放電電流の発生状況、異常放電電流の測定方法・統計処理方法は実施例１と同様である。特定周波数ｆｔは、ｆｔ≧１００００（Ｈｚ）又はｆｔ≧１０・ｆとしており、特定周波数電流の瞬時電流が０．２ｍＡより大きい場合は画像に影響を与える異常放電電流が発生しているとした。

異常放電電流の発生を判別する交流バイアス条件を変化させた時のＩａｃ変化分が、ある閾値以下になったら、Ｉａｃの変化を停止させる。その閾値を決める方法を以下に示す。

感光ドラム１、帯電ローラ２の回転周期はそれぞれ０．９４２ｓ、０．３７７ｓである。そこで、これらの回転周期よりも長い時間である１ｓの間測定した時に、測定時間中に周期ごとに異常放電電流が発生する任意の交流電流の実効値をＩａｃ９、異常放電電流が全く発生しない交流電流の実効値をＩａｃ１０、一部の周期のみ異常放電電流が発生しない交流電流の実効値をＩａｃ１１とし、Ｉａｃ９＜Ｉａｃ１１＜Ｉａｃ１０を満たすとする。

この時、帯電制御時にＩａｃを変化させた時の最小のステップ間変化ΔＩｍｉｎは、｜Ｉａｃ１０−Ｉａｃ１１｜以下とならなければならない。これは、感光ドラム１、帯電ローラ２が回転することで帯電ニップを構成する条件が変わり、異常放電電流の発生状況が変わるためである。本例では、｜Ｉａｃ１０−Ｉａｃ１１｜＝０．０１４５ｍＡであった。そこで、帯電バイアスに用いる最小限のＩａｃを精度よく求めるため、Ｉａｃを変化させる最小のステップ間変化ΔＩｍｉｎを０．００５ｍＡとする。

Ｉａｃを変化させて帯電バイアスに用いるＩａｃを求める方法を以下に示す。帯電部材に印加する交流バイアスにおいて、交流電流の実効値をＩａｃ、異常放電電流が発生する最小のピーク間電圧をＩａｃ１、異常放電電流が発生する最大のピーク間電圧をＩａｃ２、個体差、各環境、使用状態も含めて最小となる｜Ｉａｃ２−Ｉａｃ１｜をΔＩ１とする。

本実施例に用いた帯電ローラ２の製造ロットが異なる個体差、温度３２．５℃湿度８０％ＲＨ環境と温度１５℃湿度１０％ＲＨ環境の差、使用初期と使用後期の差を調べ、ΔＩ１を求めた。

ここで、ΔＩ１＞ΔＩ２を満たすΔＩ２を用いて、図１９に示す帯電バイアスに用いるＩａｃを求めるフローチャートを実行する。

ここで、帯電部材に印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス条件の、Ｉａｃを変化させるステップ間変化は、
ΔＩ２×２^−ｎ（ｎ＝０，１，２，３，・・・）
とする。

以下で、ある特定の感光ドラム１・帯電ローラ２・電子写真プリンタを用いた使用状態において、常に異常放電電流の最大瞬時電流が所定の値Ｉｓｐｉｋｅ以下となる最小の交流電流の実効値Ｉａｃ１を求めるフローチャートの詳細を説明する。

図１９に帯電バイアスのＩａｃを決めるフローチャートを示す。

感光ドラム・帯電ローラ・電子写真装置本体を変えた時に、現在制御する帯電部構成におけるＨ／Ｈ環境でのＶｔｈの平均値Ｖｔｈ１をあらかじめ求める。

Ｖｐｐ＝２Ｖｔｈ１の時に流れる交流電流の実効値をＩｔｈ１とする。どのような帯電条件においても、ＩａｃがＩｔｈ１以上で異常放電電流が発生する領域が存在するからである。

Ｉｔｈ１を帯電バイアス制御回路１４の統計処理回路１４ｂに保持する。

Ｉａｃを変化させるステップ間変化決定因子ΔＩ２、Ｉａｃを変化させる最小のステップ間変化ΔＩｍｉｎ、異常放電電流の発生を特定周波数電流の最大瞬時電流をもとに判別する閾値Ｉｓｐｉｋｅを設定する。本実施例では０．２ｍＡより大きい電流が流れた時に異常放電電流が発生しているとしている。

Ｉａｃを変化させて異常放電電流を判別する各々のステップで、異常放電電流の最大瞬時電流の平均値がＩｓｐｉｋｅを超えるか否かを判別する。超える場合を１、超えない場合を０とする。

第ｉステップに判別する交流電圧のＩａｃをＩａｃ［ｉ］、第ｉステップ終了後までに１が出た回数をＮ［ｉ］、第ｉステップの出力値をＸ［ｉ］、初めて１が出力されたステップをｊとする。

すると、以下に示す論理式にしたがって、Ｉａｃ［ｉ］を変化させる。

第１ステップ（ｉ＝１）では、Ｉａｃ［１］＝Ｉｔｈ１
第２ステップ（ｉ＝２）では、Ｉａｃ［２］＝Ｉｔｈ１＋ΔＩ２
第３ステップ以上（ｉ≧３）では、
Ｎ［ｉ−１］＝０ならば、Ｉａｃ［ｉ］＝Ｉｔｈ１＋（ｉ−１）＊ΔＩ２
Ｎ［ｉ−１］＝ｉ−ｊならば、Ｉａｃ［ｉ］＝Ｉｔｈ１＋（ｉ−１）＊ΔＩ２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝０ならば、
Ｉａｃ［ｉ］＝Ｉａｃ［ｉ−１］−｜Ｉａｃ［ｉ−２］−Ｉａｃ［ｉ−１］｜／２
０＜Ｎ［ｉ−１］＜ｉ−ｊかつＸ［ｉ−１］＝１ならば、
Ｉａｃ［ｉ］＝Ｉａｃ［ｉ−１］＋｜Ｉａｃ［ｉ−２］−Ｉａｃ［ｉ−１］｜／２
なお、各々のステップ終了後に、Ｉａｃのステップ間変化分
｜Ｉａｃ［ｉ−１］−Ｉａｃ［ｉ］｜
とＩａｃの最小ステップ間変化分ΔＩｍｉｎとの大小関係を判別し、上回っていたら次のステップに移行し、下回っていたらＩａｃを変化させて異常放電電流を判別する帯電バイアス制御を終了する。

帯電バイアス制御終了時に、最後に出力値が０となったステップにおけるＩａｃを帯電部材に印加することができる交流電圧の最小ピーク間電圧Ｉａｃ１とする。

実例を以下に示す。本実施例では、ΔＩ１＝０．１２１ｍＡ、Ｉｔｈ１＝０．５１０ｍＡであり、ΔＩｍｉｎ＝０．００５ｍＡ、Ｉｓｐｉｋｅ＝０．２ｍＡとした。測定に正確を期す為、ΔＩ２＝０．１００ｍＡとした。

上記条件では、感光ドラム、帯電ローラの回転周期よりも充分に長い時間の間、異常放電電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下である最小のＩａｃは０．７２９５Ｖであった。すると、図２０に示す通り、Ｉａｃ１＝０．７３１９ｍＡと求められた。なお、Ｉａｃの最小単位は、０．０００１ｍＡである。

通常は、上記帯電バイアス制御で導きだしたＩａｃ１に、安定に帯電する為のオフセット電圧ΔＩａｃ１を加えた値を、実際に帯電部材に印加する交流電流の実効値とする。

これは、感光ドラム１、帯電ローラ２の回転状態によって異常放電電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ前後で触れる領域が有り、測定誤差が生じる為である。適切なオフセット電流ΔＩａｃ１を設けると、感光ドラム１、帯電ローラ２の回転周期よりも充分に長い時間の間でも帯電不良が発生しなくなる。

上の例では、ΔＩａｃ１＝０．０１０ｍＡとして、交流電流の実効値を０．７４０ｍＡにして感光ドラム１を帯電したところ、均一に帯電でき良好な出力画像が得られた。

このようにして、交流電流の実効値を用いても帯電バイアスを決定することができる。

Ｉｔｈ１は厳密な値である必要はなく、頻繁に設定し直す必要はない。ただし、個々の感光ドラム・帯電ローラ・電子写真プリンタを用いて実際の使用する条件でのＩｔｈ１を求めてもよい。

また、ΔＩ２も厳密な値である必要はなく、異常放電電流の発生状態を調べて、異常放電電流が発生するＩａｃの幅より小さければ、経験に基づく値を使用しても差し支えない。

従って、帯電バイアス制御に使用する設定値が規定されていれば、Ｉａｃを振って異常放電電流の発生状態を判別する時間のみで帯電バイアスを決定できる。このように、非常に短時間での帯電バイアス制御が可能である。

本実施例では、帯電制御時の帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差ΔＶが小さい時に、交流電圧のＶｐｐを変化させて、帯電バイアスを決定する例を示す。

交流電圧のＶｐｐを変化させて、帯電バイアスを決定する。

画像形成時の感光ドラム帯電電位をＶｄ、交流電流の実効値をＩａｃ、全ての交流電圧条件の中で最大の異常放電電流の最大瞬時電流をＩｓｐとし、場合分けをして各々の例について説明する。

実例として、実施例１と同様な感光ドラム１、帯電ローラ２、電子写真プリンタ、帯電バイアス制御回路１４、帯電電流測定回路１５、位相検出回路１６、前露光装置１７の例を挙げる。

１）帯電制御時において、ΔＶ＜｜Ｖｄ｜かつＩａｃ＜Ｉｓｐの場合
この条件では、ほぼ実施例１と同様な制御で帯電ローラに印加する交流電圧を決定できる。

図１１から分かるように、Ｖｄ＝−６００Ｖで、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が約４５０Ｖ以上の条件がこのケースに相当する。

２）帯電制御時において、ΔＶ＜｜Ｖｄ｜かつＩａｃ＞Ｉｓｐで、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が｜Ｖｄ｜の時、Ｉａｃ＜Ｉｓｐとなる場合
この条件では、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が｜Ｖｄ｜である時の異常放電電流の発生状況を確認し、ΔＶである時の発生状況と対応させることによって制御可能である。すなわち、電位差が｜Ｖｄ｜の時に帯電不良が発生する異常放電電流の最大瞬時電流を、電位差がΔＶの時に帯電不良が発生する異常放電電流の最大瞬時電流と対応させることで、実施例１と同様な制御が可能である。

図１１から分かるように、Ｖｄ＝−６００Ｖで、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が約４００Ｖ未満の条件がこのケースに相当する。

ただし、ΔＶは、Ｉｓｐが少なくとも異常放電電流の測定精度以上、すなわち異常放電電流のＳＮ比(signal to noise ratio)が１以上となるように設定する必要がある。

３）帯電制御時において、ΔＶ＝｜Ｖｄ｜の時、Ｉａｃ＞Ｉｓｐとなる場合
この条件では、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が小さい為、交流電圧条件を変化させても異常放電電流の最大瞬時電流が小さい。そのため、局所的な画像不良に直結する異常放電の発生数は少ない。ただし、異常放電電流の最大瞬時電流がある閾値以下に収まると、Ｖｄが直流帯電電圧付近になり、帯電均一性が良好になるという特徴を持つ。従って、帯電性を判断する指標となる。

図１３で判別する異常放電電流の最大瞬時電流の閾値を適宜変更して、実施例１とほぼ同様な制御を行うことで、必要最小限の放電で帯電不良が発生することが無い帯電バイアスを決定することができる。

図１１において、Ｖｄが約４００Ｖ未満の条件がこのケースに相当する。

帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が小さい為、現像剤が現像されにくいという特長がある。しかし、異常放電電流の最大瞬時電流が小さい為、測定誤差が大きくなるという短所も持つ。ただし、ΔＶは、Ｉｓｐが少なくとも異常放電電流の測定精度以上、すなわち異常放電電流のＳＮ比が１以上となるように設定する必要がある。

以上の通り、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が小さく、異常放電電流の最大瞬時電流が小さい場合でも、Ｖｐｐを変化させて帯電バイアスを決定することができる。

本実施例では、異常放電電流の最大瞬時電流が０．０５ｍＡ未満の場合には、異常放電電流の測定誤差と同程度になる為、帯電制御できなかった。しかし、特定電流抽出回路の精度を向上する等、精度よく異常放電電流を計測できるならば、この値以下でも制御可能である。

また、本実施例では、全ての交流電圧条件の中で最大の異常放電電流の最大瞬時電流Ｉｓｐを場合分けする値として、交流電流の実効値Ｉａｃを用いたが、限定するものではない。本実施例では、０．５ｍＡを場合分けする値に用いてもよかった。

本実施例では、帯電制御時の帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差ΔＶが小さい時に、交流電流Ｉａｃを変化させて、帯電バイアスを決定する例を示す。

実施例３と同様に、異常放電電流の発生状況に合わせて３通りに場合分けできる。また、交流電流Ｉａｃを変化させて、帯電バイアスを決定する方法は、実施例２とほぼ同様である。

以上の通り、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間の差が小さく、異常放電電流の最大瞬時電流が小さい場合でも、Ｉａｃを変化させて帯電バイアスを決定することができる。

実施例１から実施例４では、異常放電電流を測定することで、帯電不良を生じる異常放電の発生状況を確認し、帯電バイアスを制御した。本実施例では、異常放電光を測定することで、帯電不良を生じる異常放電の発生状況を確認し、帯電バイアスを制御する。

画像形成装置は実施例１と同じ電子写真プリンタとする。帯電ローラの構成は実施例１と同じである。

図２２は実施例５における帯電装置の概略構成図である。帯電バイアス電源１１から、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスが芯金２ａを介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光ドラム１の表面が所定の電位に帯電される。

帯電ローラ２に電圧を印加する帯電バイアス電源１１は、直流（ＤＣ）電源１１ａと交流（ＡＣ）電源１１ｂを有している。

１８はフォトダイオードアレイである。異常放電光は帯電部上流で発生するので、フォトダイオードアレイ１８も帯電部上流に設置する。３８０ｎｍから７００ｎｍまでの広い波長域で感度が高い。帯電部材の長手方向全域に渡って放電光を測定できる。

１９は集光レンズである。帯電部上流での放電光をフォトダイオードアレイ１８に集光する。

フォトダイオードアレイ１８を用いて放電光から電流に変換した光電流を、下記の制御回路１４に入力する。

１４は帯電バイアス制御回路であり、異常放電光電流抽出回路１４ｄ、統計処理回路１４ｂ、電源制御回路１４ｃからなる。

異常放電光電流抽出回路１４ｄは、フォトダイオードアレイ１８で変換された光電流情報を増幅し、異常放電光電流を抽出する機能を有する。

統計処理回路１４ｂは、異常放電光電流抽出回路１４ｄから入力された異常放電光電流情報を所定の方法にしたがって統計処理し、電源制御回路１４ｃに命令する信号を出力する機能を有する。

電源制御回路１４ｃは、上記帯電バイアス電源１１のＤＣ電源１１ａとＡＣ電源１１ｂをオン・オフ制御して帯電ローラ２に直流電圧と交流電圧のどちらか、若しくはその両方の重畳電圧を印加するように制御する機能と、ＤＣ電源１１ｂから帯電ローラ２に印加する直流電圧と、ＡＣ電源１１ｂから帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧を制御する機能を有する。

これらの回路を統合した帯電バイアス制御回路１４は、フォトダイオードアレイ１８で変換された光電流情報を用いて、画像形成時の帯電プロセスにおいて帯電ローラ２に印加する、必要最小限しか放電せず帯電不良を発生しない交流電圧を制御する機能を有する。

１６は位相検出回路である。帯電バイアスの位相を検出する機能を有する。

１７は前露光装置である。帯電部上流で感光ドラムを露光し、帯電電位を０Ｖにする。最大瞬時電流が所定の値以上となる異常放電電流が発生する交流電圧が存在するように、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間に差を設ける機能を有する。

異常放電光電流の最大瞬時光電流に、帯電不良を生じない閾値を設定することで、閾値より大きいならば異常放電が発生し、閾値以下ならば異常放電は発生しない。

実施例１から実施例４と同様に帯電バイアスを変えて異常放電の発生の有無を確認することで、帯電バイアス制御を行うことができる。

なお、本実施例では、現像や転写等の他の高圧電源が高電圧を発生しても、回路的に分離されているので電源からのノイズが小さい。そのため、安定な帯電バイアス制御が可能である。

本実施例では、異常放電光を検出する手段として、光を電流に変換するフォトダイオードを用いたが、限定するものではない。

実施例１から実施例５では、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間に所定の差を設ける手段として、前露光装置１７を用いたが、この限りではない。帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間に所定の差を設けられるならば、どのような手段を用いてもよい。

例えば、帯電開始一周目では感光ドラム表面電位と帯電バイアスの直流電圧の間に差が存在する。

また、帯電バイアスの交流電圧を変えずに一定時間の間直流電圧を変化させることで、感光ドラム表面電位と帯電バイアスの直流電圧の間に差を設けることができる。

これによって、帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電ローラに印加する直流電圧の間に所定の差を設ける為の手段を新たに付加することなく、本発明による帯電バイアス制御を実行できる。

以上の実施例は画像形成装置における像担持体の帯電制御であるが、本発明の帯電制御方法は像担持体の帯電制御に限られず、広く被帯電体の帯電制御方法として有効であることは勿論である。

以上のような実施例にとどまらず、特定周波数電流を用いた電圧制御であればどのようなものでもよい。

異常放電電流が発生する交流電圧である第１の交流電圧と、異常放電電流が発生しない交流電圧である第２の交流電圧をもとめ、第２の交流電圧をもとに電圧の制御を行なえればよい。

例えば、特定周波数電流の最大瞬時電流に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の最大瞬時電流が所定値以上となる第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりもピーク間電圧が大きくかつ前記特定電流の最大瞬時電流が所定値より下となる交流電圧である第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の発生数に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の発生数が所定値以上となる第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりもピーク間電圧が大きくかつ前記特定電流の発生数が所定値より下となる交流電圧である第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の流れている時間に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の流れている時間が所定値以上となる第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりもピーク間電圧が大きくかつ前記特定電流の流れている時間が所定値より下となる交流電圧である第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の時間積分値に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の時間積分値が所定値以上となる第１の交流電圧と、第１の交流電圧よりもピーク間電圧が大きくかつ前記特定電流の時間積分値が所定値より下となる交流電圧である第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

なお、画像形成領域を帯電する際には所定のピーク間電圧ΔＶｐｐを付加することが好ましい。所定のピーク間電圧ΔＶｐｐは、所定の時間内において複数の第２の交流電圧を得た時に、複数の第２の交流電圧のピーク間電圧の中で、最大のピーク間電圧Ｖｐｐｍａｘと最小のピーク間電圧Ｖｐｐｍｉｎの差以上であることが好ましい。

また、ピーク間電圧の異なる複数の交流電圧の印加する際は、帯電手段に印加した交流電圧が前記第１の交流電圧であった時は、次回に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第１の交流電圧のピーク間電圧よりも大きいピーク間電圧を有する交流電圧を印加し、
前記帯電手段に印加した交流電圧が前記第２の交流電圧であった時は、次回に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第２の交流電圧のピーク間電圧よりも小さいピーク間電圧を有する交流電圧を印加すると精度よく画像形成領域を帯電する際に印加する電流を求められる。

また上述のようにピーク間電圧をもとにした制御でなく実効値電流を基に交流電圧の制御を行なっても良い。

例えば、その際、特定周波数電流の最大瞬時電流が所定値以上となる第１の交流電圧と、特定周波数電流の最大瞬時電流が所定値より下となりかつ第１の交流電圧を前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流よりも、前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流が大きい交流電圧となる第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の発生数に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の発生数が所定値以上となる第１の交流電圧と、特定電流の発生数が所定値より下となる交流電圧かつ第１の交流電圧を前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流よりも、前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流が大きい交流電圧となる第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の流れている時間に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の流れている時間が所定値以上となる第１の交流電圧と、前記特定電流の流れている時間が所定値より下となりかつ第１の交流電圧を前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流よりも、前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流が大きい交流電圧となる第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

特定周波数電流の時間積分値に基づき、画像形成領域を帯電する際の交流電圧を制御してもよい。その際、特定周波数電流の時間積分値が所定値以上となる第１の交流電圧と、前記特定電流の時間積分値が所定値より下となりかつ第１の交流電圧を前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流よりも、前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流が大きい交流電圧となる第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加して、画像形成領域を帯電する際に、当該第２の交流電圧に基づいて帯電手段に印加する交流電圧を制御してもよい。

なお、画像形成領域を帯電する際には所定のオフセット電流ΔＩａｃを付加することが好ましい。所定の交流電流ΔＩａｃは、所定の時間内において複数の前記第２の交流電圧を得た時に、複数の第２の交流電圧を印加した時に流れる、前記交流電流の中で、最大の交流電流Ｉａｃｍａｘと最小の交流電流Ｉａｃｍｉｎの差以上であることが好ましい。

また、流れる交流電流量が異なる複数の交流電圧の印加する際は、帯電手段に印加した交流電圧が前記第１の交流電圧であった時は、次回に帯電手段に印加する交流電圧は、第１の交流電圧を印加した時に流れる交流電流よりも大きい交流電流が流れるような交流電圧を印加し、帯電手段に印加した交流電圧が第２の交流電圧であった時は、次回に帯電手段に印加する交流電圧は、第２の交流電圧を印加した時に流れる交流電流よりも小さい交流電流が流れるような交流電圧を印加することを特徴とすると精度よく制御をすることができる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置を示す概略構成図 帯電ローラの概略構成図 実施例１の帯電装置の概略構成図 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に差が存在しない場合の、帯電電流波形の平均値 帯電ローラに印加する直流電圧を変化させた時の感光ドラム表面電位の変化を示す図 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に差が存在する場合の、帯電電流波形の平均値 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差を設けた状態で、Ｖｐｐ＝８００Ｖ時の帯電電流波形測定例 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差を設けた状態で、Ｖｐｐ＝１２００Ｖ時の帯電電流波形測定例 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差を設けた状態で、Ｖｐｐ＝１４５０Ｖ時の帯電電流波形測定例 帯電部上流における感光ドラム表面電位と帯電直流電圧の間に６００Ｖの電位差を設けた状態で、Ｖｐｐ＝１７００Ｖ時の帯電電流波形測定例 帯電部上流での感光ドラム表面電位が０Ｖで、帯電ローラに印加する直流電圧が変化した時の、異常放電電流の最大瞬時電流が最大になる交流電圧条件における、異常放電電流の最大瞬時電流の変化を示す図 Ｖｐｐを変化させた時の、異常放電電流の最大瞬時電流変化を示す実測例 帯電バイアスのＶｐｐを求めるフローチャート 実施例１における帯電バイアスのＶｐｐを求めるフローチャート実行例 Ｖｐｐを変化させた時の、最大瞬時電流が所定の閾値以上の異常放電電流発生数変化を示す実測例 Ｖｐｐを変化させた時の、所定の閾値以上に異常放電電流が流れている時間変化を示す実測例 Ｖｐｐを変化させた時の、所定の閾値以上に流れている異常放電電流の時間積分値変化を示す実測例 Ｖｐｐを変化させた時の、交流放電電流が発生する一定の時間内における交流放電電流の標準偏差変化を示す実測例 帯電バイアスのＩａｃを求めるフローチャート 実施例２における帯電バイアスのＩａｃを求めるフローチャート実行例 図８の拡大図 実施例５の帯電装置の概略構成図

符号の説明

１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電ローラ（接触帯電部材）３・・露光装置、４・・現像装置、４ａ・・現像スリーブ５・・転写ローラ、６・・クリーニング装置、６ａ・・クリーニングブレード、７・・転写ガイド、８・・除電針、９・・搬送ガイド、１０・・定着装置、１０ａ・・定着ローラ、１０ｂ・・加圧ローラ１１・・帯電バイアス電源（帯電バイアス印加手段）、１１ａ・・直流（ＤＣ）電源、１１ｂ・・交流（ＡＣ）電源、１２・・現像バイアス電源、１３・・転写バイアス電源、１４・・帯電バイアス制御回路、１４ａ・・スパイク放電電流抽出回路、１４ｂ・・統計処理回路、１４ｃ・・電源制御回路、１４ｄ・・スパイク放電光電流抽出回路、１５・・帯電電流測定回路、１６・・位相検出回路、１７・・前露光装置、１８・・フォトダイオードアレイ、１９・・集光レンズ

Claims (18)

1. 交流電圧を印加され被帯電体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段に交流電圧を印加した際に、前記帯電手段と前記被帯電体の間に流れる交流電流を測定する電流測定手段と、
   ｆｔ≧１００００（Ｈｚ）の特定周波数ｆｔを満たす交流電流を特定電流とした時、前記帯電手段にピーク間電圧の異なる複数の交流電圧を印加し、複数の交流電圧を印加した時に流れる複数の交流電流をそれぞれ測定し、測定される交流電流から特定電流抽出手段を用いて抽出される特定電流の最大瞬時電流、又は所定期間内の特定電流の発生数、又は所定期間内の特定電流の流れている時間、又は所定期間内の特定電流の時間積分値が所定値より少なくなるような交流電圧の中で、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を備え、且つピーク間電圧が一番小さい交流電圧に基づいて、前記被帯電体の画像形成領域を帯電する際に前記帯電手段に印加される交流電圧を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする帯電装置。
2. 交流電圧を印加され被帯電体を帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段に交流電圧を印加した際に、前記帯電手段と前記被帯電体の間に流れる交流電流を測定する電流測定手段と、
   前記交流電圧の周波数をｆとして、ｆｔ≧１０・ｆを満たす特定周波数ｆｔを満たす交流電流を特定電流とした時、前記帯電手段にピーク間電圧の異なる複数の交流電圧を印加し、複数の交流電圧を印加した時に流れる複数の交流電流をそれぞれ測定し、測定される交流電流から特定電流抽出手段を用いて抽出される特定電流の最大瞬時電流、又は所定期間内の特定電流の発生数、又は所定期間内の特定電流の流れている時間、又は所定期間内の特定電流の時間積分値が所定値より少なくなるような交流電圧の中で、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を備え、且つピーク間電圧が一番小さい交流電圧に基づいて、前記被帯電体の画像形成領域を帯電する際に前記帯電手段に印加される交流電圧を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする帯電装置。
3. 前記交流電圧の周波数をｆ１、前記特定周波数をｆｔとした時、前記電流のうち、ｆｔは通過し、ｆ１はカットするフィルタ手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
4. 前記電流の測定は、前記交流電圧の１周期以上の時間で測定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置。
5. 前記電流測定手段は、
   前記被帯電体の表面電位をＶ１、
   前記帯電手段に印加する交流電圧をＶ２、
   前記帯電手段に印加する直流電圧をＶ３、
   前記帯電手段に印加する交流電圧と直流電圧を重畳したバイアスをＶ４、
   前記帯電手段に直流電圧を印加した時に被帯電体への放電が開始する電圧をＶｔｈ、
   前記帯電手段に印加する交流電圧の周波数をｆとしてΔｔ≦１／（４＊ｆ）、
   とすると、
   Ｖ２の位相がＶ３の極性側にある時、かつ、Ｖ２が０Ｖから変化して最初に｜Ｖ１−Ｖ４｜＝Ｖｔｈとなる時間をｔ１として、前記ｔ１の前後Δｔの時間内のみの交流電流を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置。
6. 前記制御手段は、特定電流の最大瞬時電流、又は所定期間内の特定電流の発生数、又は所定期間内の特定電流の流れている時間、又は所定期間内の特定電流の時間積分値が所定値以上となる交流電圧である第１の交流電圧と、前記第１の交流電圧よりもピーク間電圧が大きくかつ特定電流の最大瞬時電流、又は所定期間内の特定電流の発生数、又は所定期間内の特定電流の流れている時間、又は所定期間内の特定電流の時間積分値が所定値より下となる交流電圧である第２の交流電圧とを得られるまで、前記帯電手段にピーク間電圧が異なる複数の交流電圧を印加し、画像形成領域を帯電する際に、前記第２の交流電圧に基づいて前記帯電手段に印加する交流電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の帯電装置。
7. 前記所定値は、画像形成領域を帯電する際の前記帯電手段に印加される直流電圧と前記被帯電体の間の電位差に基づき変化することを特徴とする請求項６に記載の帯電装置。
8. 前記画像形成領域を帯電する際に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第２の交流電圧のピーク間電圧に所定のピーク間電圧ΔＶｐｐを付加した交流電圧であることを特徴とする請求項６又は７に記載の帯電装置。
9. 前記ピーク間電圧の異なる複数の交流電圧の印加電圧は、前記帯電手段に印加した交流電圧が前記第１の交流電圧であった時は、次回に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第１の交流電圧のピーク間電圧よりも大きいピーク間電圧を有する交流電圧を印加し、前記帯電手段に印加した交流電圧が前記第２の交流電圧であった時は、次回に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第２の交流電圧のピーク間電圧よりも小さいピーク間電圧を有する交流電圧を印加することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の帯電装置。
10. 前記異なる複数の交流電圧のピーク間電圧において、前回のピーク間電圧の大きさと次回のピーク間電圧の大きさの差分であるピーク間電圧ステップ間変化量は可変であり、前記ピーク間電圧ステップ間変化量のうち一つは少なくとも│Ｖｐｐ１０−Ｖｐｐ１１│以下であり、前記帯電手段に交流電圧が所定時間印加された時に、
    前記所定時間内において、前記電流の１周期ごとに前記最大瞬時電流が前記所定値より大きくなる前記特定電流が発生する前記交流電圧のピーク間電圧をＶｐｐ９、
    前記所定時間内において、前記電流の１周期ごとに前記最大瞬時電流が前記所定値より大きくなる前記特定電流は発生しないが、少なくとも１回は最大瞬時電流が所定値以上となる前記特定電流が発生する前記交流電圧のピーク間電圧をＶｐｐ１１、
    前記所定時間内において、前記最大瞬時電流が前記所定値より大きくなる前記特定電流が発生しない前記交流電圧のピーク間電圧をＶｐｐ１０、
    として、Ｖｐｐ９＜Ｖｐｐ１１＜Ｖｐｐ１０、を満たすことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の帯電装置。
11. 前記画像形成領域を帯電する際に前記帯電手段に印加する交流電圧は、前記第２の交流電圧を前記帯電手段に印加した時に流れる交流電流Ｉａｃに所定の交流電流ΔＩａｃを付加した交流電流が前記帯電手段と前記被帯電体との間に流れるような交流電圧であることを特徴とする請求項６又は７に記載の帯電装置。
12. 画像形成領域を帯電する際の前記帯電手段に印加される直流電圧と、帯電部上流側の前記被帯電体との間の電位差が所定の電位差を有するように、前記被帯電体の電位を変更する電位変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の帯電装置。
13. 前記所定の電位差は、前記特定電流の最大瞬時電流のＳＮ比が１以上となるような交流電圧が存在する電位差であることを特徴とする請求項１２に記載の帯電装置。
14. 前記所定の電位差は、前記特定電流の最大瞬時電流が前記交流電流の実行値以上となるような交流電圧が存在する電位差であることを特徴とする請求項１２に記載の帯電装置。
15. 前記電流測定手段のサンプリングレートをｆｓ、前記特定周波数をｆｔとした時ｆｓ＞２ｆｔを満たすことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の帯電装置。
16. 前記電流測定手段のスルーレートをＴ、前記特定周波数をｆｔとした時、Ｔ／ｆｔ≧１を満たすことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の帯電装置。
17. 前記帯電手段は前記被帯電体に接触することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の帯電装置。
18. 前記被帯電体は静電潜像を担持する像担持体であり、前記像担持体を帯電する帯電手段として請求項１乃至１７のいずれかに記載される帯電装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images