JP4929978B2 - 帯電装置、画像形成装置及び帯電制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、帯電装置、画像形成装置及び帯電制御プログラムに関するものである。

特許文献１は、ＤＣ電流値が飽和したＡＣ電流のポイントに対して所定の比率を乗じることにより、感光体を帯電させる帯電バイアスを決定する画像形成装置を開示する。また、特許文献２は、放電電流が発生しているときの電流波形全体の積分値と、電流波形のピーク値と印加電圧の波形から求められる電流波形の積分値との差分を一定値に維持するように、出力交流電圧のピーク間電圧を変化させる画像形成装置を開示する。これら、従来の帯電装置の制御では、帯電部材に印加される出力電圧を検出し、制御の基準信号とすることが一般的に行われている。

特開２００４−３３３７８９号公報 特開２００１−２０１９１９号公報

本発明は、被帯電体と被帯電体を帯電させる帯電部材との間に生じる放電電荷量を、放電電流の積分によって予測し、帯電制御するにあたり、積分の開始、終了時期が実際の放電よりもずれることによって生じる積分誤差を低減することができる、帯電装置、画像形成装置及び帯電制御プログラム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、請求項１に係る本発明は、被帯電体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に流れる電流の交流成分を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出された電流を積分する積分手段と、この積分手段の積分結果に応じて、前記帯電部材に流れる電流を制御する電流制御手段と、前記交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を生成する周期信号生成手段と、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記周期信号を基準とした前記積分手段の積分期間の開始時期又は終了時期を調整する積分期間調整手段と、を有することを特徴とする帯電装置である。

請求項２に係る本発明は、前記積分期間調整手段は、前記周期信号生成手段が生成する周期信号に対する遅延時間を、前記周期信号よりも周波数が高い高周波周期信号に同期して設定することにより、積分期間の開始時期又は終了時期を調整する請求項１記載の帯電装置である。

請求項３に係る本発明は、帯電部材に印加される交流成分の周波数は、高周波周期信号に同期して決定される請求項２記載の帯電装置である。

請求項４に係る本発明は、前記積分手段は、前記電流検出手段が検出した交流成分の正の値と負の値とをそれぞれ積分するものであり、前記電流制御手段は、積分された正の値の絶対値と負の値の絶対値との差に応じて、前記帯電部材に供給される電流の交流成分の大きさを制御する請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置である。

請求項５に係る本発明は、前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記積分期間調整手段が設定する遅延時間の初期値を設定する設定手段、をさらに有する請求項２乃至４いずれか記載の帯電装置である。

請求項６に係る本発明は、像保持体と、この像保持体を帯電させる帯電部材と、この帯電部材に交流成分を含む電流を供給する給電手段と、この給電手段が前記帯電部材に供給する電流の交流成分を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出された電流を積分する積分手段と、この積分手段の積分結果に応じて、前記帯電部材に流れる電流を制御する電流制御手段と、前記交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を生成する周期信号生成手段と、環境条件を検出する環境条件検出手段と、前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記周期信号を基準とした前記積分手段の積分期間の開始時期又は終了時期を調整する積分期間焼成手段と、を有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項７に係る本発明は、前記積分期間調整手段は、前記周期信号生成手段が生成する周期信号に対する遅延時間を、前記周期信号よりも周波数が高い高周波周期信号に同期して設定することにより、積分期間の開始時期又は終了時期を調整する請求項６記載の画像形成装置である。

請求項８に係る本発明は、前記給電手段は、前記高周波周期信号に同期して周波数が決定される交流成分を含む電流を供給する請求項７記載の画像形成装置である。

請求項９に係る本発明は、前記積分手段は、前記電流検出手段が検出した交流成分の正の値と負の値とをそれぞれ積分するものであり、前記電流制御手段は、積分された正の値の絶対値と負の値の絶対値との差に応じて、前記帯電部材に供給される電流の交流成分の大きさを制御する請求項６乃至８いずれか記載の画像形成装置である。

請求項１０に係る本発明は、前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記積分期間調整手段が設定する遅延時間の初期値を設定する設定手段、をさらに有する請求項７乃至９いずれか記載の画像形成装置である。

請求項１１に係る本発明は、環境条件を取得するステップと、被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分した結果及び環境条件に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、をコンピュータに実行させる帯電制御プログラムである。

請求項１２に係る本発明は、環境条件を取得するステップと、被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分するステップと、環境条件及び積分した結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、をコンピュータに実行させる帯電制御プログラムである。

請求項１３に係る本発明は、環境条件を取得するステップと、検出した環境条件に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対する遅延時間の初期値を設定するステップと、設定した初期値に基づいて、被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分するステップと、積分した結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、をコンピュータに実行させる帯電制御プログラムである。

請求項１に係る本発明によれば、帯電部材の出力波形を基準にして積分開始、終了時期を判断する場合と比較して、帯電部材が帯電させる被帯電体の電荷量に対応する値の積分誤差を小さくすることができる。

また、周期信号に対する遅延時間を変更しない場合に比較して、放電電圧や環境が変化した場合でも被帯電体の電荷量に対応する値を精度よく検出することができる。

請求項２に係る本発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加えて、帯電部材に供給される電流の交流成分の周期よりも、積分期間の設定をより細かく行うことができる。

請求項３に係る本発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加えて、既存の高周波周期信号を用いることで、新たな信号発生手段の装備を省くことができる。

請求項４に係る本発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、放電電荷量と放電電流の関係を精度よく検出することができる。
請求項５に係る本発明によれば、請求項１乃至４いずれかに係る本発明の効果に加えて、環境条件によって放電条件が変化した場合でも積分期間の調整を短縮することができる。

請求項６に係る本発明によれば、帯電部材の出力波形を基準にして積分開始、終了時期を判断する場合と比較して、帯電部材が帯電させる被帯電体の電荷量に対応する値の積分誤差を小さくすることができる。

また、周期信号に対する遅延時間を変更しない場合に比較して、放電電圧や環境が変化した場合でも被帯電体の電荷量に対応する値を精度よく検出することができる。

請求項７に係る本発明によれば、請求項６に係る本発明の効果に加えて、帯電部材に供給される電流の交流成分の周期よりも、積分期間の設定をより細かく行うことができる。

請求項８に係る本発明によれば、請求項７に係る本発明の効果に加えて、既存の高周波周期信号を用いることで、新たな信号発生手段の装備を省くことができる。

請求項９に係る本発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、放電電荷量と放電電流の関係を精度よく検出することができる。

請求項１０に係る本発明によれば、請求項７乃至９いずれかに係る本発明の効果に加えて、環境条件によって放電条件が変化した場合でも積分期間の調整を短縮することができる。

請求項１１に係る本発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを精度よく調整することができる。

請求項１２に係る本発明によれば、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分するステップを有していない場合に比較して、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを容易に調整することができる。

請求項１３に係る本発明によれば、環境条件に応じた初期値を設定するステップを有していない場合に比較して、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを精度よく調整することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本発明の実施形態に係る画像形成装置１０の概要が示されている。画像形成装置１０は、画像形成装置本体１２を有し、この画像形成装置本体１２内に像形成手段１４が搭載され、この画像形成装置本体１２の上部に後述する排出部１６が設けられていると共に、この画像形成装置本体１２の下部に例えば２段の給紙ユニット１８ａ，１８ｂが配置されている。さらに、画像形成装置本体１２の下方には、オプションとして着脱装着される２段の給紙ユニット１８ｃ，１８ｄが配置されている。

それぞれの給紙ユニット１８ａ〜１８ｄは、給紙ユニット本体２０と、用紙が収納される給紙カセット２２とを有する。給紙カセット２２は、給紙ユニット本体２０に対して摺動自在に装着され、正面方向（図１の右方向）に引き出される。また、給紙カセット２２の奥端近傍上部には給紙ロール２４が配置され、この給紙ロール２４の前方に用紙を分離するためのリタードロール２６及び送り出しのためのフィードロール２８が配置されている。さらにオプションの給紙ユニット１８ｃ，１８ｄには、それぞれ対をなす送りロール３０が設けられている。

搬送路３２は、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から排出口３４までの用紙通路であり、この搬送路３２は、画像形成装置本体１２の裏面（図１の左側面）近傍にあって、最下端の給紙ユニット１８ｄの送りロール３０から後述する定着装置３６まで略垂直に形成されている部分を有する。この搬送路３２の定着装置３６の上流側に後述する転写装置４２と像保持体４４が配置され、さらに転写装置４２と像保持体４４の上流側に位置調整用のレジストロール３８が配置されている。さらに、搬送路３２の排出口３４の近傍には排出ロール４０が配置されている。

したがって、給紙ユニット１８ａ〜１８ｄの給紙カセット２２から送りロール２４により送り出された記録媒体は、リタードロール２６びフィードロール２８により捌かれて搬送路３２に導かれ、レジストロール３８により一次停止され、タイミングをとって後述する転写装置４２と像保持体４４との間を通って現像剤像が転写され、この転写された現像剤像が定着装置３６により定着され、排出ロール４０により排出口３４から排出部１６へ排出される。

ただし、両面印刷の場合は、反転路に戻される。即ち、搬送路３０の排出ロール４０の手前は２股に別れ、その分かれた部分に切換爪４６が設けられていると共に、分かれた部分からレジストロール３８まで戻る反転路４８が形成されている。この反転路４８には搬送ロール５０ａ〜５０ｃが設けられており、両面印刷の場合には、切換爪４６が反転路４８を開く側に切り換えられ、排出ロール４０に記録媒体の後端手前がかかる時点で排出ロール４０が反転し、記録媒体が反転路４８に導かれ、レジストロール３８、転写装置４２と像保持体４４及び定着装置３６を通って排出口３４から排出部１６へ排出されるものである。

排出部１６は、画像形成装置本体に対して回動自在の傾斜部５２を有する。この傾斜部５２は、排出口部分が低く、正面方向（図１の右方向）に向けて徐々に高くなるよう傾斜しており、排出口部分を下端とし、高くなった先端を上端としている。この傾斜部５２は下端を中心に回動自在であるよう画像形成装置本体１２に支持されている。図１で２点鎖線で示すように、傾斜部５２を上方に回転して開いたときには、開放部５４が形成され、この開放部５４を介して後述するプロセスカートリッジ６４が脱着できるようにしてある。

像形成手段１４は、例えば電子写真方式のもので、感光体からなる像保持体４４と、この像保持体４４を圧接によって一様帯電させる例えば帯電ロールからなる帯電部材５６と、この帯電部材５６により帯電された像保持体４４に、光により潜像を書き込む光書込み装置５８と、この光書込み装置５８により形成された像保持体４４の潜像を現像剤により可視化する現像装置６０と、この現像装置６０による現像剤像を用紙に転写する例えば転写ロールからなる転写装置４２と、像保持体４４に残存する現像剤をクリーニングする例えばブレードからなるクリーニング装置６２と、転写装置４２により転写された用紙上の現像剤像を用紙に定着させる例えば加圧ロールと加熱ロールとからなる定着装置３６とから構成されている。光書込み装置５８は例えば走査型のレーザ露光装置からなり、前述した給紙ユニット１８ａ〜１８ｄと平行で画像形成装置本体１２の正面近傍に配置され、現像装置６０内を横切って像保持体４４を露光する。この像保持体４４の露光位置が潜像書込み位置Ｐとなる。なお、この実施形態においては、光書込み装置５８として走査型のレーザ露光装置を用いたが、他の実施形態としてＬＥＤや面発光レーザ等を用いることができる。

プロセスカートリッジ６４は、像保持体４４、帯電部材５６、現像装置６０及びクリーニング装置６２を一体化したものである。このプロセスカートリッジ６４は、排出部１６の傾斜部５２の直近下方に配置されており、前述したように、傾斜部５２を開いたときに形成される開放部５４を介してを脱着される。
また、画像形成装置本体１２内には、画像形成装置１０を構成する各部を制御する制御部６６が設けられている。

図２において、帯電部材５６、制御部６６及びその周辺の第１の実施例の詳細が示されている。
高周波周期信号生成部７２は、例えば５ＭＨｚ（周期０．２μｓ）の高周波周期信号（高周波クロック）を生成させ、分周器７４及び積分期間調整信号生成器８２に対して出力する。なお、高周波周期信号生成部７２が出力する高周波周期信号は、帯電ロール５６に印加される交流電圧の例えばピーク間電圧Ｖｐｐ、デューティ、周波数などの設定量を決定するための信号である。分周器７４は、高周波周期信号生成部７２から入力される高周波周期信号を例えば５０００分の１に分周し、高周波周期信号に同期した１ＫＨｚ（周期１ｍｓ）の周期信号を生成して、高圧給電部７６、積分期間調整信号生成器８２及び制御部６６に対し出力する。ここで、分周器７４は、高圧給電部７６によって帯電ロール５６を帯電させる電流の周期を設定する周期信号（帯電周期信号）を生成する周期信号生成部となっている。

高圧給電部７６は、分周器７４から入力される周期信号に応じて周期が設定され、制御部６６から入力される電流値調整信号に応じて電流値が設定されて、帯電部材５６を帯電させるための例えば１０００Ｖ以上の高電圧を生成し、分周器７４から入力される周期信号と略同じ周期の交流成分、及び直流成分を重畳した電流（帯電電流）を帯電部材５６に流す。電流検出部７８は、高圧給電部７６が帯電部材５６に対して流す電流を検出し、検出した電流の交流成分を積分器８０に対して出力する。

積分器８０は、図４などを用いて後述する積分期間調整信号を積分期間調整信号生成器８２から受け入れ、積分期間調整信号に応じて規定される積分期間ごとに、電流検出部７８から入力される例えば図３（Ａ）に示した電流の交流成分（交流電流Ｉａｃ）を積分し、積分値（電荷量）を制御部６６に対して出力する。なお、交流電流Ｉａｃが所定値を超える場合には、高圧給電部７６が生成する電圧の周期に応じて放電が発生し、交流電流Ｉａｃに加えて図３（Ａ）に太破線で示した放電電流が流れ、図３（Ｂ）に太破線で示したように、積分器８０の積分値にも放電電荷が付加される。

制御部６６は、ＣＰＵ６８及びメモリ７０を有するコンピュータとして動作し、積分器８０から入力される複数の積分値の位相を、分周器７４から入力される周期信号の位相と比較して、積分器８０による積分の周期信号に対する適切な開始時期及び終了時期を制御するための積分期間制御信号を生成し、積分期間調整信号生成器８２に対して出力する。ここで、制御部６６は、例えば分周器７４から入力される周期信号の立ち上がりに対する遅延時間を高周波周期信号数に対応させることにより、積分器８０による積分開始時期及び積分終了時期をそれぞれ示す積分期間制御信号を生成するようにされている。
なお、制御部６６は、分周器７４から入力される周期信号の立ち上がりに対する遅延時間を０から徐々に増加させ、積分器８０から複数の積分値を受け入れて、積分期間制御信号を生成するようにされてもよい。また、周期信号に対する適切な積分の開始時期及び終了時期は、予め実験された結果を制御部６６が保持しておくようにされてもよい。

積分期間調整信号生成器８２は、高周波周期信号生成部７２から入力される高周波周期信号をカウントするカウンタ（図示せず）を具備し、高周波周期信号生成部７２から高周波周期信号を受け入れ、分周器７４から周期信号を受け入れ、制御部６６から積分期間制御信号を受け入れて、高周波周期信号をカウントした結果に応じて後述する積分期間調整信号を生成し、積分器８０に対して出力する。

図４は、積分期間調整信号生成器８２が生成する積分期間調整信号を模式的に示すタイミングチャートである。
積分期間調整信号生成器８２は、分周器７４から入力される周期信号の立ち上がりの時期に合わせて、高周波周期信号生成部７２から入力される高周波周期信号のカウントを開始する。そして、積分期間調整信号生成器８２は、制御部６６から入力される積分期間制御信号によって示された積分開始時期までの遅延時間（遅延１）に対応する高周波周期信号数に対し、カウントした高周波周期信号数が一致すると、積分器８０が積分を開始する時期を示す積分開始時期信号を積分期間調整信号のパルスの立ち上がりとして、積分器８０に対して出力する。

例えば、遅延１に対応する高周波周期信号数が１０００である場合、積分開始時期までの遅延時間は０．２μｓ×１０００＝２００μｓであり、積分期間調整信号生成器８２は、高周波周期信号のカウントが１０００に達すると、積分開始時期信号を積分期間調整信号の立ち上がりとして出力する。

また、積分期間調整信号生成器８２は、制御部６６から入力される積分期間制御信号によって示された積分終了時期までの遅延時間（遅延２）に対応する高周波周期信号数に対し、カウントした高周波周期信号数が一致すると、積分器８０が積分を終了する時期を示す積分終了時期信号を積分期間調整信号のパルスの立ち上がりとして、積分器８０に対して出力する。なお、各信号のエッジは、立ち上がりに限定されることなく、立下りであってもよい。

このように、積分器８０は、交流電流Ｉａｃと略同じ周期の周期信号を基準にして、積分期間（積分開始時期及び積分終了時期）を決められている。

次に、制御部６６が交流電流Ｉａｃの大きさを変化させる動作について説明する。
制御部６６は、複数の交流電流Ｉａｃの積分値（電荷量）の位相を検出して、正確な電荷量を得るための積分期間を決定し、決定した積分期間における交流電流Ｉａｃの大きさを変化させることにより、像保持体４４を帯電させるために適切な交流電流Ｉａｃの大きさを決定するようにされている。

図５は、交流電流Ｉａｃの大きさを変化させるように、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ（Ｖ）を変化させた場合の、像保持体（感光体）４４の表面電位、及び像保持体４４と帯電部材５６との間の放電電荷量を示すグラフであり、（Ａ）はピーク間電圧Ｖｐｐの変化に対する像保持体（感光体）表面電位の変化を示すグラフであり、（Ｂ）はピーク間電圧Ｖｐｐの変化に対する放電電荷量の変化を示すグラフである。
図５（Ａ）に示すように、制御部６６の制御によって帯電部材５６に印加される交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが約８００Ｖから約１４００Ｖまで増加すると、像保持体４４の表面電位は略正比例して増加する。一方、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００Ｖを超えると、放電が発生し、ピーク間電圧Ｖｐｐが増加しても像保持体４４の表面電位は飽和して変化せず、略一定値となる。

つまり、約１４００Ｖがピーク間電圧Ｖｐｐの変化に対する像保持体４４の表面電位の変化の変曲点となっている。図５（Ａ）に△印で示したピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００Ｖまでの領域は、放電が発生しておらず、像保持体４４に磨耗を生じさせるなどのダメージを与えない。一方、△印で示した領域は、像保持体４４の帯電量が不足して、用紙に形成される画像に白点などの画像ディフェクトが生じる場合があるため、用紙に画像を形成するための交流電圧としては使用されない。ただし、△印で示した領域は、放電が発生せず、ピーク間電圧Ｖｐｐの変化に像保持体４４の表面電位が略正比例するので、後述する適切な交流電流Ｉａｃの大きさを決定する制御に使用される。

また、図５（Ａ）に×印で示したピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００Ｖを所定値以上超える領域は、像保持体４４に磨耗などを生じさせるため、用紙に画像を形成するためにも、制御にも使用されない。
したがって、変曲点である約１４００Ｖに対して所定の電圧値（例えば１００Ｖ）をマージン（設定公差）として加えた、ピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００〜１５００Ｖの○印で示された領域が、用紙に画像を形成するために適した交流電流Ｉａｃの大きさに対応する交流電圧となる。

また、図５（Ｂ）に示すように、制御部６６の制御によって帯電部材５６に印加される交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが約８００Ｖから約１４００Ｖまでの領域では、図３（Ａ）に示したような放電電流は流れず、交流電流Ｉａｃの＋側及び−側の放電電荷量は、ピーク間電圧Ｖｐｐが増加しても変化しない。なお、図５（Ｂ）において、−側の放電電荷量には、直流成分に依存する電荷が含まれている。

一方、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００Ｖを超えると、放電が発生し、ピーク間電圧Ｖｐｐの増加に応じて交流電流Ｉａｃの＋側及び−側の放電電荷量の絶対値がそれぞれ増加する。
つまり、図５（Ａ）と同様に、変曲点である約１４００Ｖに対して所定の電圧値（例えば１００Ｖ）をマージンとして加えた、ピーク間電圧Ｖｐｐが約１４００〜１５００Ｖの○印で示された領域が、用紙に画像を形成するために適した交流電流Ｉａｃの大きさに対応する交流電圧となっている。

図６は、交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合の、像保持体４４と帯電部材５６との間の放電電荷量を示すグラフであり、（Ａ）は交流電流Ｉａｃの変化に対する＋側及び−側それぞれの放電電荷量の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は交流電流Ｉａｃの変化に対する差分電荷の変化を示すグラフである。
図６（Ａ）に示すように、制御部６６の制御によって流される交流電流Ｉａｃが約０．８５ｍＡまでの領域では、図３（Ａ）に示したような放電電流は流れず、交流電流Ｉａｃによる電荷量に付加される＋側及び−側の放電電荷量（Ｑａ，Ｑｂ）は、交流電流Ｉａｃが増加してもそれぞれあまり変化しない。なお、図６（Ａ）において、−側の放電電荷量には、直流成分に依存する電荷が含まれている。
一方、交流電流Ｉａｃが約０．８５ｍＡを超えると、放電が発生し、交流電流Ｉａｃの増加に応じて＋側及び−側の放電電荷量の絶対値がそれぞれ増加する。

ここで、差分電荷ΔＱ＝｜Ｑａ｜−｜Ｑｂ｜とすると、図６（Ｂ）に示すように、交流電流Ｉａｃが約０．８５ｍＡに達するまでは、交流電流Ｉａｃが増加しても差分電荷ΔＱは変化せず、交流電流Ｉａｃが約０．８５ｍＡを超えると、交流電流Ｉａｃの増加に応じて差分電荷ΔＱが変化する。つまり、約０．８５ｍＡが交流電流Ｉａｃの変化に対する放電電荷量の変化の変曲点となっている。
したがって、約０．８５ｍＡに所定の値をマージンとして加えた領域が、用紙に画像を形成するために適した交流電流Ｉａｃの大きさとなる。

図７は、交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合の電荷量（交流電流Ｉａｃの積分値）の位相を示すグラフであって、（Ａ）は初期環境における放電のない領域（交流電流Ｉａｃの大きさ）での位相を示すグラフであり、（Ｂ）は環境変化を伴う放電のない領域での位相を示すグラフであり、（Ｃ）は放電が発生する領域での位相を示すグラフである。
図７（Ａ）に示すように、初期環境における放電のない領域で交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合、電荷量の大きさは交流電流Ｉａｃの大きさに応じて変化するが、電荷量の位相は変化しない。

一方、図７（Ｂ）に示すように、初期環境に対して環境が変化した場合、放電のない領域で交流電流Ｉａｃの大きさを変化させると、電荷量の大きさは交流電流Ｉａｃの大きさに応じて変化し、環境の変化に応じて電荷量の位相が変化する。ただし、交流電流Ｉａｃの大きさが異なっても、電荷量の位相は同じになっている。

これらに対し、図７（Ｃ）に示すように、放電が発生する領域で交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合、電荷量の大きさが交流電流Ｉａｃの大きさに応じて変化するとともに、電荷量の位相も交流電流Ｉａｃの大きさに応じて変化する。

つまり、制御部６６は、放電のない領域で電荷量の基準となる位相を検出して、さらに交流電流Ｉａｃの大きさを変化させ、電荷量の位相が基準となる位相に対して変化し始める交流電流Ｉａｃの大きさ（変曲点）を探すことにより、像保持体４４を帯電させるために適切な交流電流Ｉａｃの大きさを決定することができる。
なお、制御部６６は、分周器７４が出力する周期信号の立ち上がりを基準にして、電荷量の位相を特定するようにされている。

図８は、交流電流Ｉａｃの積分値（電荷量）の周期信号に対する位相のずれを示すタイミングチャートである。
周期が交流電流Ｉａｃと略同じである周期信号の周期をＴとすると、交流電流Ｉａｃの積分値（電荷量）は、周期信号に対して遅れて周期Ｔで変化する。電荷量の位相を特定する場合、まず、放電が発生しない領域で交流電流Ｉａｃの大きさを変化させ、交流電流Ｉａｃの大きさに依存しない位相を周期信号の位相に対する遅延時間によって特定する。

例えば、周期信号の立ち上がりに対し、遅れて電荷量の極性が変化する点（直流によらない電荷量が０になる点：時間軸上の位置）の電荷をＱ１とすると、周期信号の立ち上がりからＱ１＝０までの時間が周期信号に対する電荷量の遅延時間（ＣＣＰ）となり、この遅延時間によって電荷量の位相を特定することができる。また、Ｑ１＝０に対してさらにＴ／２遅れた点の電荷をＱ２とすると、Ｑ２も電荷量の極性が変化する点（直流によらない電荷量が０になる点）となる。

したがって、交流電流Ｉａｃの大きさを放電のない領域から放電が発生する領域まで変化させつつ、Ｑ１、Ｑ２の時間軸上の位置の電荷量が変化を始める交流電流Ｉａｃの大きさを探すことにより、＋側（正の値）及び−側（負の値）それぞれの放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを特定することができ、差分電荷ΔＱ＝｜Ｑ２｜−｜Ｑ１｜とすると、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを変曲点として探すことができる。
このように、Ｑ１、Ｑ２の時間軸上の位置の電荷量の変化を検出することにより、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを変曲点として探すことができる。以下、放電電流が流れていない状態におけるＱ１＝０の時間軸上の位置をサンプリングポイント１（ＳＰ１）、Ｑ２＝０の時間軸上の位置をサンプリングポイント２（ＳＰ２）と記す。

図９は、周期信号に対する電荷量の遅延時間（ＣＣＰ）の値と、環境条件との関係を示す図表であって、（Ａ）は画像形成装置１０内の温度（機内温度）に対する遅延時間の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に示した環境の詳細と遅延時間との対応を示す図表である。
上述したように、環境の変化に応じて電荷量の位相は変化する。ここで、図９（Ａ）に矢印で示したように、遅延時間（ＣＣＰ）の値が５以上異なるように環境が変化すると、環境の変化に応じてサンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２を変更しなければ、電荷量の検出精度が低下し、適切な交流電流Ｉａｃの大きさを特定する精度が低下するために、画像形成装置１０が形成する画像の質に影響を与えることが確認されている。

次に、帯電部材５６、制御部６６及びその周辺の第２の実施例について説明する。
図１０において、帯電部材５６、制御部６６及びその周辺の第２の実施例が示されている。高圧給電部８４は、可変直流電源部８６及び可変交流電源部８８を有する。
可変直流電源部８６は、後述するＰＷＭ生成部１０２から入力される制御信号（電流値調整信号）に応じた大きさの直流電圧を生成する。可変交流電源部８８は、電流の周期が後述する周期信号生成部１００から入力される周期信号と略同じにされ、電流の大きさ（振幅）がＰＷＭ生成部１０２から入力される制御信号（電流値調整信号）に応じて変化するように交流電圧を生成する。なお、可変交流電源部８８が生成する交流電圧と、可変直流電源部８６が生成する直流電圧とは重畳され、交流成分と直流成分とが重畳された所定の帯電電流が帯電部材５６に対して供給されるようになっている。

直流電流検出部９０は、可変直流電源部８６が生成する直流電圧によって、帯電部材５６に対して供給される直流電流を検出し、後述するＭＣＵ９８に対して出力する。交流電流検出部９２は、可変交流電源部８８が生成する交流電圧によって、帯電部材５６に対して供給される交流電流を検出し、積分部９４に対して出力する。積分部９４は、交流電流検出部９２から入力される交流電流を積分し、電荷量としてＭＣＵ９８に対して出力する。

ＭＣＵ（Micro Controller Unit）９８は、ＣＰＵ１０６、メモリ１０８及び図示しない複数のＡ／Ｄ変換器を有し、制御部６６の一部を構成する。例えばメモリ１０８は、後述する周期信号生成部１００から入力される周期信号に対する電荷量の遅延時間の初期値（ＣＣＰの値、高周波周期信号数など）と環境条件とを対応させた第１の対応表（図９参照）と、放電を開始する交流電流Ｉａｃの大きさ（変曲点）に対し、像保持体４４の磨耗を促進させない程度のマージンを環境条件ごとに対応させた第２の対応表とを記憶する。
なお、第１の対応表及び第２の対応表は、実験などにより予め評価された結果に基づき、環境条件ごとに適すると判定された標準値をそれぞれまとめたものである。
そして、ＭＣＵ９８は、メモリ１０８が記憶している情報に応じて周期信号に対する電荷量の遅延時間の初期値を積分部９４に対して設定するとともに、後述する環境条件検出部１０４の検出結果に応じて可変交流電源部８８が適切な交流電流Ｉａｃを帯電部材５６に対して供給するように、積分部９４の積分期間調整を行うようにされている。

周期信号生成部１００は、ＭＣＵ９８の制御に応じて、可変交流電源部８８が生成する交流電流の周期と略同じ周期の周期信号を生成し、可変交流電源部８８及びＭＣＵ９８に対して出力する。ＰＷＭ生成部１０２は、ＭＣＵ９８の制御に応じた幅のパルスを制御信号として生成し、可変交流電源部８８が生成する交流電圧の大きさ、及び可変直流電源部８６が生成する直流電圧の大きさを制御する。環境条件検出部１０４は、例えば画像形成装置１０内の温度及び湿度を検出し、ＭＣＵ９８に対して出力する。

図１１は、適切な帯電電流で像保持体４４を帯電させるために、図１０に示したＭＣＵ９８がプログラムを実行することによって行う処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。
図１１に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、ＭＣＵ９８は、電源投入されると、環境条件検出部１０４によって画像形成装置１０内の温度及び湿度（環境条件）を取得する。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、ＭＣＵ９８は、メモリ１０８が記憶する第１の対応表（図９参照）を読み取り、周期信号生成部１００が生成する周期信号に対する電荷量の遅延時間（ＣＣＰ）の初期値を、環境条件検出部１０４が検出した環境条件に応じて設定する。ここで、ＭＣＵ９８が設定した結果は、例えばメモリ１０８に記憶されてもよい。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ＭＣＵ９８は、放電が発生しない領域の交流電流Ｉａｃを高圧給電部９６が帯電部材５６へ供給するように制御し、設定された遅延時間に応じたサンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２において、積分部９４から入力される電荷量を検出することにより、電荷量の位相を検出する。
例えば、図１２に示すように、設定された遅延時間（ＣＣＰ）の初期値に応じたサンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２の初期値において、積分部９４から入力される電荷量（Ｑ１、Ｑ２）を検出する。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、ＭＣＵ９８は、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２におけるＱ１、Ｑ２が同じであるか否かを判定し、同じである場合にはＳ１１０の処理に進み、同じでない場合にはＳ１０８の処理に進む。
例えば、図１２に示すように、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２の初期値においてＱ１とＱ２との値が異なる場合には、Ｓ１１０の処理に進む。
また、遅延時間を変化させることなどにより、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２におけるＱ１、Ｑ２が同じである場合には、電荷量の位相が特定され、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを探すために電荷量をサンプリングするポイントとして、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２の位置が確定されたことになる（図１２参照）。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、ＭＣＵ９８は、周期信号に対する電荷量の遅延時間の値を変更し、設定する。すなわち、ＭＣＵ９８は、Ｑ１＝Ｑ２になったサンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２に対応する遅延時間を設定する。

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、ＭＣＵ９８は、交流電流Ｉａｃの大きさを放電が発生しない領域から放電が発生する領域へ順次増加させ、差分電荷ΔＱ（図６参照）を順次算出することにより、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを変曲点として探す処理を行う（変曲点サーチ）。

ステップ１１２（Ｓ１１２）において、ＭＣＵ９８は、画像形成装置１０内の温度及び湿度（環境条件）を取得する。なお、Ｓ１１２の処理は、Ｓ１００の処理の結果を用いることにより、行われなくてもよい。

ステップ１１４（Ｓ１１４）において、ＭＣＵ９８は、メモリ１０８が記憶する第２の対応表を読み取り、交流電流Ｉａｃの環境条件に対応するマージンを参照する。

ステップ１１６（Ｓ１１６）において、ＭＣＵ９８は、Ｓ１１０の処理によって探した交流電流Ｉａｃの大きさに対し、Ｓ１１４の処理において参照したマージンを加算することにより、適切な交流電流Ｉａｃの値（又は範囲）を算出する。

ステップ１１８（Ｓ１１８）において、ＭＣＵ９８は、Ｓ１１６の処理で算出した交流電流Ｉａｃを設定する。

次に、帯電部材５６、制御部６６及びその周辺の第３の実施例について説明する。
図１３において、帯電部材５６、制御部６６及びその周辺の第３の実施例が示されている。
なお、図１３に示した第３の実施例において、図１０に示した第２の実施例を構成する部分と実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。
第３の実施例において、ＭＣＵ９８は、交流電流検出部９２から入力される交流電流を図示しないＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換し、積分する処理を行うようにされている。

図１４は、適切な帯電電流で像保持体４４を帯電させるために、図１３に示したＭＣＵ９８がプログラムを実行することによって行う処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。
図１４に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、ＭＣＵ９８は、電源投入されると、環境条件検出部１０４によって画像形成装置１０内の温度及び湿度（環境条件）を取得する。

ステップ２０２（Ｓ２０２）において、ＭＣＵ９８は、メモリ１０８が記憶する第１の対応表（図９参照）を読み取り、周期信号生成部１００が生成する周期信号に対する電荷量の遅延時間（ＣＣＰ）の初期値を、環境条件検出部１０４が検出した環境条件に応じて設定する。ここで、ＭＣＵ９８が設定した結果は、例えばメモリ１０８に記憶されてもよい。

ステップ２０４（Ｓ２０４）において、ＭＣＵ９８は、交流電流検出部９２から入力される交流電流を積分する。

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、ＭＣＵ９８は、放電が発生しない領域の交流電流Ｉａｃを高圧給電部９６が帯電部材５６へ供給するように制御し、設定された遅延時間に応じたサンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２において、積分部９４から入力される電荷量を検出することにより、電荷量の位相を検出する。

ステップ２０８（Ｓ２０８）において、ＭＣＵ９８は、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２におけるＱ１、Ｑ２（図８参照）が同じであるか否かを判定し、同じである場合にはＳ２１２の処理に進み、同じでない場合にはＳ２１０の処理に進む。
なお、Ｑ１、Ｑ２が同じである場合には、電荷量の位相が特定され、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを探すために電荷量をサンプリングするポイントとして、サンプリングポイントＳＰ１、ＳＰ２の位置が確定されたことになる。

ステップ２１０（Ｓ２１０）において、ＭＣＵ９８は、周期信号に対する電荷量の遅延時間の値を変更し、設定する。

ステップ２１２（Ｓ２１２）において、ＭＣＵ９８は、交流電流Ｉａｃの大きさを放電が発生しない領域から放電が発生する領域へ順次増加させ、差分電荷ΔＱ（図６参照）を順次算出することにより、放電を発生し始める交流電流Ｉａｃの大きさを変曲点として探す処理を行う（変曲点サーチ）。

ステップ２１４（Ｓ２１４）において、ＭＣＵ９８は、画像形成装置１０内の温度及び湿度（環境条件）を取得する。なお、Ｓ２１４の処理は、Ｓ２００の処理の結果を用いることにより、行われなくてもよい。

ステップ２１６（Ｓ２１６）において、ＭＣＵ９８は、メモリ１０８が記憶する第２の対応表を読み取り、交流電流Ｉａｃの環境条件に対応するマージンを参照する。

ステップ２１８（Ｓ２１８）において、ＭＣＵ９８は、Ｓ２１２の処理によって探した交流電流Ｉａｃの大きさに対し、Ｓ２１６の処理において参照したマージンを加算することにより、適切な交流電流Ｉａｃの値（又は範囲）を算出する。

ステップ２２０（Ｓ２２０）において、ＭＣＵ９８は、Ｓ２１８の処理で算出した交流電流Ｉａｃを設定する。

なお、上記実施形態においては、１つの像保持体４４を帯電させる１つの帯電部材５６を有する画像形成装置１０について説明したが、これに限定されることなく、例えば４つの像保持体を有するカラー画像形成装置において、像保持体をそれぞれ帯電させる４つの帯電装置に対し、交流電流Ｉａｃの大きさを制御するようにされてもよい。

また、制御部６６が行う制御（プログラムによる）は、通信手段により提供されてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納して提供されてもよい。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概要を示す側面図である。 帯電部材、制御部及びその周辺の第１の実施例の詳細を示すブロック図である。 交流電流Ｉａｃの積分期間と、積分器が出力する積分値との関係を示すグラフである。 積分期間調整信号生成器が生成する積分期間調整信号を模式的に示すタイミングチャートである。 交流電流Ｉａｃの大きさを変化させるように、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ（Ｖ）を変化させた場合の、像保持体の表面電位、及び像保持体と帯電部材との間の放電電荷量を示すグラフであり、（Ａ）はピーク間電圧Ｖｐｐの変化に対する像保持体表面電位の変化を示すグラフであり、（Ｂ）はピーク間電圧Ｖｐｐの変化に対する放電電荷量の変化を示すグラフである。 交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合の、像保持体と帯電部材との間の放電電荷量を示すグラフであり、（Ａ）は交流電流Ｉａｃの変化に対する＋側及び−側それぞれの放電電荷量の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は交流電流Ｉａｃの変化に対する差分電荷の変化を示すグラフである。 交流電流Ｉａｃの大きさを変化させた場合の電荷量の位相を示すグラフであって、（Ａ）は初期環境における放電のない領域での位相を示すグラフであり、（Ｂ）は環境変化を伴う放電のない領域での位相を示すグラフであり、（Ｃ）は放電が発生する領域での位相を示すグラフである。 交流電流Ｉａｃの積分値（電荷量）の周期信号に対する位相のずれを示すタイミングチャートである。 周期信号に対する電荷量の遅延時間の値と、環境条件との関係を示す図表であって、（Ａ）は画像形成装置内の温度に対する遅延時間の変化を示すグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に示した環境の詳細と遅延時間との対応を示す図表である。 帯電部材、制御部及びその周辺の第２の実施例を示すブロック図である。 適切な帯電電流で像保持体を帯電させるために、図１０に示したＭＣＵがプログラムを実行することによって行う処理（Ｓ１０）を示すフローチャートである。 交流電流Ｉａｃの積分値（電荷量）の周期信号に対する位相のずれを検知する過程を示すタイミングチャートである。 帯電部材、制御部及びその周辺の第３の実施例を示すブロック図である。 適切な帯電電流で像保持体を帯電させるために、図１２に示したＭＣＵがプログラムを実行することによって行う処理（Ｓ２０）を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１４ 像形成手段
４４ 像保持体
５６ 帯電部材
６６ 制御部
６８ ＣＰＵ
７０ メモリ
７２ 高周波周期信号生成部
７４ 分周器
７６ 高圧給電部
７８ 電流検出部
８０ 積分器
８２ 積分期間調整信号生成器
８４ 高圧給電部
８６ 可変直流電源部
８８ 可変交流電源部
９０ 直流電流検出部
９２ 交流電流検出部
９４ 積分部
９６ 高圧給電部
９８ ＭＣＵ
１００ 周期信号生成部
１０２ ＰＷＭ生成部
１０４ 環境条件検出部
１０６ ＣＰＵ
１０８ メモリ

Claims (13)

1. 被帯電体を帯電させる帯電部材と、
   前記帯電部材に流れる電流の交流成分を検出する電流検出手段と、
   この電流検出手段によって検出された電流を積分する積分手段と、
   この積分手段の積分結果に応じて、前記帯電部材に流れる電流を制御する電流制御手段と、
   前記交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を生成する周期信号生成手段と、
   環境条件を検出する環境条件検出手段と、
   前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記周期信号を基準とした前記積分手段の積分期間の開始時期又は終了時期を調整する積分期間調整手段と、
   を有することを特徴とする帯電装置。
2. 前記積分期間調整手段は、前記周期信号生成手段が生成する周期信号に対する遅延時間を、前記周期信号よりも周波数が高い高周波周期信号に同期して設定することにより、積分期間の開始時期又は終了時期を調整する請求項１記載の帯電装置。
3. 帯電部材に印加される交流成分の周波数は、高周波周期信号に同期して決定される請求項２記載の帯電装置。
4. 前記積分手段は、前記電流検出手段が検出した交流成分の正の値と負の値とをそれぞれ積分するものであり、
   前記電流制御手段は、積分された正の値の絶対値と負の値の絶対値との差に応じて、前記帯電部材に供給される電流の交流成分の大きさを制御する請求項１乃至３いずれか記載の帯電装置。
5. 前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記積分期間調整手段が設定する遅延時間の初期値を設定する設定手段、
   をさらに有する請求項２乃至４いずれか記載の帯電装置。
6. 像保持体と、
   この像保持体を帯電させる帯電部材と、
   この帯電部材に交流成分を含む電流を供給する給電手段と、
   この給電手段が前記帯電部材に供給する電流の交流成分を検出する電流検出手段と、
   この電流検出手段によって検出された電流を積分する積分手段と、
   この積分手段の積分結果に応じて、前記帯電部材に流れる電流を制御する電流制御手段と、
   前記交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を生成する周期信号生成手段と、
   環境条件を検出する環境条件検出手段と、
   前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記周期信号を基準とした前記積分手段の積分期間の開始時期又は終了時期を調整する積分期間調整手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 前記積分期間調整手段は、前記周期信号生成手段が生成する周期信号に対する遅延時間を、前記周期信号よりも周波数が高い高周波周期信号に同期して設定することにより、積分期間の開始時期又は終了時期を調整する請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記給電手段は、前記高周波周期信号に同期して周波数が決定される交流成分を含む電流を供給する請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記積分手段は、前記電流検出手段が検出した交流成分の正の値と負の値とをそれぞれ積分するものであり、
   前記電流制御手段は、積分された正の値の絶対値と負の値の絶対値との差に応じて、前記帯電部材に供給される電流の交流成分の大きさを制御する請求項６乃至８いずれか記載の画像形成装置。
10. 前記環境条件検出手段が検出した環境条件に応じて、前記積分期間調整手段が設定する遅延時間の初期値を設定する設定手段、
    をさらに有する請求項７乃至９いずれか記載の画像形成装置。
11. 環境条件を取得するステップと、
    被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分した結果及び環境条件に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、
    開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、
    をコンピュータに実行させる帯電制御プログラム。
12. 環境条件を取得するステップと、
    被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分するステップと、
    環境条件及び積分した結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、
    開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、
    をコンピュータに実行させる帯電制御プログラム。
13. 環境条件を取得するステップと、
    検出した環境条件に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対する遅延時間の初期値を設定するステップと、
    設定した初期値に基づいて、被帯電体を帯電させる帯電部材に流れる電流の交流成分を積分するステップと、
    積分した結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分を積分する積分期間の開始時期又は終了時期を、帯電部材に流れる電流の交流成分の周期に対応した周期を有する周期信号を基準として調整するステップと、
    開始時期又は終了時期を調整した積分結果に応じて、帯電部材に流れる電流の交流成分の大きさを調整するステップと、
    をコンピュータに実行させる帯電制御プログラム。

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