JP5900430B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、高電圧を印加することなく十分な放電電流量を確保して感光体を良好に帯電させる技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、感光体表面に静電潜像を形成するに先立って、当該表面を一様に帯電させる必要がある。この帯電方式は、非接触帯電方式と接触帯電方式とに大別され、また、接触帯電方式にはローラー帯電方式やブラシ帯電方式などがある。ローラー帯電方式は、感光体表面に当接した帯電ローラーに電圧を印加することによって当該周面を帯電させる。

ローラー帯電方式では、直流電圧のみよりも交流電圧も印加することによって、感光体ドラムをより均一に帯電させることができる。特に、感光体と帯電部材との間で放電が開始する放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧（最高電圧値Ｖｍａｘと最低電圧値Ｖｍｉｎとの電位差）Ｖｐｐを有する交流バイアスを印加すれば、放電電流量が増加するので、安定した帯電を得ることができる。

しかしながら、高湿環境下で放電電流量を増加させると、放電生成物の付着に起因する像流れが発生し易くなる。このため、帯電ローラーに流れる電流量を計測することによって、ピーク間電圧Ｖｐｐを決定する帯電制御方法が提案されている（特許文献１を参照）。
また、近年では、画像形成装置が低温低湿環境で使用されることが多くなってきている。低温低湿環境下では帯電装置の電気抵抗などが上昇して帯電不良を生じるおそれがある。この場合にも、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすれば、放電電流量が増えるので、帯電不良を防止することができる。このため、機内温度に応じてピーク間電圧Ｖｐｐを切り替える画像形成装置も提案されている（特許文献２を参照）。

特開２００１−２０１９２１号公報 特開２０１１−１５０３０９号公報

上記受来技術においては、帯電ローラーに流れる電流量を計測するためには電流計が必要になり、機内温度を計測するためには温度センサーが必要になるので、何れの従来技術においても部品コストや製造コストの上昇を免れることができない。また、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくするためには、耐圧を強化する必要があり、電源装置等のコスト上昇や、消費電力量の増大も避けられない。

更に、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすると、上述のように放電生成物が増大して像流れが発生するのみならず、感光体の減耗が促進することによる短寿命化等の問題も生じる。
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであって、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすることなく放電電流量を増大させることによって良好な帯電を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、帯電させた感光体を露光することにより静電潜像を形成して、画像を形成する画像形成装置であって、放電により感光体を帯電させる接触帯電手段と、前記接触帯電手段に交流バイアスを印加する印加手段と、前記交流バイアスに対して、感光体帯電極性側の直流バイアスを重畳する重畳手段と、を備え、感光体帯電極性側の放電開始電圧に関して、前記交流バイアスは、前記感光体と前記接触帯電手段との間で放電が開始する放電開始電圧よりも低圧側においては矩形波形をとり、高電圧側においては矩形波形よりもなだらかに立ち上がる波形を有しており、前記交流バイアスが前記放電開始電圧を超過する放電時間が、周波数と振幅との何れも前記交流バイアスと同じくする正弦波バイアスの放電時間よりも長く、周波数と振幅との何れも前記交流バイアスと同じくする矩形波バイアスの放電時間以下であることを特徴とする。

このようにすれば、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすることなく正弦波バイアスよりも放電電流量を増大させることによって良好な帯電を得ることができる。
この場合において、前記なだらかに立ち上がる波形は、正弦波形と三角波形との何れかであるとしても良い。矩形波バイアスを重畳すれば、交流バイアスを瞬時に昇圧することによって、放電時間を延長することができる。

更に、前記第２のバイアスは、最大電圧が放電開始電圧に等しいとすれば、放電時間を可能な限り延長することができると共に、矩形波バイアスのオーバーシュートに起因する帯電不良や感光体の劣化も抑制することができる。
また、前記接触帯電手段から前記感光体に流れる電流量を検出する電流検出手段と、前記感光体の帯電極性側のピーク電圧が互いに異なっている複数の矩形波バイアスを順次、前記接触帯電手段に印加しながら前記電流計にて電流量を検出することによって放電開始電圧を検出する放電開始電圧検出手段と、を備え、前記印加手段は、前記放電開始電圧検出手段にて検出された放電開始電圧に基づいて、前記交流バイアスの波形を決定しても良い。

放電開始電圧Ｖｔｈは環境条件や画像形成装置の継時損耗により変化し得るので、上述のようにすれば、変化する放電開始電圧Ｖｔｈに合わせて精度良く交流バイアスの波形を決定することができる。この場合において、前記放電開始電圧検出手段は、所定のタイミング毎に反復して前記放電開始電圧を検出すべきことは言うまでもない。
また、前記交流バイアスは、矩形波バイアスである第１バイアスに対して、矩形波バイアスよりもなだらかに立ち上がる第２バイアスを重畳したバイアスであり、前記印加手段は、少なくとも前記第１バイアスのピーク電圧を制御することによって、前記交流バイアスの波形を決定するのが望ましい。

特に、前記印加手段は、前記第１バイアスのピーク電圧が、前記放電開始電圧検出手段にて検出した放電開始電圧に一致するように前記帯電バイアスの波形を決定すれば好適である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 作像ユニット１００の主要な構成を示す図である。 周期Ｌとピーク間電圧Ｖｐｐとを同じくする帯電バイアスＢｃ、正弦波バイアスＢｓ及び矩形波バイアスＢｒの１周期Ｌ分の電圧波形を例示するグラフであって、（ａ）は帯電バイアスＢｃと正弦波バイアスＢｓとが、（ｂ）は帯電バイアスＢｃと矩形波バイアスＢｒとが、それぞれ比較されている。 帯電性能を評価するための評価条件を示す表である。 実施例１〜３の帯電バイアスＢｃを示すグラフである。 実施例４〜６の帯電バイアスＢｃを示すグラフである。 比較例１〜３の帯電バイアスＢｃを示すグラフである。 比較例４、５の帯電バイアスＢｃを示すグラフである。 （ａ）は、最小電圧Ｖｒｍｉｎが放電開始電圧Ｖｔｈよりも高い矩形波バイアスに三角波バイアスを重畳した帯電バイアスＢｃの放電時間Ｔｃを示すグラフであり、（ｂ）は当該矩形波バイアスに正弦波バイアスを重畳した帯電バイアスＢｃの放電時間Ｔｃを示すグラフである。 最小電圧Ｖｍｉｎが放電開始電圧Ｖｔｈに等しい矩形波バイアスに台形波バイアスを重畳した帯電バイアスＢｃを示すグラフである。 本発明の変形例に係る作像ユニット１００の主要な構成を示す図である。 放電開始電圧Ｖｔｈの検出動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１に示されるように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンター装置であって、作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋが中間転写ベルト１０１に沿って順に配設されている。作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋは露光装置１０２からそれぞれ画像露光（Ｌ）を受けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成して、中間転写ベルト１０１上に重なり合うように静電転写する（１次転写）。これによってカラートナー像が形成される。また、Ｋ色のモノクロトナー像を形成しても良い。

中間転写ベルト１０１は、無端状のベルトであって、トナー像を担持した状態で矢印Ａ方向に回転走行する。これによって、カラートナー像が２次転写ローラー対１０３に向かって搬送される。２次転写ローラー対１０３は不図示の圧接離間機構によって、圧接及び離間される。２次転写ローラー対１０３を構成する一対のローラーが互いに圧接している領域を２次転写ニップという。

記録シートＰは、給紙カセット１０４に収容されており、ピックアップローラー１０５によって１枚ずつ搬送経路１０６上に送り出される。搬送経路１０６上に送り出された記録シートＰはタイミングローラー１０７によって２次転写タイミングに合わせて２次転写ニップへ搬送される。
中間転写ベルト１０１に担持されたトナー像と記録シートＰとがタイミングを合わせて２次転写ニップを通過する際には、２次転写ローラー対１０３を構成する一対のローラー間に２次転写バイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト１０１上のトナー像が記録シートＰ上に静電転写（２次転写）される。

トナー像を担持する記録シートＰは、定着装置１０８を通過する際にトナー像を熱定着された後、排出ローラー１０９によって排紙トレー１１０上に排出される。
［２］作像ユニット１００の構成
次に、作像ユニット１００の構成について更に詳しく説明する。
図２に示されるように、作像ユニット１００は、円柱形状の感光体ドラム２０１の外周面に沿って順に帯電ローラー２０２、現像装置２０３、一次転写ローラー２０４、クリーニング装置２０５及び除電ランプ２０６が配設されている。

感光体ドラム２０１は、例えば、アルミニウム製のドラム基体２０１ｂと、その外周面上に形成された負帯電型の有機感光体からなる感光体層（光導電層）２０１ａとを有しており、支軸２０１ｃを中心として矢印Ｂ方向に回転駆動される。
帯電ローラー２０２は、芯金２０２ｃ、芯金２０２ｃと一体形成された導電層２０２ｂ、及び導電層２０２ｂの外周面上に形成された弾性を有する高導電体層２０２ａからなっている。芯金２０２ｃは回転自在に軸受けされており、帯電ローラー２０２は感光体ドラム２０１との摩擦によって矢印Ｃ方向に従動回転する。

帯電ローラー２０２は、感光体ドラム２０１の外周面に押圧されることによって帯電ニップが形成されており、芯金２０２ｃに当接された摺動接点２０２ｄを介して帯電バイアス電源装置２００から給電を受けることによって、感光体ドラム２０１の外周面を接触帯電させる。
現像装置２０３は、外周面上にトナーを担持した状態で矢印Ｄ方向に回転する現像ローラー２０３ａを備えている。現像ローラー２０３ａは感光体ドラム２０１に近接して対向配置されており、また、現像バイアスが印加されている。これによって、感光体ドラム２０１の外周面上にトナーが供給され、静電潜像を現像したトナー像が形成される。

１次転写ローラー２０４は、感光体ドラム２０１と共に中間転写ベルト１０１を挟持しており、中間転写ベルト１０１が矢印Ａ方向へ回転走行するのに合わせて矢印Ｅ方向に回転する。１次転写ローラー２０４は、例えば、金属の芯金の表面を弾性体で被覆したもので、不図示の電源からトナーと逆極性の１次転写バイアスが印加されている。これによって、感光体ドラム２０１の外周面上に担持されているトナー像が中間転写ベルト１０１上へ１次転写される。

クリーニング装置２０５は、１次転写後に感光体ドラム２０１の外周面上に残留するトナーをクリーニングブレード２０５ａによって掻き取って回収する。除電ランプ２０６は、感光体ドラム２０１の外周面を除電露光することによって、残留電荷を除電する。なお、クリーニング装置２０５等によって除去し切れなかった残留トナーが帯電ローラー２０２に付着して汚損すると、帯電性能が劣化するおそれがあるので、帯電ローラー２０２をクリーニングするクリーニング部材を更に設けても良い。

［３］帯電バイアスＢｃの波形
次に、帯電バイアス電源装置２００の出力する帯電バイアスＢｃの波形について説明する。
本実施の形態に係る帯電バイアスＢｃは、放電開始電圧Ｖｔｈに達するまでは矩形波形をとり、放電開始電圧Ｖｔｈに達した後においては矩形波形よりもなだらかに立ち下がる三角波形をとる。

図３は、本実施の形態に係る帯電バイアスＢｃの波形を例示するグラフであって、（ａ）においては帯電バイアスＢｃと正弦波バイアスＢｓとが、（ｂ）においては帯電バイアスＢｃと矩形波バイアスＢｒとが、それぞれ比較されている。なお、帯電バイアスＢｃ、正弦波バイアスＢｓ及び矩形バイアスＢｒは周期Ｌ、ピーク間電圧Ｖｐｐを同じくしており、位相も一致している。

図３（ａ）に示されるように、帯電バイアスＢｃ（実線グラフ）は、放電開始電圧Ｖｔｈに達するまでは矩形波形をとって立ち上がり、放電開始電圧Ｖｔｈまで直ちに電位降下する。この電位降下によって、帯電ローラー２０２と感光体層２０１ａ表面との間の電位差（帯電バイアスＢｃによる印加電圧）が瞬時に昇圧される。これによって、放電が開始される。

帯電バイアスＢｃは、放電開始電圧Ｖｔｈを超えると三角波形をとり、半周期の間に放電開始電圧Ｖｔｈから最小電圧Ｖｍｉｎまでなだらかに電位降下した後、直ちに電位上昇する。すなわち、帯電ローラー２０２と感光体層２０１ａ表面との間の印加電圧が、半周期のあいだ徐々に昇圧した後、降圧される。
したがって、帯電バイアスＢｃが１周期Ｌの間で放電開始電圧Ｖｔｈを超える放電時間Ｔｃは半周期Ｌ／２に等しく、正弦波バイアスＢｓ（一点鎖線グラフ）が１周期Ｌの間で放電開始電圧Ｖｔｈを下回る放電時間Ｔｓよりも長くなる。

また、図３（ｂ）に示されるように、矩形波バイアスＢｒ（一点鎖線グラフ）は、立ち下がり時においては、放電開始電圧Ｖｔｈを超えて最小電圧Ｖｍｉｎまで瞬時に昇圧する。これに対して、帯電バイアスＢｃは放電開始電圧Ｖｔｈに達した後、矩形波バイアスＢｒ（一点鎖線グラフ）よりもなだらかに昇圧する。
このような波形をとることによって、帯電バイアスＢｃが放電開始電圧Ｖｔｈを下回る放電時間Ｔｃは矩形波バイアスＢｒの放電時間Ｔｒに等しいままで、矩形波バイアスＢｒにおいて発生し得るオーバーシュート（絶対値として５０［Ｖ］から３００［Ｖ］程度）を回避することができる。

［４］評価実験
次に、さまざまな帯電バイアスＢｃについて帯電性能を評価する評価実験を行ったので説明する。
評価実験には、コニカミノルタ株式会社製ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ Ｃ５５４（ｂｉｚｕｈｕｂは同社の登録商標である。）を用いた。ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ Ｃ５５４は波長７８０ｎｍのレーザー露光、反転現像を行う中間転写、タンデム方式のカラー複合機（MFP: Multi-Function Peripheral）である。なお、本評価実験の必要上、ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ Ｃ５５４をローラー帯電方式に改造し、３０［℃］、相対湿度８５［％ＲＨ］の雰囲気下でＹＭＣＫ各色の印字面積率５％のＡ４版画像をＡ４版中性紙に２．５万枚だけ印刷し、印刷終了後６０秒で主電源を停止した。

そして、主電源を停止してから１２時間後に再び主電源を投入し、印字可能状態になったら直ちに、マクベス濃度計で相対反射濃度０．４のハーフトーン画像をＡ３版中性紙の全面に印字した。その後、更に６ｄｏｔ格子画像をＡ３版中性紙の全面に印字して、印字画像の状態を観察することによって、像流れと帯電ムラとを評価した。
図４は、帯電性能を評価するための評価条件を示す表である。図５〜８は何れも帯電性能を評価した帯電バイアスＢｃを示すグラフである。何れのグラフも縦軸は電圧値を示し、横軸は時間を示す。グラフが放電開始電圧Ｖｔｈを超えている期間の長さが放電時間Ｔｃである。

図４において、実施例１、２、４〜６は、評価条件として、放電開始電圧Ｖｔｈを超えるまでは矩形波形で、放電開始電圧Ｖｔｈを超えた後は三角波形である帯電バイアスＢｃを用いた。これら帯電バイアスＢｃのグラフは図５（ａ）、（ｂ）及び図６（ａ）〜（ｃ）に示した通りである。また、実施例３の帯電バイアスＢｃは、放電開始電圧Ｖｔｈを超えた後に正弦波形になっている（図５（ｃ））。

比較例１〜４においては、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）に示されるように、正弦波または矩形波をそのまま帯電バイアスＢｃとして用いた。比較例５は、最小電圧Ｖｍｉｎが放電開始電圧Ｖｔｈよりも低い電圧で帯電バイアスＢｃが三角波形となる比較例である（図８（ｂ））。なお、実施例１〜６及び比較例１〜５の何れにおいても、直流バイアスとして−４００［Ｖ］を印加した。

表中、Ｖｔｈは放電開始電圧、Ｖｐｐは帯電バイアスＢｃのピーク間電圧、周波数は帯電バイアスＢｃの周波数Ｆである。また、低電圧側波形（放電開始電圧Ｖｔｈを超えるまでの波形）と高電圧側波形（放電開始電圧Ｖｔｈを超えた後の波形）とをそれぞれ独立したバイアスと考えた場合のピーク間電圧Ｖｐｐ及び波形の指定が示されている。言うまでもなく、帯電バイアスＢｃのピーク間電圧Ｖｐｐは、これらの波形のピーク間電圧Ｖｐｐの和に等しい。

感光体膜厚は、感光体層２０１ａの膜厚であって、通常は３０［μｍ］であることを示し、厚膜は５０［μｍ］であることを示す。環境条件は、実験環境を示し、通常は常温常湿、すなわち気温が約２０［℃］、相対湿度が約６５［％ＲＨ］であることを示す。また、低温低湿は、気温１０［℃］、相対湿度１５［％ＲＨ］である。
放電時間比は、帯電バイアスＢｃの１周期Ｌに対する放電開始電圧Ｖｔｈを超えている期間の比率である。参考比は、放電開始電圧Ｖｔｈとピーク間電圧Ｖｐｐとのそれぞれを同じくする正弦波バイアスＢｓの放電時間比を示したものである。なお、参考比は、帯電バイアスＢｃの周波数Ｆに関わりなく、放電開始電圧Ｖｔｈ及び最小電圧Ｖｍｉｎによって決定される。

像流れは、良好（◎）、実用上問題なし（○）、実用化可能（△）及び実用上問題あり（×）の４段階で評価した。すなわち、ハーフトーン画像と格子画像の双方とも像流れが観察されない場合に良好（◎）と判定される。また、格子画像には像流れは観察されないものの、ハーフトーン画像のみに感光体ドラム２０１の回転軸方向に延びる薄い帯状の濃度低下が認められる場合には、良好とまでは言えないものの実用上問題なし（○）と判定される。

ハーフトーン画像のみに感光体ドラム２０１の回転軸方向に延びる帯状の濃度低下が明らかに認められる場合には、実用上問題なしとまでは言えないものの、実用化可能である（△）と判定される。更に、像流れによる格子画像の欠損や線幅の細りまでもが認められた場合には、実用上問題あり（×）と判定される。
また、帯電ムラに関しては、良好（○）と実用上問題あり（×）との２段階で評価した。すなわち、ハーフトーン画像において線上のノイズが発生していない場合には良好（○）と判定され、発生している場合には実用上問題あり（×）と判定される。

図４に示されるように、像流れの評価に関して、実施例１〜６及び比較例１、２、５は良好（◎）若しくは実用上問題なし（○）であり、また、比較例４は実用化可能（△）であるのに対して、比較例２、３は実用上問題がある（×）。また、帯電ムラの評価に関して、実施例１〜６及び比較例２、３は実用上問題なし（○）であるのに対して、比較例１、４、５は実用上問題がある（×）。

詳述すると、比較例１は、正弦波バイアスＢｓを印加しているため、放電時間比が小さくなっており、十分な放電時間を確保することができず、帯電ムラが生じている。また、比較例２は、正弦波バイアスＢｓの周波数Ｆを大きくすることによって帯電ムラは解消されているものの、やはり放電生成物の増加による像流れが発生している。
比較例３は、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすることによって放電時間を長くし、放電電流量も増大させている一方、放電生成物が増加することによって像流れの発生が顕著になっている。また、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくするためには電源装置のコスト増大が避けられない。

比較例４のように矩形波バイアスＢｒを用いる場合には、立ち上がりエッジでオーバーシュートが発生し易く、印加電圧が大きく変動してしまうので、帯電ムラを生じ易い。また、オーバーシュートによる高電圧の印加により放電生成物が増加する傾向にもある。また、感光体表面の劣化が加速するおそれもある。
また、矩形波バイアスＢｒと三角波バイアスＢｔを重畳する場合であっても、比較例５のように、矩形波バイアスＢｒの最小電圧Ｖｍｉｎの絶対値が放電開始電圧Ｖｔｈの絶対値よりも小さい場合には、放電時間が短くなるので十分な放電電流量を確保することができない。また、帯電ムラも顕著になる。

一方、実施例１〜６においては、放電開始電圧Ｖｔｈに等しい最小電圧Ｖｍｉｎを有する矩形波バイアスＢｒを重畳しているので、帯電バイアスＢｃの立ち上がりエッジで直ちに放電開始電圧Ｖｔｈまで昇圧することができる。このようにすれば、放電時間比を大きくして、十分な放電時間を確保することができる。したがって、帯電ムラを十分に抑制することができる。

また、放電時間を確保するに当たって、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくしないので、放電電圧の上昇による放電生成物の増加を回避することができる。更に、三角波バイアスＢｔや正弦波バイアスＢｓを重畳することによって、矩形波バイアスＢｒの最小電圧Ｖｍｉｎを低く抑えているので、矩形波バイアスＢｒのオーバーシュートによる帯電ムラの発生も回避することができる。

このように、実施例１〜６によれば、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくすることなく十分な放電時間を確保することができるので、像流れと帯電ムラを同時に防止することができる。したがって、良好な帯電状態を得ることができるので、優れた画質を実現することができる。
［５］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。

（１）上記実施の形態においては、帯電バイアスＢｃが、放電開始電圧Ｖｔｈを超えるまでは矩形波形をとり、放電開始電圧Ｖｔｈを超えた後においては三角波形や正弦波形をとる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、放電開始電圧Ｖｔｈよりも低い電圧を波形変更の境界電圧Ｖｂとして帯電バイアスＢｃが上記のような波形をとっても良い。

図９（ａ）に示されるように、境界電圧Ｖｂが立ち上がり時の放電開始電圧Ｖｔｈよりも高電位（低電圧）である場合であっても、境界電圧Ｖｂを適切に設定することによって、帯電バイアスＢｃの放電時間Ｔｃを、最小電圧Ｖｍｉｎを同じくする正弦波バイアスＢｓの放電時間Ｔｓよりも長くすることができる。したがって、最小電圧Ｖｍｉｎを電位降下（昇圧）させることなく放電時間を延長することができるので、帯電性能を向上させることができる。なお、境界電圧Ｖｂの電位が高過ぎる（印加電圧が低過ぎる）場合には、上記比較例５に例示されるように、放電時間Ｔｃが短縮され過ぎるので、境界電圧Ｖｂの電位を高くし過ぎないように注意すべきである。

また、図９（ｂ）に示されるように、境界電圧Ｖｂよりも高電圧側が正弦波形である帯電バイアスＢｃについても、境界電圧Ｖｂを直流バイアス電位（上記実施の形態においては−４００［Ｖ］）よりも低くすれば、正弦波バイアスＢｓの放電時間Ｔｓよりも帯電バイアスＢｃの放電時間Ｔｃを長くすることができる。したがって、高電圧化によるコスト上昇を招くことなく帯電性能を向上させることができる。なお、境界電圧Ｖｂを０にすると正弦波バイアスのみとなって放電時間Ｔｃを長くすることができないので注意すべきである。

また、何れの場合においても、境界電圧Ｖｂが放電開始電圧Ｖｔｈよりも電位が高い（印加電圧が低い）ので、帯電バイアスＢｃの立ち上がりエッジにおいてオーバーシュートが発生したとしても、その最小電圧を低く抑えることができる。従って、帯電バイアスＢｃのオーバーシュートによる感光体の破損や劣化、短寿命化を防止することができる。
（２）上記実施の形態においては、放電開始電圧Ｖｔｈを超えた後に矩形波形や三角波形となる帯電バイアスＢｃを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、三角波や正弦波以外の波形であっても、矩形波のように瞬時に昇圧してオーバーシュートを発生させる可能性がある波形以外の波形、換言すると矩形波よりもなだらかに立ち上がる波形であれば本発明の効果を得ることができる。

図１０は、放電開始電圧Ｖｔｈを超えると台形波形となる帯電バイアスＢｃを示すグラフである。図１０に示されるように、帯電バイアスＢｃは最小電圧Ｖｍｉｎを同じくする正弦波バイアスＢｓよりも網掛け部分の面積分だけ放電電流を増加させることができる。このようにすれば、最小電圧Ｖｍｉｎを変えることなく、放電電流量を増加させて、帯電性能を向上させることができる。

（３）上記実施の形態においては、放電開始電圧Ｖｔｈの求め方については特に言及しなかったが、放電開始電圧Ｖｔｈは環境条件等の要因によって変動し得るので、画像形成装置１の電源投入時や一定時間毎（例えば、２４時間毎）、画像安定化処理時、画像形成ジョブの実行直前等のタイミングにおいて次のように決定しても良い。
図１１は、本変形例に係る作像ユニット１００の主要な構成を示す図である。図１１に示されるように、本変形例に係る作像ユニット１００には、帯電バイアス電源装置２００から給電される電流量を計測する電流計１１０１が設けられている。この電流計１１０１を用いて、次のようにして放電開始電圧Ｖｔｈが検出される。

すなわち、放電開始電圧Ｖｔｈは、帯電ローラー２０２に印加する電圧を昇圧していったときに感光体ドラム２０１への放電が開始する電圧であり、放電が開始されると、帯電ローラー２０２から感光体ドラム２０１へ流れる電流量が急増する。このことに着目して、本変形例においては、帯電バイアス電源装置２００にて帯電ローラー２０２に印加する矩形波バイアスの最小電圧Ｖｍｉｎを徐々に電位低下させて、印加電圧を昇圧させながら、電流計１１０１が検出する電流量を監視し、電流量が急増した時点の矩形波バイアスの最小電圧Ｖｍｉｎを放電開始電圧Ｖｔｈとする。

図１２は、放電開始電圧Ｖｔｈの検出動作を示すフローチャートである。図１２に示されるように、帯電バイアス電源装置２００は、まず、矩形波バイアスの最小電圧Ｖｍｉｎを十分高い電位に初期化して（Ｓ１２０１）、当該矩形波バイアスを帯電ローラー２０２に印加し（Ｓ１２０２）、電流計１１０１によって電流量を計測する（Ｓ１２０３）。
計測した電流量が閾値電流量未満である場合には（Ｓ１２０４：ＹＥＳ）、最小電圧Ｖｍｉｎを電位低下させて（Ｓ１２０５）、新たな矩形波バイアスを帯電ローラー２０２に印加する（Ｓ１２０２）。以上のような動作を繰り返すことによって、電流計１１０１が計測した電流量が閾値電流量以上になったら（Ｓ１２０４：ＮＯ）、そのときの最小電圧Ｖｍｉｎを放電開始電圧Ｖｔｈとする。

なお、閾値電流量は、放電開始前の電流量（＝０Ａ）よりも多く、かつ、放電開始後に流れる電流量よりも少ない電流量である。また、ステップＳ１２０５における最小電圧Ｖｍｉｎの低下幅を小さくするほど、精度良く放電開始電圧Ｖｔｈを決定することができる。
また、最小電圧Ｖｍｉｎを変化させた場合に電流計１１０１にて検出される電流量を互いに比較して、電流量が大きく変化する前後の最小電圧Ｖｍｉｎから放電開始電圧Ｖｔｈを推定しても良い。更に、ピーク間電圧Ｖｐｐを変化させることによって最小電圧Ｖｍｉｎを変化させても良いし、直流バイアスを変化させても良い。

また、上記は負帯電型の感光体層２０１ａを用いる場合の処理であるが、正帯電型の感光体層２０１ａを用いる場合には最小電圧Ｖｍｉｎから放電開始電圧Ｖｔｈを求めることができる。すなわち、感光体層２０１ａの帯電型の極性の如何に関わらず、ピーク電圧Ｖｐから放電開始電圧Ｖｔｈを求めることができる。
（４）上記変形例においては、電流量の変化から放電開始電圧Ｖｔｈを特定する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

すなわち、放電開始電圧Ｖｔｈは、画像形成装置１の機内湿度が低いほど高電圧となり、また、感光体層２０１ａの膜厚が厚いほど高電圧になる。また、感光体層２０１ａの膜厚は、感光体の使用枚数と相関関係にある。このため、機内湿度と使用枚数とから放電開始電圧Ｖｔｈを推定するテーブルを用意しておき、当該テーブルを参照することによって放電開始電圧Ｖｔｈを推定しても良い。

（５）上記実施の形態においては帯電バイアスＢｃの最小電圧Ｖｍｉｎの選び方について特に言及しなかったが、最小電圧Ｖｍｉｎは放電開始電圧Ｖｔｈよりも１００［Ｖ］高い電位から放電開始電圧Ｖｔｈよりも３００［Ｖ］低い電位までの範囲内で設定するのが望ましい。放電開始電圧Ｖｔｈは、例えば、上記変形例のようにして決定することができる。

また、帯電バイアスＢｃの矩形波形部分のピーク電圧Ｖｐは上述のように計測又はテーブル参照によって推定された放電開始電圧Ｖｔｈに基づいて決定するのが望ましく、矩形波形部分のピーク電圧Ｖｐが当該推定された放電開始電圧Ｖｔｈに一致するように帯電バイアスＢｃの波形を決定すれば更に効果的である。
また、これに代えて、矩形波形部分のピーク電圧を放電開始電圧よりも数十から百数十［Ｖ］だけ高電圧または低電圧にしても本発明の効果を得ることができる。

（６）上記実施の形態においては、タンデム型のカラープリンター装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型以外のカラープリンター装置に本発明を適用しても良い。また、更にスキャナー装置を備えたコピー装置や通信機能を有するファクシミリ装置といった単機能機やこれらの機能を兼ね備えた複合機（MFP: Multi-Function Peripheral）に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置は、高電圧を印加することなく十分な放電電流量を確保して感光体ドラムを良好に帯電させる装置として有用である。

１………………………画像形成装置
１００Ｙ〜１００Ｋ…作像ユニット
２００…………………帯電バイアス電源装置
２０１…………………感光体ドラム
２０２…………………帯電ローラー
Ｂｃ……………………帯電バイアス
Ｂｓ……………………正弦波バイアス
Ｂｒ……………………矩形波バイアス
Ｌ………………………周期
Ｔｃ、Ｔｓ、Ｔｒ……放電時間
Ｖｍａｘ………………最大電圧
Ｖｔｈ…………………放電開始電圧
Ｖｐｐ…………………ピーク間電圧
Ｖｂ……………………境界電圧

Claims (6)

1. 帯電させた感光体を露光することにより静電潜像を形成して、画像を形成する画像形成装置であって、
   放電により感光体を帯電させる接触帯電手段と、
   前記接触帯電手段に交流バイアスを印加する印加手段と、
   前記交流バイアスに対して、感光体帯電極性側の直流バイアスを重畳する重畳手段と、を備え、
   感光体帯電極性側の放電開始電圧に関して、
   前記交流バイアスは、前記感光体と前記接触帯電手段との間で放電が開始する放電開始電圧よりも低圧側においては矩形波形をとり、高電圧側においては矩形波形よりもなだらかに立ち上がる波形を有しており、
   前記交流バイアスが前記放電開始電圧を超過する放電時間が、
   周波数と振幅との何れも前記交流バイアスと同じくする正弦波バイアスの放電時間よりも長く、
   周波数と振幅との何れも前記交流バイアスと同じくする矩形波バイアスの放電時間以下である
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記なだらかに立ち上がる波形は、正弦波形と三角波形との何れかである
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記接触帯電手段から前記感光体に流れる電流量を検出する電流検出手段と、
   前記感光体の帯電極性側のピーク電圧が互いに異なっている複数の矩形波バイアスを順次、前記接触帯電手段に印加しながら前記電流検出手段にて電流量を検出することによって放電開始電圧を検出する放電開始電圧検出手段と、を備え、
   前記印加手段は、前記放電開始電圧検出手段にて検出された放電開始電圧に基づいて、前記交流バイアスの波形を決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記放電開始電圧検出手段は、所定のタイミング毎に反復して前記放電開始電圧を検出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記交流バイアスは、矩形波バイアスである第１バイアスに対して、矩形波バイアスよりもなだらかに立ち上がる第２バイアスを重畳したバイアスであり、
   前記印加手段は、少なくとも前記第１バイアスのピーク電圧を制御することによって、前記交流バイアスの波形を決定する
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 前記印加手段は、前記第１バイアスのピーク電圧が、前記放電開始電圧検出手段にて検出した放電開始電圧に一致するように前記帯電バイアスの波形を決定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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