JP4992315B2 - 帯電装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式を採用したプリンタや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置に用いられる帯電装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

特開平０７−２３９６０３号公報 特開２００４−３３３７８９号公報

従来、この種の電子写真方式を採用したプリンタや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置に用いられる帯電装置としては、感光体ドラムの表面に帯電ロールを接触させた状態で配置し、当該帯電ロールに交流電圧、あるいは直流電圧を重畳した交流電圧を印加することにより、感光体ドラムの表面を所定の電位に一様に帯電する接触型の帯電装置が用いられている。

かかる接触型の帯電装置においては、感光体ドラムの表面が不均一に帯電されてしまう帯電むらの発生と、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生の双方を抑制するために、感光体ドラムと帯電ロールとの間に流れる直流電流を検知し、当該検知された直流電流の変動量に応じて、帯電ロールに印加する交流電圧もしくは交流電流を制御するものが知られている（特開平０７−２３９６０３号公報や特開２００４−３３３７８９号公報）。

かかる特開平０７−２３９６０３号公報や特開２００４−３３３７８９号公報等に開示された技術は、感光体層の表面に高い硬度を有するオーバーコート層を設けた感光体ドラムに適用した場合でも、帯電むらの発生や放電生成物の発生を抑制することができ、感光体ドラムの長寿命化と出力される画像における画像品質の維持とを両立することができるものである。

ところで、上記特開平０７−２３９６０３号公報に係る帯電装置は、像形成体に接触する帯電部材に交流成分を有するバイアス電圧を印加して、前記像形成体の帯電を行う画像形成装置において、前記像形成体の帯電バラツキの情報から前記交流成分の電圧を調整するように構成したものであるが、像形成体の帯電バラツキの情報としては、例えば、バイアス電圧の直流成分の電流値が用いられている。

また、上記特開２００４−３３３７８９号公報に係る画像形成装置は、回転する像担持体上の帯電処理を行う接触帯電手段と、前記接触帯電手段にバイアスを印加する電源と、前記像坦持体に流れ込む直流電流成分を検知する直流電流検知手段と、前記像担持体に画像情報を記録する露光手段と、前記露光手段によって記録された画像情報のトナー像化する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写部材と、を有する画像形成装置に於いて、前記接触帯電部材に印加されるバイアスが交番電界に直流電界を重畳したものであり、該交番電界の画像形成時の制御値は、非画像形成時の所定のタイミングに、該交番電界を暫時、増加、あるいは減少させ、かつ直流電界を一定とした時に、前記、直流電流検知手段の検知値と、該交番電界の値、との関係に応じて決定されるように構成したものである。

さらに、上記特開２００４−３３３７８９号公報に係る画像形成装置は、具体的な態様として、接触帯電部材に画像形成時に印加されるバイアス制御値が、非画像形成時の所定のタイミングに、該交番電界を暫時、増加、あるいは減少させた時に、交番電界値−直流電流値の関係が直線性から外れたポイントの交番電界値に所定の比率を乗じた値で決定されるように構成したものである。

しかしながら、上記特開平０７−２３９６０３号公報や特開２００４−３３３７８９号公報に開示された技術の場合には、上述したように、像形成体の帯電バラツキの情報として、バイアス電圧の直流成分の電流値を用い、当該バイアス電圧の直流成分の電流値から交流成分の電圧を調整したり、接触帯電部材に画像形成時に印加されるバイアス制御値が、非画像形成時の所定のタイミングに、該交番電界を暫時、増加、あるいは減少させた時に、交番電界値−直流電流値の関係が直線性から外れたポイントの交番電界値に所定の比率を乗じた値で決定されるように構成したものである。

ところで、上記像担持体に接触する帯電部材に流れる直流成分の電流値は、微弱な電流であるばかりか、本発明者等の測定結果によれば、図１２に示すように、全体のノイズと同レベルであり、この直流成分の電流値は、帯電部材に印加する交流電圧を次第に高くしていき、感光体ドラムの表面電位が一定の電位に飽和する前後においても、その変動幅が約０．７５（μＡ）と変わらなかった。

したがって、上記特開平０７−２３９６０３号公報や特開２００４−３３３７８９号公報に開示された技術の場合には、バイアス電圧の直流成分の電流値や、直流電流検知手段の検知値に基づいて、帯電部材に印加する交流電圧（交番電界）を制御しようとしても、バイアス電圧の直流成分の電流値を精度良く検知することができず、結果的に、感光体ドラム等の像担持体の帯電電位を精度良く制御することができないという課題を有していた。

そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、接触型の帯電部材に流れる直流電流を精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能な帯電装置及びこれを用い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に記載された発明は、像担持体の表面に接触して回転するように配設され、当該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、
前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段と、
前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から特定の成分のみを取り出すフィルター手段とを有し、
前記制御手段は、交流電流を徐々に増加させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の変動量が減少し、前記像担持体の帯電電位が一定の値に飽和するように、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする帯電装置である。

この請求項１に記載された発明によれば、直流電流検知手段によって検知された直流電流から特定の成分のみを取り出すフィルター手段を有しているので、当該フィルター手段によって像担持体の帯電むらとは関係のない直流電流の成分を除くことができ、微弱な電流であっても、像担持体の帯電むら等に起因した直流電流の特定成分のみを精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能となる。

また、請求項２に記載された発明は、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分は、前記帯電部材の回転周期に対応した周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置である。

この請求項２に記載された発明によれば、フィルター手段によって帯電部材の回転周期に対応した周波数成分のみを取り出すことができ、高温高湿環境下において、像担持体の表面に付着した付着物が吸湿して、抵抗値が低下することにより発生する像流れに起因した像担持体の帯電電位の変動成分を除いて、当該像担持体の帯電むら等に起因した直流電流の特定成分のみを精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能となる。その結果、高温高湿環境下においても、像担持体の表面を所定の帯電電位に帯電することができ、像流れ等の発生を抑制して、高画質の画像を形成することが可能となる。

さらに、請求項３に記載された発明は、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分は、前記像担持体の回転周期に対応した周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置である。

この請求項３に記載された発明によれば、フィルター手段によって像担持体の回転周期に対応した周波数成分のみを取り出すことができ、低温低湿環境下において、帯電部材の表面に付着した残留トナー等の高抵抗物質の影響による像担持体の帯電むらを除いて、像担持体そのものの帯電むらに起因した直流電流の特定成分のみを精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能となる。その結果、低温低湿環境下においても、過剰な交流電圧を印加したり、過剰な交流電流を通電することなく、像担持体の表面を所定の帯電電位に帯電することができ、高画質の画像を形成することが可能となる。

又、請求項４に記載された発明は、前記フィルター手段は、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から、複数の特定周波数成分を取り出すように構成されているとともに、当該フィルター手段は、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から取り出す特定周波数成分を切替えることが可能に構成されてい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である。

この請求項４に記載された発明によれば、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から、高温高湿環境や低温低湿環境などの環境に応じて適した特定の成分を取り出すことができる。

更に、請求項５に記載された発明は、前記制御手段は、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を変化させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の分散値がどのように変化するかを検知し、当該直流電流の特定周波数成分の分散値の変化に基づいて、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置である。

この請求項５に記載された発明によれば、直流電流の特定成分の分散値の変化に基づいて、帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御するように構成したので、直流電流の特定成分に不本意なばらつきが含まれていた場合でも、当該直流電流の特定成分の分散値を求め、当該分散値の変化に基づいて、帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することで、像担持体の帯電電位を高い精度で制御することができる。

また、請求項６に記載された発明は、トナー像が表面に形成される像担持体と、
前記像担持体の表面に接触して回転するように配設され、当該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、
前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段と、
前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から前記直流電流に現れる周波数成分のうち、特定の周波数成分のみを通過させるフィルター手段と、
前記像担持体の表面に画像を書き込む画像書き込む手段と、
前記画像書き込む手段によって前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像手段と
を有し、
前記制御手段は、交流電流を徐々に増加させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の変動量が減少し、前記像担持体の帯電電位が一定の値に飽和するように、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする画像形成装置である。

この請求項６に記載された発明によれば、請求項１に記載された発明と同様に、直流電流検知手段によって検知された直流電流から特定の成分のみを取り出すフィルター手段を有しているので、当該フィルター手段によって像担持体の帯電むらとは関係のない直流電流の成分を除くことができ、微弱な電流であっても、像担持体の帯電むら等に起因した直流電流の特定成分のみを精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能となり、高画質の画像を形成することができる。

この発明によれば、接触型の帯電部材に流れる直流電流を精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能な帯電装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１
図２はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を適用した画像形成装置としてのカラー複合機を示す構成図である。なお、このカラー複合機は、複写機やプリンタ、あるいはファクシミリとしての機能をも兼ね備えている。

このカラー複合機１は、図２に示すように、その上部に画像読取装置としてのスキャナー３を備えているとともに、図示しないネットワークを介して図示しないパーソナルコンピュータ等を接続されている。

そして、上記カラー複合機は、スキャナーで読み取った文書の画像を複写したり、パーソナルコンピュータから送られてきた画像データに基づいてプリントしたり、電話回線を介して画像データを送受信するファックスとして機能するようになっている。

図２において、１はカラー複合機の本体を示すものであり、このカラー複合機本体１の上部には、図示しない原稿を一枚ずつ分離した状態で自動的に搬送する自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）２と、当該自動原稿搬送装置２によって搬送される原稿の画像を読み取るスキャナー３が配設されている。上記スキャナー３は、プラテンガラス４上に載置された図示しない原稿を光源５によって照明し、原稿からの反射光像を、フルレートミラー６及びハーフレートミラー７、８及び結像レンズ９からなる縮小光学系１１を介してＣＣＤ等からなる画像読取素子１０上に走査露光して、この画像読取素子１０によって原稿の色材反射光像を所定のドット密度（例えば、１６ドット／ｍｍ）で読み取るようになっている。

上記スキャナー３によって読み取られた原稿の反射光像は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（各８ｂｉｔ）の３色の反射率データとして画像処理装置１２（ＩＰＳ）に送られ、この画像処理装置１２では、原稿の画像データに対して、必要に応じて、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色／移動編集等の処理を含め、後述するように所定の画像処理が施される。また、この画像処理装置１２は、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像データに対しても、所定の画像処理を行なうようになっている。

そして、上記画像処理装置１２で所定の画像処理が施された画像データは、同じく画像処理装置１２によって、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック （Ｋ）（各８ビット）の４色の階調データ（画像データ）に変換され、次に述べるように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋに共通するＲＯＳ（ＲａｓｅｒＯｕｔｐｕｔＳｃａｎｎｅｒ）１４に送られ、この画像書き込み手段としてのＲＯＳ１４では、所定の色の階調データに応じてレーザ光ＬＢによる画像露光が行われる。なお、カラー画像に限らず、白黒の画像のみを形成しても勿論良い。

ところで、上記カラー複合機本体１の内部には、図２に示すように、画像形成手段Ａが配設されており、この画像形成手段Ａには、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン （Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋが、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置されている。

これらの４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、すべて同様に構成されており、大別して、所定の速度で回転駆動される像担持体としての感光体ドラム１５と、この感光体ドラム１５の表面を一様に帯電する接触型の帯電装置としての帯電ロール１６と、当該感光体ドラム１５の表面に所定の色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する画像書き込み手段としてのＲＯＳ１４と、感光体ドラム１５上に形成された静電潜像を所定の色のトナーで現像する現像手段としての現像装置１７と、感光体ドラム１５の表面を清掃するクリーニング装置１８とから構成されている。これらの感光体ドラム１５と周辺に配置される画像形成部材は、一体的にユニット化されており、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ毎にカラ―複合機本体１から個別に交換可能となっている。

上記ＲＯＳ１４は、図２に示すように、４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋに共通に構成されており、図示しない４つの半導体レーザを各色の画像データに応じて変調して、これらの半導体レーザからレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋを画像データに応じて出射するように構成されている。なお、上記ＲＯＳ１４は、複数の画像形成ユニット毎に個別に構成しても勿論よい。上記半導体レーザから出射されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、図示しないｆ−θレンズを介してポリゴンミラー１９に照射され、このポリゴンミラー１９によって偏向走査される。上記ポリゴンミラー１９によって偏向走査されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、図示しない結像レンズ及び複数枚のミラーを介して、感光体ドラム１５上の露光ポイントに、斜め下方から走査露光される。

上記ＲＯＳ１４は、図２に示すように、下方から感光体ドラム１５上に画像を走査露光するものであるため、このＲＯＳ１４には、上方に位置する４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの現像装置１７などからトナー等が落下して、汚損される虞れを有している。そのため、ＲＯＳ１４は、その周囲が直方体状のフレーム２０によって密閉されているとともに、当該フレーム２０の上部には、４本のレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋを、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの感光体ドラム１５上に露光するため、シールド部材としての透明なガラス製のウインドウ２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋが設けられている。

上記画像処理装置１２からは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋに共通して設けられたＲＯＳ１４に、各色の画像データが順次出力され、このＲＯＳ１４から画像データに応じて出射されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、対応する感光体ドラム１５の表面に走査露光され、静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１５上に形成された静電潜像は、現像装置１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋによって、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像として現像される。

上記各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの感光体ドラム１５上に、順次形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像は、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの上方にわたって配置された転写ユニット２２の中間転写ベルト２５上に、４つの一次転写ロール２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋによって多重に転写される。これらの一次転写ロール２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋは、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの感光体ドラム１５に対応した中間転写ベルト２５の裏面側に配設されている。この実施の形態における一次転写ロール２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋの体積抵抗値は、１０⁵ 〜１０⁸ Ωｃｍに抵抗調整されたものを使用している。そして、一次転写ロール２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋには、転写バイアス電源（図示しない）が接続されており、所定のトナー極性とは逆極性（本実施の形態では正極性）の転写バイアスが所定のタイミングで印加されるようになっている。

また、上記中間転写ベルト２５は、図２に示すように、ドライブロール２７と、テンションロール２４と、バックアップロール２８との間に一定のテンションで掛け回されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モーターによって回転駆動されるドライブロール２７により、矢印方向に所定の速度で循環駆動されるようになっている。上記中間転写ベルト２５は、例えば、チャージアップを起こさないべルト素材（ゴムまたは樹脂）にて構成されている。

上記中間転写ベルト２５上に多重に転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像は、図２に示すように、バックアップロール２８に圧接する二次転写ロール２９によって、シート材としての用紙３０上に二次転写され、これらの各色のトナー像が転写された用紙３０は、上方に位置する定着装置４０へと搬送される。上記二次転写ロール２９は、バックアップロール２８の側方に圧接しており、下方から上方に搬送される用紙３０上に、各色のトナー像を二次転写するようになっている。

上記用紙３０は、カラー複合機本体１の下部に複数段配設された給紙トレイ３１、３２、３３、３４のいずれかから所定サイズのものが、フィードロール３５及びリタードロール３６等によって一枚ずつ分離された状態で、搬送ロール３７を備えた用紙搬送路３８を介して給紙される。そして、上記給紙トレイ３１、３２、３３、３４のいずれかから給紙された用紙３０は、レジストロール３９で一旦停止され、中間転写ベルト２５上の画像と同期して、当該レジストロール２９によって中間転写ベルト２５の二次転写位置へと再度給紙される。

そして、上記各色のトナー像が転写された用紙３０は、図２に示すように、定着装置４０によって熱及び圧力で定着処理を受けた後、搬送ロール４１によって、画像形成面を下にして第１の排出トレイとしてのフェイスダウントレイ４２に排出するための第１の用紙搬送路４３を介して、当該第１の用紙搬送路４３の出口に設けられた排出ロール４４によって、装置本体１の上部に設けられたフェイスダウントレイ４２上に排出される。

また、上記の如く画像が形成された用紙３０を、画像形成面を上にして排出する場合には、図２に示すように、画像形成面を上にして第２の排出トレイとしてのファイスアップトレイ４５に排出するための第２の用紙搬送路４６を介して、当該第２の用紙搬送路４６の出口に設けられた排出ロール４７によって、装置本体１の側部（図中、左側面）に設けられるフェイスアップトレイ４５上に排出されるようになっている。

なお、上記カラー複合機において、フルカラー等の両面コピーをとる場合には、図２に示すように、片面に画像が定着された用紙３０を、排出ロール４４によってフェイスダウントレイ４２上にそのまま排出せずに、図示しない切替ゲートによって搬送方向を切り替えるとともに、排出ロール４４を一旦停止させた後に逆転して、当該排出ロール４４によって両面用の用紙搬送路４８へと搬送する。そして、この両面用の用紙搬送路４８には、当該搬送路４８に沿って設けられた搬送ローラ４９により、用紙３０の表裏が反転された状態で、再度レジストロール３９へと搬送され、今度は、当該用紙３０の裏面に画像が転写・定着された後、第１の用紙搬送路４３又は第２の用紙搬送路４６を介して、フェイスダウントレイ４２又はフェイスアップトレイ４５のいずれかに排出される。

図２中、５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の現像装置１７に、所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジを、５１は中間転写ベルト２５の表面をクリーニングするクリーニング装置をそれぞれ示している。

図３は上記カラー複合機の各画像形成ユニットを示すものである。

上記イエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、図３に示すように、すべて同様に構成されており、これらの４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋでは、上述したように、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色のトナー像が所定のタイミングで順次形成されるように構成されている。上記各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、上述したように、それぞれ感光体ドラム１５を備えており、この感光体ドラム１５の表面は、一次帯電用の帯電ロール１６によって一様に帯電される。その後、上記感光体ドラム１５の表面は、ＲＯＳ１４から画像データに応じて出射される画像形成用のレーザ光ＬＢが走査露光されて、各色に対応した静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１５上に走査露光されるレーザ光ＬＢは、当該感光体ドラム１５の直下よりやや右側寄りの斜め下方から露光されるように設定されている。上記感光体ドラム１５上に形成された静電潜像は、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの現像装置１７の現像ロール１７ａによってそれぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色の各色のトナーにより現像されて可視トナー像となり、これらの可視トナー像は、一次転写ロール２６の帯電によって中間転写ベルト２５上に順次多重に転写される。上記各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの現像装置１７は、トナーとキャリアとからなる二成分系の現像剤を使用するものであっても、トナーのみからなる一成分系の現像剤を使用するものであっても良い。

なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム１５の表面は、クリーニング装置１８のクリーニングブレード１８ａによって残留トナー等が除去されて、次の画像形成プロセスに備えるようになっている。このクリーニング装置１８では、便宜上、クリーニングブレード１８ａやシール部材の先端が、感光体ドラム１５の内部に入り込んだ状態で図示されているが、これは、クリーニングブレード１８ａやシール部材の先端が、感光体ドラム１５の表面に当接する前の自由状態を示したものである。

ところで、この実施の形態に係る帯電装置は、像担持体の表面に接触して回転するように配設され、当該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段と、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から特定の成分のみを取り出すフィルター手段とを有し、前記制御手段は、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の成分の変動量に応じて、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御するように構成されている。

すなわち、上記帯電装置を適用したカラー複合機は、図１に示すように、感光体ドラム１５の表面に接触して回転するように配設され、当該感光体ドラム１５の表面を帯電する帯電部材としての帯電ロール１６を備えている。この帯電ロール１６は、図１に示すように、ステンレス等の金属からなる芯金１６ａの外周に、導電性又は半導電性の弾性体層１６ｂを被覆して構成されており、必要に応じて、帯電ロール１６の最外層に離型層を設けるように構成しても良い。また、上記帯電ロール１６の外径は、例えば、ｌ２ｍｍに設定されるが、これ以外の値であっても良いことは勿論である。

また、上記感光体ドラム１５としては、種々のものを使用することができ、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウムやステンレス等からなる金属製円筒１５ａの表面に、電荷生成層としての機能を兼ね備えた電荷輸送層（ＣＴＬ）１５ｂを、約１０〜３０μｍの厚さに被覆し、その表面に硬度の高い合成樹脂層からなるオーバーコート層１５ｃを、約２〜５μｍの厚さに被覆したものが用いられる。また、上記感光体ドラム１５の金属製円筒１５ａは、接地されている。なお、感光体ドラム１５としては、オーバーコート層１５ｃを有しないものを用いても勿論良い。

上記帯電ロール１６の芯金１６ａには、図１に示すように、バイアス印加手段としての直流電源１０１及び交流電源１０２によって、直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧が印加されるようになっている。この帯電ロール１６の芯金１６ａに印加される交流電圧ＶACとしては、例えば、ピークツーピーク電圧Ｖp-P が１．５ｋＶ〜３．０ｋＶ程度、周波数が１０００Ｈｚ〜１５００Ｈｚ程度のものが用いられる。また、上記帯電ロール１６の芯金１６ａに印加される直流電圧ＶDCとしては、例えば、−６００Ｖ〜−８００Ｖ程度のものが用いられる。

また、上記帯電ロール１６の芯金１６ａには、当該帯電ロール１６と感光体ドラム１５との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段としての直流電流検知回路１０３が、直流電源１０１及び交流電源１０２と直列に接続されており、当該直流電流検知回路１０３を介して接地されている。さらに、この直流電流検知回路１０３には、当該直流電流検知回路１０３によって検知された直流電流Ｉｄｃから特定の成分のみを取り出すフィルター手段としてのフィルター回路１０４が接続されている。ここで、特定の成分としては、特定の周波数成分が挙げられる。上記直流電流検知回路１０３で検知される直流電流Ｉｄｃは、帯電ロール１６の芯金１６ａに流れる直流電流であるが、常に一定の値を示すものではなく、ノイズ等の種々の要因によって変動し、そのままでは、図１２に示すように、時間的に不規則に変化する成分を有している。

上記フィルター回路１０４は、直流電流検知回路１０３によって検知された直流電流Ｉａｃから特定の周波数成分のみを取り出す回路であり、例えば、２Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、１．６Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせたバンドパスフィルターによって構成される。

また、上記フィルター回路１０４としては、図４に示すように、２Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、１．６Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせた第１のバンドパスフィルター１０４ａと、５Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、４．５Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせた第２のバンドパスフィルター１０４ｂとを備え、これらの第１及び第２のバンドパスフィルター１０４ａ、１０４ｂを切替えスイッチ１０５によって切替え可能に構成したものを用いても良い。

さらに、上記フィルター回路１０４としては、ローパスフィルターとハイパスフィルターとを組み合わせたバンドパスフィルターに限らず、例えば、２Ｈｚ以下の成分のみを通過させるローパスフィルターだけから構成しても良い。

また、上記フィルター回路１０４の出力は、図１に示すように、Ａ／Ｄ変換器１０６を介して、制御手段としてのＣＰＵ１００に入力されている。このＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１０７に記憶されたプログラムに基づいて、ＲＡＭ１０８に記憶されたテーブル等を適宜参照しながら、カラー複合機全体の動作をも制御するとともに、帯電ロール１６に印加する交流電圧Ｖａｃ及び交流電流Ｉａｃのうち、少なくとも一方を制御するように構成されている。具体的には、ＣＰＵ１００は、Ｄ／Ａ変換器１０９を介して交流電源１０２の出力を制御し、帯電ロール１６に印加する交流電圧Ｖａｃ及び交流電流Ｉａｃのうち、交流電流Ｉａｃを制御するように構成されているが、交流電圧Ｖａｃのみを制御するように構成しても、交流電圧Ｖａｃ及び交流電流Ｉａｃの双方を制御するように構成しても良い。

さらに、上記ＣＰＵ１００は、朝一番のように、カラー複合機の電源を投入した際に、所定の調整モードを実行し、帯電ロール１６に印加する交流電流Ｉａｃ等を制御するようになっている。ＣＰＵ１００は、調整モードにおいて、Ｄ／Ａ変換器１０９を介して交流電源１０２の出力を制御し、帯電ロール１６に印加する交流電流Ｉａｃを所定の値づつ変化させるとともに、このとき、帯電ロール１６に流れる直流電流Ｉｄｃの特定の成分を、フィルター回路１０４及びＡ／Ｄ変換器１０６を介してモニターし、帯電ロール１６に印加する交流電流Ｉａｃを決定する調整動作を実行する。

また、上記ＣＰＵ１００には、カラー複合機本体１内の温度を検知する温度センサー１１０、及びカラー複合機本体１内の湿度を検知する湿度センサー１１１から信号が入力されている。

以上の構成において、この実施の形態に係る帯電装置を適用したカラー複合機では、次のようにして、接触型の帯電部材に流れる直流電流を精度良く検知することができ、像担持体の帯電電位を精度良く制御することが可能となっている。

すなわち、この実施の形態に係るカラー複合機では、例えば、朝一番等の電源投入時や、画像を形成しない状態で所定時間以上経過した場合、あるいは所定枚数だけ画像形成を行なったときなど、所定のタイミングで帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃ等を調整する調整モードが実行される。

この調整モードにおいて、ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ１０８に記憶されたテーブルを参照して、Ｄ／Ａ変換器１０９を介して交流電源１０２を制御し、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃを、例えば、図５に示すように、「８０」、「１１０」、「１１５」、 「１２０」、・・・「２３０」というように段階的に変化させ、このとき、帯電ロール１６に流れる直流電流Ｉｄｃを、フィルター回路１０４及びＡ／Ｄ変換器１０６を介して検知するようになっている。なお、上記「８０」、「１１０」、「１１５」、「１２０」、・・・「２３０」等の各値は、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃをデジタル値で表したものであり、交流電流Ｉａｃの値そのものを表したものではない。

このように、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃを徐々に増加させていくと、感光体ドラム１５の帯電電位も、図５に示すように、徐々に高くなっていくが、交流電流Ｉａｃのある電流値Ｉｓｈを境にして、感光体ドラム１５の帯電電位が一定の値に飽和することが知られている。ここでは、感光体ドラム１５の帯電電位が一定の値に飽和する位置を、肩位置と称することとする。

図６及び図７は、帯電ロール１６に流れる直流電流Ｉｄｃを、２Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、１．６Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせたバンドパスフィルター１０４を介して検知した結果を、感光体ドラム１５の帯電電位Ｖｈと同期させて、サンプリングしたものであり、サンプリングレートは、０．０１Ｈｚ（１０ｍｓ／ｐｏｉｎｔ）に設定されている。なお、「肩位置−」とは、図５の肩位置の手前であることを意味しており、「肩位置」とは、図５の肩位置を、「肩位置＋」とは、図５の肩位置の後であることをそれぞれ意味している。

図６から明らかなように、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃを徐々に増加させていくと、感光体ドラム１５の帯電電位Ｖｈの周期的な変動は、徐々に小さくなり、肩位置（Ｉａｃ＝１１５）を境にして、大幅に小さくなることがわかる。

また、図７から更に明らかなように、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃを徐々に増加させていくと、帯電ロール１６に流れる直流電流Ｉｄｃの周期的な変動は、徐々に小さくなり、肩位置（Ｉａｃ＝１１５）を境にして、略一定となることがわかる。なお、図７は、直流電流Ｉｄｃの検知結果を電圧に変換して表示したものである。

図８及び図９は、上記の如く帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃを変化させた場合における感光体ドラム１５の帯電電位Ｖｈ及び直流電流Ｉｄｃの最大値と最小値との差をとった値と、帯電電位Ｖｈ及び直流電流Ｉｄｃの分散σをとった値をそれぞれ示したグラフである。

ここで、分散σ² とは、広く知られているように、σ² ＝（１／ｎ）・Σ（ｘi −ｘ0 ）² を示しており、分散の平方根をとった値σが標準偏差である。なお、ｘi は分散をとる値を、ｘ0 は分散をとる値の平均値を、ｎは母集団の数をそれぞれ示している。

これらの図８及び図９からわかるように、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃに対する感光体ドラム１５の帯電電位Ｖｈ及び直流電流Ｉｄｃの最大値と最小値との差、並びに帯電電位Ｖｈ及び直流電流Ｉｄｃの分散σをとった値を見ると、感光体ドラム１５の帯電電位Ｖｈの肩位置において、勾配が負（近似した直線が左上がり）となり、当該勾配が負となる領域の近傍に肩位置が存在することがわかる。

そこで、ＣＰＵ１００は、上記の如くして求めた肩位置における交流電流Ｉａｃに対して、ある程度のマージン（例えば、５％程度）を見込んだ交流電流Ｉａｃを、図８及び図９に一点鎖線で示したように、帯電ロール１６に通電するように制御することで、常に感光体ドラム１５の表面を安定した帯電電位Ｖｈに帯電することが可能となる。

実施の形態２
図１０及び図１１は、この発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、前記フィルター手段が、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から、複数の特定成分を取り出すように構成されているとともに、当該フィルター手段は、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から取り出す特定成分を切替えることが可能に構成されている。

すなわち、この実施の形態２では、フィルター回路１０４が、図４に示すように、２Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、１．６Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせた第１のバンドパスフィルター１０４ａと、５Ｈｚ以下の成分を通過させるローパスフィルターと、４．５Ｈｚ以上の成分を通過させるハイパスフィルターとを組み合わせた第２のバンドパスフィルター１０４ｂとを備え、これらの第１及び第２のバンドパスフィルター１０４ａ、１０４ｂを切替えスイッチ１０５によって切替え可能に構成されている。

ここで、上記第１のバンドパスフィルター１０４ａは、感光体ドラム１５の回転周期に対応した比較的周波数の低い成分のみを取り出すように設定されているのに対して、第２のバンドパスフィルター１０４ｂは、帯電ロール１６の回転周期に対応した比較的周波数の高い成分のみを取り出すように設定されている。

そして、ＣＰＵ１００は、図１に示すように、温度センサー１１０及び湿度センサー１１１によって検知されたカラー複合機本体１内の温度及び湿度のデータに基づいて、当該カラー複合機本体１が設置された環境が、高温高湿環境か、通常の環境か、又は低温低湿環境かのいずれかを判別し、これらの判別結果に応じて、使用するバンドパスフィルター１０４ａ、１０４ｂを、切替えスイッチ１０５によって切替えるように構成されている。

上記ＣＰＵ１００は、温度センサー１１０及び湿度センサー１１１の検知結果に基づいて、カラー複合機本体１が設置された環境が、高温高湿環境であると判別すると、切替えスイッチ１０５を切替えて第２のバンドパスフィルター１０４ｂを使用するようになっている。

即ち、カラー複合機本体１が設置された環境が高温高湿環境であると、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃの高い側に肩位置が移動するが、そのままでは、感光体ドラム１５の表面に付着した放電生成物が空気中の水分を吸湿して抵抗値が低下し、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃの高い側に肩位置が移動したことが、精度良く検知することができない。

そこで、ＣＰＵ１００は、切替えスイッチ１０５を切替えて第２のバンドパスフィルター１０４ｂを使用して、図１０に示すように、帯電ロール１６の周期に対応した周波数の直流電流Ｉｄｃの成分を検知することにより、当該帯電ロール１６の表面には、放電生成物が付着し難いため、放電生成物が付着した影響を受けずに、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃの肩位置を精度良く検知することができ、高温高湿環境下においても、感光体ドラム１５の表面を所定の帯電電位に精度良く帯電することができ、良好な画質を維持することができる。

一方、ＣＰＵ１００は、温度センサー１１０及び湿度センサー１１１の検知結果に基づいて、カラー複合機本体１が設置された環境が、低温低湿環境であると判別すると、切替えスイッチ１０５を切替えて第２のバンドパスフィルター１０４ｂを使用するようになっている。

即ち、カラー複合機本体１が設置された環境が低温低湿環境であると、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃの低い側に肩位置が移動するが、そのままでは、帯電ロール１６の表面に付着したトナー等の抵抗値が高い付着物の影響で、肩位置の移動を精度良く検知することが困難となる。

そこで、ＣＰＵ１００は、切替えスイッチ１０５を切替えて第１のバンドパスフィルター１０４ａを使用して、図１１に示すように、感光体ドラム１５の周期に対応した周波数の直流電流Ｉｄｃの成分を検知することにより、当該感光体ドラム１５の表面は、クリーニング装置１８によって残留トナー等が除去されるため、トナー等の抵抗値が高い付着物の影響を受けずに、帯電ロール１６に通電する交流電流Ｉａｃの肩位置を精度良く検知することができ、低温低湿環境下においても、感光体ドラム１５の表面を所定の帯電電位に精度良く帯電することができ、良好な画質を維持することができる。

その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

図１はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を適用したカラー複合機の要部を示す構成図である。 図２はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を適用したカラー複合機を示す全体構成図である。 図３はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を適用したカラー複合機の画像形成ユニットを示す構成図である。 図４はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置で使用されるフィルター回路の変形例を示すブロック図である。 図５はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置における感光体ドラムの帯電特性を示すグラフである。 図６はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における感光体ドラムの帯電電位の変化を示すグラフである。 図７はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における帯電ロールに流れる直流電流の特定成分の変化を示すグラフである。 図８はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における感光体ドラムの帯電電位の最大値と最小値との差及び分散を示すグラフである。 図９はこの発明の実施の形態１に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における帯電ロールに流れる直流電流の特定成分の最大値と最小値との差及び分散を示すグラフである。 図１０はこの発明の実施の形態２に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における帯電ロールに流れる直流電流の特定成分を示すグラフである。 図１１はこの発明の実施の形態２に係る帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における帯電ロールに流れる直流電流の他の特定成分を示すグラフである。 図１２は従来の帯電装置を用いて感光体ドラムの表面を帯電した場合における帯電ロールに流れる直流電流そのものを示すグラフである。

符号の説明

１５：感光体ドラム、１６：帯電ロール、１００：ＣＰＵ（制御手段）、１０１：直流電源、１０２：交流電源、１０３：直流電流検出回路、１０４：フィルター回路。

Claims (6)

1. 像担持体の表面に接触して回転するように配設され、当該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、
   前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
   前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、
   前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段と、
   前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から特定の成分のみを取り出すフィルター手段とを有し、
   前記制御手段は、交流電流を徐々に増加させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の変動量が減少し、前記像担持体の帯電電位が一定の値に飽和するように、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする帯電装置。
2. 前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分は、前記帯電部材の回転周期に対応した周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分は、前記像担持体の回転周期に対応した周波数成分であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
4. 前記フィルター手段は、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から、複数の特定周波数成分を取り出すように構成されているとともに、当該フィルター手段は、前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から取り出す特定周波数成分を切替えることが可能に構成されてい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. 前記制御手段は、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を変化させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の分散値がどのように変化するかを検知し、当該直流電流の特定周波数成分の分散値の変化に基づいて、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の帯電装置。
6. トナー像が表面に形成される像担持体と、
   前記像担持体の表面に接触して回転するように配設され、当該像担持体の表面を帯電する帯電部材と、
   前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
   前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御する制御手段と、
   前記像担持体と前記帯電部材との間に流れる直流電流を検知する直流電流検知手段と、
   前記直流電流検知手段によって検知された直流電流から前記直流電流に現れる周波数成分のうち、特定の周波数成分のみを通過させるフィルター手段と、
   前記像担持体の表面に画像を書き込む画像書き込む手段と、
   前記画像書き込む手段によって前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像する現像手段と
   を有し、
   前記制御手段は、交流電流を徐々に増加させた場合に、前記フィルター手段によって取り出された直流電流の特定の周波数成分の変動量が減少し、前記像担持体の帯電電位が一定の値に飽和するように、前記帯電部材に印加する交流電圧及び交流電流のうち、少なくとも一方を制御することを特徴とする画像形成装置。

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