JP5328470B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体を帯電するための帯電装置を備えた画像形成装置に関する。より詳しくは、像担持体に近接又は接触配置され電圧が印加された帯電部材により像担持体の帯電を行う帯電装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、例えば、電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置において感光体、誘電体等の像担持体（被帯電体）の表面を帯電させる方法としては、コロナ帯電が一般的であった。コロナ帯電は、細いコロナ放電ワイヤに高圧を印加して発生するコロナを像担持体表面に作用させて帯電を行なう非接触帯電である。

近年は、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コストなどの点から、ローラ型、ブレード型などの帯電部材を像担持体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加することにより像担持体表面を帯電させる接触帯電方式が主流となりつつある。特にローラ型の帯電部材は長期にわたって安定した帯電を行なうことが可能である。

帯電部材に対する印加電圧は直流電圧のみでも良いが、振動電圧を印加し、プラス側、マイナス側への放電を交互に起こすことで帯電を均一に行なわせることができる。

例えば、直流電圧を印加したときの被帯電体の放電開始しきい値電圧（帯電開始電圧）の２倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧と、直流電圧（直流オフセットバイアス）とを重畳した振動電圧を印加することが知られている。これにより、被帯電体の帯電を均す効果があり均一な帯電を行なうことできる。

振動電圧の波形としては正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。振動電圧は直流電圧を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波の電圧や、直流電圧の値を周期的に変化させて交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ出力としたものも含む。

上記のように、帯電部材に振動電圧を印加して帯電する接触帯電方式を以下「ＡＣ帯電方式」と記す。また、直流電圧のみを印加して帯電する接触帯電方式を「ＤＣ帯電方式」と記す。

しかし、ＡＣ帯電方式においては、ＤＣ帯電方式と比べ、像担持体への放電量が増えるため、像担持体削れ等の像担持体劣化を促進するとともに、放電生成物による高温高湿環境での画像流れ等の異常画像が発生する場合があった。

この問題を改善するためには、必要最小限の電圧印加により、プラス側、マイナス側へ交互に起こす放電を最小限とする必要がある。

しかし、実際には電圧と放電量の関係は常に一定ではなく、例えば、像担持体である感光体の感光体層の膜厚、帯電部材や空気の環境変動等により変化する。低温低湿環境（Ｌ／Ｌ）では材料が乾燥して抵抗値が上昇し放電しにくくなるため、均一な帯電を得るためには一定値以上のピーク間電圧が必要となる。しかし、このＬ／Ｌ環境において帯電均一性が得られる最低の電圧値においても、高温高湿環境（Ｈ／Ｈ）で帯電動作を行った場合、逆に材料が吸湿し抵抗値が低下するため、帯電部材は必要以上の放電を起こすことになる。結果、放電量が増加すると、画像流れ・ボケの発生、トナー融着の発生、像担持体表面の劣化による像担持体削れ、短命化などの問題が起こる。

この環境変動による放電の増減の抑制するために、上記のような常に一定の交流電圧を印加する「ＡＣ定電圧制御方式」のほかに、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定電流制御方式によれば、材料の抵抗が上昇するＬ／Ｌ環境では交流電圧のピーク間電圧値を上げ、逆に材料の抵抗が下降するＨ／Ｈ環境ではピーク間電圧値を下げることができるため、ＡＣ定電圧制御方式に比べ放電の増減を抑制することが可能である。

ここで、帯電部材は、像担持体面に必ずしも接触している必要はない。帯電部材と像担持体との間に、ギャップ間電圧と補正パッシェンカーブで決まる放電可能領域さえ確実に保証されれば、例えば数１０μｍの空隙（間隙）を存して非接触に近接配置されていてもよい（近接帯電）。本発明においてはこの近接帯電の場合も接触帯電の範疇とする。

しかしながら、更なる像担持体の長寿命化を目指したとき、ＡＣ定電流制御方式においても、帯電部材の製造ばらつきや汚れによる抵抗値変動、耐久による像担持体の静電容量変動、本体高圧装置のばらつきなどによる放電量の増減を抑制するには完全ではない。この放電量の増減を抑えるためには、帯電部材の製造ばらつき、環境変動を抑えることや高圧のふれをなくす手段をとらなければならず、それによってコストアップを招くこととなる。

そこで、環境や製造時による帯電部材の抵抗値のばらつき等にかかわらず、過剰放電を起こさせず常に一定量の放電を生じさせて像担持体の劣化、トナー融着、画像流れ等の問題なく均一な帯電を行なえるように帯電部材に印加する電圧・電流を制御する。特許文献１では、次の方法が提案されている。即ち、帯電部材に直流電圧を印加した時の像担持体への放電開始電圧をＶｔｈとする。このときに、Ｖｔｈの２倍以上の領域（放電領域）と未満の領域（未放電領域）で、交流電圧と交流電流によって求まる関数との差により、放電電流量を求め、その量を一定にする。

特開２００１−２０１９２１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の方法において、放電電流を一定にした制御を行ったにも関わらず、Ｈ／Ｈ環境において画像流れが発生する場合があった。この原因は、鋭意研究の成果、特許文献１の方法で計算される放電電流量は、交流電圧と交流電流の関数から求まる交流電流分の放電電流量のみが計算される方法であり、ＤＣ電流によって発生する放電電流分を加味していない方法であるからということが判明した。ＡＣの放電電流量が一定であっても、ＤＣ電流の放電分は、画像形成時の帯電電位や、像担持体である感光体上に残った前の潜像跡を除去する。そのために、帯電装置の感光ドラム（感光体）回転方向上流に接地された前露光等の強さ、また画像形成を繰り返すたびにクリーナ部と感光体との摩擦で、感光体表面が削られていくことによっても変化するからである。

本発明は上記にて代表される事態において対処すべくなされたものである。

そこで、本発明の目的は、環境や、帯電部材や像担持体の材料、製造時の帯電部材や像担持体の抵抗値のばらつきや、画像形成枚数等にかかわらず、過剰放電を起こさせず常に一定量の放電を生じさせる帯電装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、常に一定量の放電を生じさせ、像担持体の劣化、トナー融着、画像流れ等の問題なく均一な帯電を行える帯電装置を備えた画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、放電電流量を精度よく求め、その放電電流量を一定にすることで、長期にわたり高画質、高品質を安定して維持させることのできる帯電装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、第一の態様によれば、
像担持体と、
前記像担持体に接触配置され前記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を印加するバイアス印加手段と、
を備えた画像形成装置において、
前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流成分と交流電流成分を検知する帯電電流検知手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる交流電流量を制御する交流電流量制御手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流量を制御する直流電流量制御手段と、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算する演算手段と、前記交流放電電流と前記直流電流の和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合に前記和電流が所定値以下になるように制御を行う和電流制御手段と、を有し、
前記和電流制御手段は前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合、前記交流電流量制御手段によって前記放電電流が低下するように制御を行い、前記交流電流量制御手段による前記制御によって前記放電電流が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量を低下させるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。

第二の態様によれば、
像担持体と、
前記像担持体に接触配置され前記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を印加するバイアス印加手段と、
前記帯電部材により帯電処理された前記像担持体に露光を行い静電潜像を形成する露光手段と、
前記像担持体に形成された静電潜像に現像剤を供給して可視化する現像手段と、
前記可視化した現像剤像を転写部に直流電圧を印加することで転写材へ転写する転写手段と、
前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流成分と交流電流成分を検知する帯電電流検知手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる交流電流量を制御する交流電流量制御手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流量を制御する直流電流量制御手段と、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算する演算手段と、
前記転写手段と前記像担持体との間に流れる転写電流を検知する転写電流検知手段と、
前記転写電流量を制御する転写電流量制御手段と、
前記交流放電電流と前記直流電流と前記転写電流の和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合に前記和電流が所定値以下になるように制御を行う和電流制御手段と、
を有し、
前記和電流制御手段は前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合、前記交流電流量制御手段によって前記放電電流が低下するように制御を行い、前記交流電流量制御手段による前記制御によって前記放電電流が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量を低下させるように制御を行い、前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記転写電流量制御手段によって前記転写電流量を低下させるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明によれば、環境や、帯電部材や像担持体の材料、製造時の帯電部材や像担持体の抵抗値のばらつきや、画像形成枚数等にかかわらず、過剰放電を起こさせず常に一定量の放電を生じさせる。そして、像担持体の劣化、トナー融着、画像流れ等の問題なく均一な帯電を行えるように、帯電手段に印加する電圧・電流を適切に制御する。これにより長期にわたり高画質、高品質を安定して維持させることができる。

実施例１の画像形成装置の概略構成図である。 実施例１の画像形成装置における感光ドラムと帯電ローラの層構成を示す概略断面図である。 画像形成装置の動作シーケンス図である。 帯電バイアス印加系のブロック回路図である。 実施例１に記載の実験装置図である。 実施例１における放電電流量と低下接触角との関係図である。 実施例１、２のフローチャートである。 実施例に記載の交流の放電電流制御の説明図である。 実施例２におけるＤＣ電流値調整の一例を示す図である。 実施例３のフローチャートである。 実施例４のフローチャートである。

以下、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は、本発明に係る帯電装置２Ａを備えた画像形成装置１００の一実施例の概略構成図である。本実施例にて、画像形成装置１００は、転写方式電子写真プロセス利用した、接触帯電方式、反転現像方式、最大通紙サイズがＡ３サイズのレーザビームプリンタである。

本実施例にて、画像形成装置は、第１の像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１の回転方向（反時計方向）に沿って、帯電装置２Ａを含む作像プロセス手段が配置されている。即ち、接触帯電部材としての帯電ローラ２を備えた帯電装置（ローラ帯電器）２Ａ、現像装置４、接触転写部材としての転写ローラ５、クリーニング装置７が配置されている。帯電ローラ２と現像装置４間の上方には感光ドラム１に像露光を行う露光手段である露光装置３が設置されている。また、感光ドラム１と転写ローラ５間に形成される転写部ｄの転写材搬送方向の下流側には、定着装置６が設置されている。

感光ドラム１は、本実施例では外径３０ｍｍの負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）であり、駆動装置（不図示）の駆動によって２１０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢印方向（反時計方向）に回転駆動される。感光ドラム１は、図２に示すように、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１ａの表面に、光の干渉を抑え上層の接着性を向上させる下引き層１ｂと、光電荷発生層１ｃと、電荷輸送層１ｄの３層を下から順に塗布して構成されている。

帯電部材である帯電ローラ２は、芯金２ａの両端部をそれぞれ軸受け部材（不図示）により回転自在に保持される。同時に、押し圧ばね２ｅによって感光ドラム１の中心方向に付勢して感光ドラム１の表面に対して接触配置され、所定の押圧力をもって圧接されている。従って、感光ドラム１の回転駆動に従動して矢印Ｒ２方向に回転する。感光ドラム１と帯電ローラ２との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａである。

帯電ローラ２の芯金２ａにはバイアス印加手段である電源Ｓ１より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加されることにより、感光ドラム１の周面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。本実施例では、帯電ローラ２に対する帯電バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、直流電圧（−５００Ｖ）と交流電圧（周波数２ｋＨｚ）とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム１の周面は−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。

また、帯電ローラ２の長手方向長さは３２０ｍｍであり、図２に示すように、芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄを下から順次に積層した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、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。

より具体的には、本実施例における帯電ローラ２の仕様は下記の通りである。
芯金２ａ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
下層２ｂ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ³、体積抵抗値１０²〜１０⁹Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ
中間層２ｃ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０²〜１０⁵Ωｃｍ、層厚７００μｍ
表層２ｄ；フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫とカーボンを分散、体積抵抗値１０⁷〜１０¹⁰Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ

露光装置３は、本実施例では半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。レーザビームスキャナ３は、不図示の画像読み取り装置等のホスト処理から入力される画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して、感光ドラム１の一様帯電処理面を露光位置ｂにおいて走査露光（イメージ露光）Ｌする。この走査露光Ｌによる像露光により感光ドラム１面のレーザ光で照射されたところの電位が低下することで、感光ドラム１面には走査露光Ｌした画像情報に対応した静電潜像が順次に形成される。

現像装置４は、感光ドラム１に形成された静電潜像に現像剤（トナー）を供給して可視化し、現像剤像（トナー像）とする。現像装置４は、本実施例では２成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置であり、感光ドラム１表面の露光部分（明部）にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。この現像装置４は、現像容器４ａの開口部に固定マグネットローラ４ｃを内包した回転自在な非磁性の現像スリーブ４ｂが設けられている。現像容器４ａの現像剤（トナー）４ｅを、規制ブレード４ｄで薄層に現像スリーブ４ｂ上にコーティングし、感光ドラム１と対向する現像部ｃへ搬送する。現像容器４ａ内の現像剤４ｅはトナーと磁性キャリアの混合物であり、２つの現像剤攪拌部材４ｆの回転によって均一に攪拌されながら現像スリーブ４ｂ側に搬送される。

本実施例における磁性キャリアの抵抗は約１０¹³Ωｃｍ、粒径は４０μｍであり、トナーは磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。また、現像容器４ａ内のトナー濃度は、濃度センサ（不図示）によって検知され、この検知情報に基づいてトナーホッパー４ｇから適正量のトナーを現像容器４ａに補給して、トナー濃度を一定に調整する。

現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおいて感光ドラム１との最近接距離を３００μｍに保持して感光ドラム１に近接対向配設されており、現像スリーブ４ｂは現像部ｃにおいて感光ドラム１の回転方向（反時計方向）とは逆方向（Ｒ４方向）に回転駆動される。

現像スリーブ４ｂには、電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本実施例において、現像スリーブ４ｂへ印加する現像バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、直流電圧（−３５０Ｖ）と交流電圧（ピーク間電圧８ｋＶ）とを重畳した振動電圧である。

転写ローラ５は、感光ドラム１に所定の押圧力をもって当接して転写部ｄを形成し、矢印Ｒ５方向に回転自在とされる。また、電源Ｓ３から転写バイアス（トナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス；本実施例では＋５００Ｖ）が印加される。これによって、この転写部ｄにて第２の像担持体としての用紙などの転写材Ｐに感光ドラム１表面の現像剤像（トナー像）を転写する。転写電流検知手段である転写電流測定回路１５は、転写電流Ｉｔを測定する。制御手段である帯電、転写制御回路１３により、転写電流を一定にするように電源Ｓ３からの転写バイアスを調整する。

定着装置６は、回転自在な定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂを有しており、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂ間の定着ニップ部にて転写材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する。

クリーニング装置７にて、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光体ドラム１面はクリーニングブレード７ａにより摺擦されて転写残トナーの除去を受けて清浄面化され、繰り返して画像形成に供される。図１にて、符号ｅは、クリーニングブレード７ａの感光ドラム面当接部である。

前露光手段８は、感光ドラム１表面に残っている転写処理後の残留電荷を光照射によって除電処理を行い、帯電前の感光ドラム１の表面電位を０近傍に一定とする。

図３は、上記プリンタの動作シーケンス図である。

ａ．初期回転動作（前多回転工程）
プリンタの起動時の始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。電源スイッチ−オンにより、感光ドラム１を回転駆動させ、また定着装置６の所定温度への立ち上げ等の所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。

ｂ．印字準備回転動作（前回転工程）
プリント信号−オンから実際に画像形成（印字）工程動作がなされるまでの間の画像形成前の準備回転動作期間であり、初期回転動作中にプリント信号が入力したときには初期回転動作に引き続いて実行される。プリント信号の入力がないときには初期回転動作の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム１の回転駆動が停止され、プリンタはプリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保たれる。プリント信号が入力すると印字準備回転動作が実行される。

本実施例においてはこの印字準備回転動作期間において、印字工程の帯電工程における放電電流量の演算、決定プログラムが実行される。この放電電流制御については後記で詳述する。

ｃ．印字工程（画像形成工程、作像工程）
所定の印字準備回転動作が終了すると、引き続いて回転感光ドラムに対する作像プロセスが実行され、回転感光体ドラム面に形成されたトナー画像の転写材への転写、定着装置によるトナー画像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。

連続印字（連続プリント）モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚数ｎ分繰り返して実行される。

ｄ．紙間工程
連続印字モードにおいて、一の転写材の後端部が転写位置ｄを通過した後、次の転写材の先端部が転写位置ｄに到達するまでの間の、転写位置における記録紙の非通紙状態期間である。

ｅ．後回転動作
最後の転写材の印字工程が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。

ｆ．スタンバイ
所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止されて感光ドラム１の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタ−ト信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。

１枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態になる。

スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。

上記ｃの印字工程時が画像形成時であり、ａの初期回転動作、ｂの前回転動作、ｄの紙間工程、ｅの後回転動作が非画像形成時である。

図４は、帯電ローラ２に対する帯電バイアス印加系のブロック回路図である。

電源Ｓ１から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）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の周面が所定の電位に帯電処理される。

帯電ローラ２に対する帯電バイアス印加手段である電源Ｓ１は、直流（ＤＣ）電源１１と交流（ＡＣ）電源１２を有している。

制御手段としての帯電、転写制御回路１３は、上記電源Ｓ１のＤＣ電源１１とＡＣ電源１２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を有している。帯電、転写制御回路１３は、更に、ＤＣ電源１１から帯電ローラ２に印加する直流電流成分の直流電圧値若しくは直流電流値（直流電流量）を制御する機能を有している。また、ＡＣ電源１２から帯電ローラ２に印加する交流電流成分の交流電圧のピーク間電圧値若しくは交流電流値（交流電流量）を制御する機能を有している。

帯電電流検知手段である帯電電流測定回路１４は、感光ドラム１を介して帯電ローラ２に流れる直流電流値、交流電流値を測定する手段である。この帯電電流測定回路１４から上記の帯電、転写制御回路１３に測定された直流電流値、交流電流値の情報が入力される。この入力情報に基づいて、制御手段（帯電、転写制御回路）１３は、交流電流量及び直流電流量を制御し、また、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算し、また、必要に応じて、転写バイアスを制御し、転写電流量を調整する。

つまり、帯電、転写制御回路１３は、帯電電流測定回路１４による測定結果に基づいて、交流電流量、直流電流量を制御する交流電流量制御手段１３ａ及び直流電流量制御手段１３ｂとして機能する。また、後述するように、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算する演算手段１３ｃとしての機能も有している。更に、図１に記載するように、電源Ｓ３からの転写バイアスを調整する転写電流量制御手段１３ｄとしての機能をも有している。

図５は、図１において、露光装置３、現像装置４、転写装置５、定着装置６、クリーニング装置７を除外し、感光ドラム１と帯電ローラ２と前露光装置８のみで、感光ドラム１をある一定の帯電量で湿度５０％の環境にて空回転させた状態を示す。このときに、帯電ＤＣをＯＮ、帯電ＡＣをＯＦＦ、前露光をＯＮとし、帯電ローラ２前後の電位差をつければ感光ドラム１に対するＤＣ電流のみの影響がわかる。またＡＣ放電電流のみを感光ドラム１に流したい時は、帯電ＤＣをＯＦＦ、帯電ＡＣをＯＮ、前露光をＯＦＦとし、帯電ローラ２前後の電位差をつけずに、ＡＣの放電電流のみの影響がわかる。

このような実験方法で一定の放電電流量で帯電バイアスを印加しながら、感光ドラム１を空回転させ、帯電時間に対する感光ドラム１表面の接触角を測定した。この検討において、ＡＣの周波数は１５００Ｈｚとした。

ここで、感光ドラム表面の接触角とは、感光ドラム１表面の水に対する接触角のことをいう。

図６は、新品の感光ドラム１の接触角から、接触角が低下した量（接触角低下度）と、感光ドラム１の帯電時間との関係を記したグラフである。このグラフより、ＤＣでもＡＣでも放電電流量が一緒であれば、感光ドラム１の接触角低下度は一緒であることが判明した。つまり、ＤＣ電流もＡＣ放電電流も感光ドラムに対する接触角の低下度、つまり画像流れの影響は一緒であることが判明した。

このことから、ＤＣ帯電と、ＡＣ帯電とでは、ＡＣ帯電の方が、直流電流量（ＤＣ電流量）に上乗せされた交流放電電流量（ＡＣ放電電流量）分だけ画像流れが不利になることが分かる。ＤＣ帯電の方は、ＡＣ帯電と比較してＡＣ放電電流量分が無い分、ＡＣ帯電よりも画像流れが有利だが、ＤＣ電流量分は画像流れに対しＡＣ放電電流量と同じだけ影響度があることが分かった。

前述した、ＡＣ放電電流量を一定にしても画像流れのレベルが一定にならないのは、例えば帯電電位が変化し、帯電前後の電位差が変れば、ＤＣ電流量も変わるので、差が生じたことが原因であった。

本実施例では。図１の画像形成装置において、温度３０℃湿度８０％の環境で通紙耐久１０００枚行うと、ＤＣ電流値とＡＣ放電電流値との総和が１００μＡよりも大きくなった場合、画像流れが発生した。

そこで、本実施例は、図３に示す放電電流制御時に、所定のテストバイアスを印加して、前述した、ＡＣの放電電流量を制御するとともに、帯電電流測定回路１４においてＤＣ電流も測定した。図７は本実施例における放電電流制御のフローチャートである。

図３に示す放電電流制御のタイミング（Ｓ０１）において、所定のテストバイアスを印加する。最初に、ＡＣの放電電流制御を図８のように行う。先ず、印加ＤＣバイアスは０で非放電領域のＶｑにおけるＩｑを図４の帯電電流測定回路１４で測定し、０点との直線を算出する。また、ＤＣの放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上とされる放電領域におけるＶｏ、Ｉｏと、Ｖｐ、Ｉｐを同様に２点を測定し、近似直線を算出する（Ｓ０２）。本実施例にて、ＤＣの放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上とされるＶｏは、Ｖｔｈの２倍とされる。２つの直線の差から、放電電流Ｉａが計算でき、所望のＩａにおけるＶｐｐ値が算出できる（Ｓ０３）。即ち、放電電流Ｉａは、放電電流Ｉａｃから放電による電流以外の、帯電ローラ２と感光ドラム１との接触部へ流れる電流（ニップ電流）などの交流電流Ｉ’ａｃを差し引いた値である（Ｉａ＝Ｉａｃ−Ｉ’ａｃ）。

次に、図４における帯電電流測定回路１４において、画像形成時と同じ印加ＤＣバイアス、前露光をＯＮし、直流電流値Ｉｄを測定する（Ｓ０４）。

本実施例において、直流電流値絶対値｜Ｉｄ｜と、ＡＣ放電電流値Ｉａの総和が１００μＡ以下であれば（Ｓ０５）、画像流れは発生しないので、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００ならば画像形成モードに移行する（Ｓ０６）。ただし、必要な帯電電位が高い場合、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ＞１００になる場合も存在する。その場合、Ｉａが砂地などの、帯電不良を起さない範囲まで下げ、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００の範囲に入るならば（Ｓ０７）、制御手段１３は、所望Ｉａ値を下げて（Ｓ０８）、その時に必要な印加ＡＣバイアスを計算し直す。またＩａを変更しても、即ち、下げても｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００範囲に入らず、また下げすぎて、砂地などの帯電不良が起こる範囲までのＩａ値となるのであれば、前露光量を調整し、｜Ｉｄ｜を低下させ｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００になるように調整する（Ｓ０９）。本実施例ではＩａの下限値が３０μＡであったため、｜Ｉｄ｜が７０μＡをオーバーしないように前露光量を低下させ７０μＡ以下に調整した。

このように、所定のテストバイアスを印加して、放電電流をＡＣだけではなくＤＣの電流値を測定し、その２つの電流値の和電流を制御することによって、画像流れの発生しない範囲で感光ドラムへの放電量を制御することができ、良好な画像を維持しつづけることができた。

実施例２
本実施例では、前記｜Ｉｄ｜を調整するために、感光体の帯電電位を変化させた。詳しくは、図７において本実施例では直流電流値の絶対値｜Ｉｄ｜と、ＡＣ放電電流値Ｉａの総和が１００μＡ以下であれば、画像流れは発生しないので、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００ならば画像形成モードに移行する。

ただし、必要な帯電電位が高い場合、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ＞１００になる場合も存在する。その場合、Ｉａが砂地などの、帯電不良を起さない範囲まで下げ、｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００の範囲に入るならば、所望Ｉａ値を下げて、その時に必要な印加ＡＣバイアスを計算し直す。またＩａを下げても｜Ｉｄ｜＋Ｉａ≦１００範囲に入らず、また下げすぎて、砂地などの帯電不良が起こる範囲までのＩａ値となるのであれば、感光体への帯電電位Ｖｄを低下させた。

本実施例では、Ｉａの下限値が３０μＡであったため、｜Ｉｄ｜が７０μＡをオーバーしないように帯電電位を調整した。例えば図９のように調整前の帯電電位Ｖｄが−５００Ｖで｜Ｉｄ｜＝１００μＡの場合、設定する帯電電位を−３５０Ｖに低下させ、｜Ｉｄ｜を７０μＡ以下に調整する。その場合、現像電位Ｖｄｃも同時にＶｄをオフセットした分下げる。ＶｄとＶｄｃとの差はカブリ取りバイアスＶｂａｃｋであり、この値を一定にすることで、カブリなど他の弊害を発生させないようにした。本実施例では調整前の現像電位Ｖｄｃが−３５０Ｖであれば、調整後は帯電電位がオフセットした同じ電位、つまりＶｄｃを−２００Ｖに調整した。

このように、放電電流をＡＣだけではなくＤＣの電流値を測定し、その２つの電流値の和電流を制御することによって、画像流れの発生しない範囲で感光ドラムへの放電量を制御することができ、良好な画像を維持しつづけることができた。

実施例３
本発明において、ＤＣ電流とＡＣ放電電流の画像流れに対する影響度が一緒であることが判明した。本実施例で、図１のように転写ローラを採用しており、転写電流Ｉｔも画像流れに影響していることが判明した。本実施例では、帯電ＤＣ電流Ｉｄ＋帯電ＡＣ電流Ｉａ＋転写電流Ｉｔの合計が１３０μＡより大きくなると、Ｈ／Ｈ環境において画像流れが発生した。

そこで、本実施例では、図１０のようなフローで放電電流を調整した。放電電流制御のタイミング（Ｓ１１）において、所定のテストバイアスを印加する。最初に、ＡＣの放電電流制御を図８のように行う。先ず、印加ＤＣバイアスは０で非放電領域のＶｑにおけるＩｑを図４の帯電電流測定回路１４で測定し０点との直線を算出する。また放電領域におけるＶｏ、ＩｏとＶｐ、Ｉｐを同様に２点を測定し、近似直線を算出する（Ｓ１２）。２つの直線の差から、放電電流Ｉａが計算でき、所望のＩａにおけるＶｐｐ値が算出できる（Ｓ１３）。

次に、図４における電流値検出回路１４において、画像形成時と同じ印加ＤＣバイアス、前露光をＯＮし、直流電流値Ｉｄを測定する（Ｓ１４）。図１の転写電流測定回路１５において、転写電流Ｉｔを測定する（Ｓ１５）。

本実施例では直流電流値の絶対値｜Ｉｄ｜と、転写電流値の絶対値｜Ｉｔ｜と、ＡＣ放電電流値Ｉａの総和が１３０μＡ以下であれば、画像流れは発生しないので、｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ≦１３０ならば（Ｓ１６）画像形成モードに移行する（Ｓ１７）。ただし、必要な転写電流が高い場合、｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ＞１３０になる場合も存在する。その場合、Ｉａが砂地などの、帯電不良を起さない範囲まで下げ、｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ≦１３０の範囲かどうかを判断し（Ｓ１８）、範囲内であれば、制御手段１３は、所望Ｉａ値を下げて（Ｓ１９）、その時に必要な印加ＡＣバイアスを計算し直す。また、Ｉａを下げても｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ≦１３０範囲に入らず、また下げすぎて、砂地などの帯電不良が起こる範囲までのＩａ値となるのであれば、転写電流Ｉｔを低くするように調整した（Ｓ２０）。

本実施例ではＩａの下限値が３０μＡであり、また｜Ｉｄ｜が７０μＡであったため、｜Ｉｔ｜が３０μＡをオーバーしないように設定転写電流を調整した。本実施例では調整前の転写電流が４０μＡであれば、調整後は転写電流が３０μＡになるように、印加転写バイアスを調整した。

このように、所定のテストバイアスを印加して、放電電流を帯電のＡＣやＤＣだけでなく、転写電流を調整し、その３つの電流値の和電流を制御することによって、画像流れの発生しない範囲で感光ドラムへの放電量を制御することができ、良好な画像を維持しつづけることができた。

実施例４
実施例１〜３では、総放電電流が所定の値を超えた場合、帯電ＡＣ放電電流Ｉａを下限まで下げた上で、帯電ＤＣ電流Ｉｄ若しくは転写電流Ｉｔを調整した。しかし、Ｉａを下限に設定した場合、砂地などの帯電不良が出やすい状態の放電電流値で推移することになるので、帯電不良を出さないために、放電電流制御の回数を増やす必要がある。制御の回数が増えると、画像形成装置の生産性が悪化する。

そこで、本実施例では、図１１のようなフローで放電電流制御を行った。放電電流制御のタイミング（Ｓ２１）において、所定のテストバイアスを印加する。最初は、ＡＣの放電電流制御を図８のように行う。先ず、印加ＤＣバイアスは０で非放電領域のＶｑにおけるＩｑを図４の電流検知回路１４で測定し０点との直線を算出する。また放電領域におけるＶｏ、ＩｏとＶｐ、Ｉｐを同様に２点を測定し、近似直線を算出する（Ｓ２２）。２つの直線の差から、放電電流Ｉａが計算でき、所望のＩａにおけるＶｐｐ値が算出できる（Ｓ２３）。

次に、図４における帯電電流測定回路１４において、画像形成時と同じ印加ＤＣバイアス、前露光をＯＮし、直流電流値Ｉｄを測定する（Ｓ２４）。図１の転写電流測定回路１５において、転写電流Ｉｔを測定する（Ｓ２５）。

本実施例では、帯電ＤＣ電流Ｉｄ＋帯電ＡＣ電流Ｉａ＋転写電流Ｉｔの合計が１３０μＡより大きくなると、Ｈ／Ｈ環境において画像流れが発生した。そこで、｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ≦１３０ならば（Ｓ２６）画像形成モードに移行するが（Ｓ２７）、｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ＞１３０になった場合は、制御手段１３により、Ｉａはそのままの設定で、帯電ＤＣ電流Ｉｄ、転写電流Ｉｔを下げるように調整した。つまり、直流の電流のみを調整するモードに移行した。ＩｄとＩｔを｜Ｉｄ｜＋｜Ｉｔ｜＋Ｉａ≦１３０になるように（Ｓ２８）、前露光調整や、印加転写バイアス調整をし、再びＩｄ測定、Ｉｔ測定モードに移行するようにした。

このように、放電電流をＤＣ、ＡＣの２つの電流値を足した和電流で判断することによって、画像流れの発生しない範囲で感光ドラムへの放電量を制御することができ、良好な画像を維持しつづけた。

実施例５
本実施例では、前記総電流量が所定の値を超えた場合、総電流を所定値以下にするために、電流量を下げる順番は、前記帯電手段の交流放電電流量、前記帯電手段の直流電流量、前記転写手段の直流電流量の順番とした。またそれぞれの電流量に下限を設けた。交流放電電流量下限は、砂地等の帯電不良が起きない値を下限とし、帯電手段の直流電流量の下限はゴースト、濃度が許容できる値を下限とし、転写手段の直流電流量下限は濃度、転写効率が許容できる値を下限とした。

このように調整する電流量に優先順位を設けることで、画像流れを発生させないために他の弊害を最小限にすることができ、画像流れを発生しないように感光ドラムへの放電量を一定にし、良好な画像を維持しつづけることが分かった。

その他の実施例
上記実施例では、未放電領域の近似直線は０点を用いたが、ここではゼロではなくてもよく、例えばあるＶｐｐの時に流れる電流量が予め分かっていれば、その点と測定点を用いてピーク間電圧と交流電流を求めることも可能である。

また上記実施例においては、放電開始点以外に求める（Ｖ、Ｉ）は最小の数を例として記載したが、数は２点でも３点でも更に複数でもよく、例えば最小二乗法などの計算方法により近似直線を求め、容易に放電電流量を求めることも可能である。

また上記実施例においては、プリンタの非画像形成時である印字準備回転動作期間において、印字工程の帯電工程における印加交流電圧の適切なピーク間電圧値又は交流電流値の演算、決定プログラムを実行するものとした。しかし、演算、決定プログラムを実行は、上記実施例のプリンタのように印字準備回転動作期間に限られるものではなく、他の非画像形成時、すなわち初期回転動作時、紙間工程時、後回転工程時とすることもできる。また、複数の非画像形成時に実行させるようにすることもできる。

また上記実施例では、クリーナ部材を用いた画像形成装置を例としたが、クリーナ部材がなく、現像装置において現像同時クリーニングを行う、所謂クリーナレスを用いた画像形成装置における帯電制御手段にも同様の効果を発揮することができる。

また、上記した各実施例における感光ドラム１において、その表面抵抗が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果がえられる。更に、上記した各実施例における感光ドラム１として、表層の体積抵抗が約１０¹³Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体を用いてもよい。

上記した各実施例では、可撓性の接触帯電部材として帯電ローラを用いた構成であったが、これ以外にも、例えばファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。更に、各種材質のものを組み合わせることによって、より適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることができる。

上記した各実施例の帯電ローラ２や現像スリーブ４ｂに印加する振動電界の交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等を適宜使用可能である。更に、直流電源を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波であってもよい。

また、上記した各実施例では、感光ドラム１の帯電面に対する露光手段（情報書き込み手段）としてレーザ走査手段の露光装置３を用いたが、これ以外にも、例えばＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。更に、ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。

また、上記した各実施例では、第１の像担持体として感光ドラムを用いた構成であったが、像担持体が静電記録誘電体などであってもよい。この場合は、静電記録誘電体の表面を一様に帯電した後、その帯電面を除電針ヘッドや電子銃等の除電手段で選択的に除電して、目的の画像情報に対応した静電潜像を書き込み形成する。

また、上記した各実施例では、転写手段として転写ローラを用いたローラ転写であったが、これ以外にも、ブレード転写、ベルト転写、その他の接触転写帯電方式であってもよいし、コロナ帯電器を使用した非接触転写帯電方式でもよい。

また、上記した各実施例では、感光ドラムに形成した単色トナー像を転写材に直接転写する画像形成装置であった。しかし、これ以外にも、転写ドラムや転写ベルトなどの中間転写体を用いて単色画像形成ばかりでなく、多重転写等により多色、フルカラー画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用することができる。

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電部材、接触帯電手段）
３ 露光装置（露光手段）
４ 現像装置（現像手段）
５ 転写ローラ（転写手段）
６ 定着装置
７ クリーニング装置（クリーニング手段）
８ 前露光装置
１１ 電圧印加手段へ印加するＤＣ電源
１２ 電圧印加手段へ印加するＡＣ電源
１３ 帯電、転写制御回路（制御手段）
１３ａ 交流電流量制御手段
１３ｂ 直流電流量制御手段
１３ｃ 演算手段
１３ｄ 転写電流量制御手段
１４ 帯電電流測定回路（帯電電流検知手段）
１５ 転写電流測定回路（転写電流検知手段）

Claims (3)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に接触配置され前記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を印加するバイアス印加手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流成分と交流電流成分を検知する帯電電流検知手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる交流電流量を制御する交流電流量制御手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流量を制御する直流電流量制御手段と、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算する演算手段と、前記交流放電電流と前記直流電流の和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合に前記和電流が所定値以下になるように制御を行う和電流制御手段と、を有し、
   前記和電流制御手段は前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合、前記交流電流量制御手段によって前記放電電流が低下するように制御を行い、前記交流電流量制御手段による前記制御によって前記放電電流が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量を低下させるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、
   前記像担持体に接触配置され前記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を印加するバイアス印加手段と、
   前記帯電部材により帯電処理された前記像担持体に露光を行い静電潜像を形成する露光手段と、
   前記像担持体に形成された静電潜像に現像剤を供給して可視化する現像手段と、
   前記可視化した現像剤像を転写部に直流電圧を印加することで転写材へ転写する転写手段と、
   前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流成分と交流電流成分を検知する帯電電流検知手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる交流電流量を制御する交流電流量制御手段と、前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流量を制御する直流電流量制御手段と、検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算する演算手段と、
   前記転写手段と前記像担持体との間に流れる転写電流を検知する転写電流検知手段と、
   前記転写電流量を制御する転写電流量制御手段と、
   前記交流放電電流と前記直流電流と前記転写電流の和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合に前記和電流が所定値以下になるように制御を行う和電流制御手段と、
   を有し、
   前記和電流制御手段は前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合、前記交流電流量制御手段によって前記放電電流が低下するように制御を行い、前記交流電流量制御手段による前記制御によって前記放電電流が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量を低下させるように制御を行い、前記直流電流量制御手段によって前記直流電流量が所定の値に到達しても前記和電流の絶対値が所定値よりも大きい場合には次に前記転写電流量制御手段によって前記転写電流量を低下させるように制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記帯電部材へ所定のテストバイアスを印加するテストモードを有し、
   前記帯電電流検知手段は前記テストバイアスを印加した際に前記帯電部材と前記像担持体との間に流れる直流電流成分と交流電流成分を検知し、前記演算手段は前記テストバイアスを印加した際に検知した複数の交流電流から交流放電電流を演算し、
   前記和電流制御手段はテストモードにおいて前記和電流の制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。

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