JP6614780B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いて記録媒体（例えば、記録紙、ＯＨＰシート、布等）に画像を形成する画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関するものである。ここで、プロセスカートリッジとは、像担持体となる電子写真感光体（以下、感光体）と、この感光体に作用する画像形成プロセス手段としての帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも１つを一体的にカートリッジ化したものである。そしてこのカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。画像形成装置の例としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えばレーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置及びそれらの複合機等が含まれる。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置では、まず、帯電手段により感光体表面上を所望の電位に帯電させ、露光手段により感光体上に形成された潜像に現像手段によって現像剤を付着させる。そして、転写手段により記録媒体に転写させ、定着部材にて熱と圧力を加えることで記録媒体上の画像を定着させ画像を出力する。しかし、帯電手段に電圧を印加した際に、雰囲気温度、湿度や感光体表層の膜厚等によって放電開始電圧が異なるため、帯電手段に同じ電圧を印加した場合でも条件によって感光体表面の電位が異なる。また、露光手段に対する感光体の感度も異なるため同じ露光手段を用いても露光後の感光体の表面電位も一定にならない。感光体表面の電位が一定にならないと画像の濃度が条件によって変化してしまう。そこで、特許文献１では感光体表面上の電位を測定し、画像形成の制御にフィードバックさせ常に一定の電位となるように制御している。また特許文献２、３では放電開始電圧を求め、その情報から表面電位を求め画像形成の制御にフィードバックさせ常に感光体の表面電位が一定となるようにしている。

特開平５−６６６３８号公報 特開２０１３−１２５０９７号公報 特開２０１２−１３３８１号公報

特許文献１で提案された構成は表面電位を直接測定することにより、正確な表面電位を測定することができる。しかし、表面電位計を設置するスペースが必要であり装置が大型化してしまうことや、表面電位計の設置コストが必要であり装置のコストが増大してしまうという課題があった。特許文献２、３の構成では、画像形成装置に部材を追加することなく感光体の表面電位を測定することが可能である。しかし、感光体の表面電位の検出は、可能な限り短時間で行えることが望ましい。

本発明の目的は、感光体の表面電位の検出において、検出精度を低下させることなく、検出時間を短縮することができる技術を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触する接触部材と、
前記接触部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段を制御する制御部と、
前記像担持体から前記接触部材に流れる電流の電流値を検出する検出部と、
前記電圧印加手段によって前記接触部材に印加した前記電圧と、前記電圧が前記接触部材に印加された状態で前記検出部により検出される前記電流値と、に基づいて、前記像担持体の放電領域における前記電圧と前記電流値の関係式を算出する算出部と、
前記関係式に基づいて、前記像担持体の表面電位を取得する取得部と、
を備え、
前記検出部は、前記像担持体と前記接触部材との間で放電が生じ始める第１の放電開始電圧よりも絶対値が大きい第１の電圧を前記接触部材に印加することによって第１の電流値を検出し、前記接触部材に前記第１の電圧と同極性で、かつ、前記第１の電圧より絶対値が大きい第２の電圧を印加することによって第２の電流値を検出した後に、前記第１の電圧とは極性が異なり、かつ、前記第１の放電開始電圧と前記電圧の大きさが異なる第２の放電開始電圧よりも絶対値が大きい第３の電圧を前記接触部材に印加することによって前記第１の電流値とは極性が異なる第３の電流値を検出し、
前記算出部は、前記第１の電流値と、前記第１の電圧と、前記第２の電流値と、前記第２の電圧と、に基づいて、第１放電領域における前記電圧と前記電流値の関係を示す第１の関係式を算出し、前記第１の関係式と、前記第３の電流値と、前記第３の電圧と、に基づいて、前記第１放電領域とは異なる第２放電領域における前記電圧と前記電流値の関係を示す第２の関係式を算出し、
前記第１の放電開始電圧もしくは前記第２の放電開始電圧ではない前記電圧であって、前記第１の関係式に基づいて所定の電流値Ｉ１となる前記電圧をＶ１、前記第２の関係式に基づいて前記電流値が−Ｉ１となる前記電圧をＶ２とするとき、
前記取得部は、下記式（１）より前記像担持体の前記表面電位であるＶ０を取得することを特徴とする。
Ｖ０＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２ …（１）

本発明によれば、感光体の表面電位の検出において、検出精度を低下させることなく、検出時間を短縮することができる。

実施例１の特徴を説明する概略図 実施例１に係る画像形成装置の概略構成図 実施例１におけるプロセスカートリッジの概略構成図 実施例１の特徴を説明するフローチャート 実施例１の特徴を説明する概略図 比較例１を説明する概略図 実施例１の特徴を説明する概略図 実施例２の特徴を説明するフローチャート 実施例２の特徴を説明する概略図 実施例２の特徴を説明する概略図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
（１）画像形成装置
図２は、本発明の実施例に係る画像形成装置１００の概略構成図である。本実施例の画像形成装置１００は、転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。画像形成装置１００には、プリンタ本体（画像形成装置の装置本体）に対して着脱可能なプロセスカートリッジ２が設けられている。なお、ここでいう「プリンタ本体（装置本体）」とは、画像形成装置１００からプロセスカートリッジ２を除いた構成を指すものとする。
プロセスカートリッジ２については次の（２）項で詳述する。なお、本発明が適用可能な画像形成装置はここに示すものに限られるものではない。例えば、複数のプロセスカートリッジ２を備え中間転写ベルト（中間転写体）を用いて複数色のトナー像を記録材に転写してカラー画像を形成するカラーレーザビームプリンタにも本発明は適用可能である。

像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラム）１０は、矢示の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光体ドラム１０はその回転過程で接触帯電ローラ２０（帯電部）により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。なお、本実施例では、帯電ローラ２０に印加される電圧により、感光体ドラム１０の表面が負の所定電位に帯電されている。画像露光手段（露光部）としてのレーザビームスキャナ３０は、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザ光Ｌを出力する。レーザビームスキャナ３０は、このレーザ光Ｌによって感光体ドラム１０の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０表面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１０表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

現像装置４０は、感光体ドラム１０表面に現像剤（トナー）が供給する現像スリーブ４１（現像剤担持体）を有し、この現像スリーブ４１により感光体ドラム１０表面の静電潜像が可転写像であるトナー像として順次に現像される。現像装置４０については次の（３）項で詳述する。本実施例では、現像剤として磁性一成分トナー（以下、トナーと記す）を用いたジャンピング現像方式、及び静電潜像の露光明部をネガトナーで現像する反転現像方式を採用している。なお、ここでは現像剤担持体として、現像スリーブ４１を用いた形態を採用しているが、現像剤担持体の形態はこれに限られず、例えば現像ローラであってもよい。

給紙カセット１０５に積載収納された記録媒体としての記録材Ｐは、給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０６が駆動されることで、一枚ずつ分離給紙される。そして、記録材Ｐは、レジストローラ１０７を介して、感光体ドラム１０と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ８０との当接ニップ部である転写部位８０Ｔに所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０上のトナー像の先端部が転写部位８０Ｔに到達したとき、記録材Ｐの先端部もちょうど転写部位８０Ｔに到達するタイミングとなるようにレジストローラ１０７で記録材Ｐの搬送が制御される。転写部位８０Ｔに導入された記録材Ｐは、この転写部位８０Ｔを挟持搬送され、その間、転写ローラ８０には転写バイアス印加電源８１から所定に制御された直流電圧である転写電圧（転写バイアス）が印加される。転写ローラ８０にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで転写部位８０Ｔにおいて感光体ドラム１０表面側のトナー像が記録材Ｐの表面に静電的に転写される。

転写部位８０Ｔにおいてトナー像の転写を受けた記録材Ｐは、感光体ドラム１０表面から分離されて搬送ガイド１０９を通って加熱装置としての加熱定着装置１１３に導入されてトナー画像の熱定着処理を受ける。一方、記録材分離後（記録材Ｐに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０表面はクリーニング装置５０で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。加熱定着装置１１３を通った記録材Ｐは、排紙口１１１から排紙トレイ１１２上に排出される。画像形成装置１００は、感光体ドラム１０の表面電位を検出する表面電位検出手段を有し、本実施例では転写部材であり電圧印加部材としての転写ローラ８０がその役割の一部を担う。また、帯電、現像、露光、転写、ドラム駆動等の画像形成装置に必要な各種動作の制御、そのための各種演算、必要な情報の記憶等は、制御部（ＣＰＵ）９０によって行われる。制御部９０が、他の構成とともに、本発明における各種手段を形成する。例えば、制御部９０は、感光体ドラム１０の表面電位を求める電位検出部（算出部）を構成するとともに、帯電ローラ２０、レー
ザビームスキャナ３０とともに潜像形成部を構成する。また、制御部９０は、電流検出手段としての電流センサ６０とともに電流検出部を構成する。以下の説明において各種検出値等をもとに各演算式により求められる算出値は、実際にリアルタイムで算出してもよいし、予め検出値等と算出値とを対応させたテーブルを用意しておき、該テーブルを参照して取得してもよい。

（２）プロセスカートリッジ
図３は、本実施例におけるプロセスカートリッジ２の概略構成図である。プロセスカートリッジ２は、感光体ドラム１０、帯電ローラ２０、現像装置４０、及びクリーニング装置５０の４種のプロセス装置を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置本体に対し着脱可能に構成されている。プロセスカートリッジ２を装着する際は、プリンタ本体の開閉部（不図示）を開いてプリンタ本体内を開放し、プロセスカートリッジ２をガイド部（不図示）に沿って所定の装着位置まで挿入する。プロセスカートリッジ２がプリンタ本体に装着された状態では、プロセスカートリッジ２の上側には画像露光手段としてのレーザビームスキャナ３０が位置している。また、プロセスカートリッジ２を取り外す際は、装着時と逆の操作を行えばよい。

感光体ドラム１０と帯電ローラ２０は、クリーニング装置５０の枠体に取り付けられている。クリーニング装置５０はクリーニングブレード５１を有しており、感光体ドラム１０、帯電ローラ２０、及びクリーニング装置５０でクリーニングユニットが構成されている。現像装置４０は、開口部に現像スリーブ４１を回転自在に配設した現像室４４と、トナーＴを収容したトナー室４５とが結合された状態で、クリーニングユニットとは別体の現像ユニットとして構成されている。トナー室４５内のトナーＴは、回転するトナー撹拌装置４６によってトナー室４５内で攪拌されるとともに、トナー室４５と現像室４４とを連通する連通孔を介して現像室４４へ供給される。現像室４４内のトナーＴは、現像ブレード４２によって摩擦帯電されつつ層厚を規制され、現像スリーブ４１の表面に担持される。

また、プロセスカートリッジ２の枠体表面には、記憶媒体としてのメモリ１２が設けられており、プリンタ本体側には、メモリ１２と信号の授受を行う通信部１３が設けられている。すなわち、本実施例によると、プリンタ本体に設けられた制御部９０におけるコントローラ部から通信部１３を介して、メモリ１２に対して情報の書き込み、読み込みを行うことが可能に構成されている。本実施例では、メモリ１２に現像装置４０の使用初期からの使用に応じて変化する「使用履歴値」が随時書き込まれ、記憶されている。ここで現像装置４０の「使用履歴値」とは、例えば、感光体ドラム１０、帯電ローラ２０、現像スリーブ４１などの各ユニットの回転時間、回転数を、使用初期（使用を始めた時）から積算した値である。

（３）表面電位検出手段
表面電位検出手段では画像形成中における感光体ドラム１０の表面電位を検出する。本実施例では表面電位検出手段に転写ローラ８０を用いる。制御部９０が転写バイアス印加電源８１から転写ローラ８０に供給される電圧の大きさを制御することで、感光体ドラム１０に印加される電圧の大きさが決定される。すなわち、制御部９０により制御される印加電圧値が、表面電位の検出（算出）に用いられる。転写ローラ８０を表面電位検知手段に用いることで部材を追加することなく感光体ドラム１０の表面電位を検出することが可能である。なお、帯電ローラ２０を電圧印加部材として表面電位検出手段に用いても良い。

静電潜像では感光体ドラム１０上の電位差により画像形成を行う。安定的に画像形成するためには感光体ドラム１０の表面電位を正確に把握することが重要である。本実施例で
は感光体ドラム１０が均一に露光電位（Ｖ_Ｌ）となった状態での表面電位を検出する。検出した感光体ドラム１０表面電位の情報は画像形成装置の制御部９０に送り、画像形成プロセスにおいて画質安定の為に画像形成の各種パラメータを制御する。例えば、レーザスキャナユニットのレーザ光量や帯電バイアスを変更して感光体ドラム１０の表面電位を制御する。現像バイアスを変更して感光体ドラム１０の表面電位（露光電位）と現像バイアスのコントラスを制御しても良い。本実施例ではレーザスキャナユニットのレーザ光量を変更して感光体ドラム１０の表面電位を制御して画質を安定させている。

（感光体ドラム１０の表面電位を求める方法）
図５は、転写ローラ８０への印加電圧値と、感光体ドラム１０に流れる電流値との関係を示す図である。図５より転写ローラ８０への印加電圧値が放電開始電圧値Ｖ_ｔｈ１、Ｖ_ｔｈ２よりも小さい領域（図中（１）に示す領域）では、転写ローラ８０と感光体ドラム１０との間で暗電流が流れる領域（以下、非放電領域）となる。転写ローラ８０への印加電圧値が放電開始電圧値Ｖ_ｔｈ１、Ｖ_ｔｈ２以上となる領域（図中（２）に示す領域）では転写ローラ８０と感光体ドラム１０との間に放電現象が起こる領域（以下、放電領域）となる。

図５において、感光体ドラム１０に流れる電流値がゼロとなる電圧値Ｖ_０を感光体ドラム１０の表面電位とする。図５に示すように印加電圧と検出電流の関係はＶ_０を基準として対称性を有する。放電開始電圧は事前の検討にて感光体ドラム１０の膜厚や感度、雰囲気温度、雰囲気湿度、転写ローラ８０の電気抵抗値等が放電開始電圧に与える影響を求め最大の放電開始電圧値を求めておき、その値以上の電圧を印加する。また、事前の検討にて放電領域となる電流値を求めておき、検出電流値がその値以上であれば放電領域と判定しても良い。放電領域では印加電圧値と検出電流値は線形関係にあるため、上記３点を測定することで放電領域での印加電圧値と検出電流値の関係を求めることができる。本実施例では感光体ドラム１０の表面電位を検出するために必ずしも放電開始電圧値を求める必要はない。

（具体的な感光体ドラム１０の表面電位検出手段の説明）
図４は、感光体ドラム１０の表面電位検出方法のフローチャートを示す図である。感光体ドラム１０が回転駆動中に帯電ローラ２０に電圧を印加して感光体ドラム１０を均一に帯電させる（Ｓ１０１）。本実施例では感光体ドラム１０表面を−５００Ｖに帯電させた。露光装置であるレーザスキャナユニット３０にて感光体ドラム１０上を均一に露光し、感光体ドラム１０表面を露光電位にする（Ｓ１０２）。本実施例では３ｍＷ／ｍ^２の光量で露光させた。次に転写ローラ８０に電圧を印加し、その時に電流値検出手段としての電流センサ６０により感光体ドラム１０に流れる電流を検出する。

図１は、本実施例における転写ローラ８０への印加電圧値と、感光体ドラム１０に流れる電流値との関係を示す図である。本実施例ではまず転写ローラ８０に放電開始電圧値以上の電圧Ｖ_ｄ１を印加し、そのときに電流検出手段にて感光体ドラム１０に流れる電流Ｉ_ｄ１を検出する（Ｓ１０３）。次に、転写ローラ８０に放電開始電圧値以上であり電圧Ｖ_ｄ１よりも高い電圧Ｖ_ｄ２を印加し、そのときに電流検出手段にて感光体ドラム１０に流れる電流Ｉ_ｄ２を検出する（Ｓ１０４）。次に、転写ローラ８０に放電開始電圧値以上の電圧Ｖ_ｄ３を印加し、その時に電流検出手段にて感光体ドラム１０に流れる電流Ｉ_ｄ３を検出する（Ｓ１０５）。ここで、電流Ｉ_ｄ３は電流Ｉ_ｄ１、Ｉ_ｄ２に対して電流の流れる向きが逆となるように印加電圧値Ｖ_ｄ３を設定する。

上記３つの測定点の結果から、すなわち、電圧Ｖ_ｄ１、電流Ｉ_ｄ１と電圧Ｖ_ｄ２、電流Ｉ_ｄ２とから求められる傾きと、電圧Ｖ_ｄ３、電流Ｉ_ｄ３とを基に、放電領域（図５の（２））における印加電圧値と検出電流値の関係が得られる。そして、放電領域における印
加電圧値と検出電流値の関係から、放電領域での任意の電流値Ｉ_１となる印加電圧値Ｖ_１と、電流の絶対値はＩ_１と同じだが電流の流れる向きが逆となる電流値−Ｉ_１となる印加電圧値Ｖ_２を求める（Ｓ１０６）。そして、放電領域における印加電圧値と検出電流値の対称性を用いて、Ｖ_０＝（Ｖ_１＋Ｖ_２）／２より感光体ドラム１０の表面電位Ｖ_０を求める（Ｓ１０７）。

なお、本実施例は３つの測定点から放電領域における印加電圧値と検出電流値の関係を求めているが、必ずしも３点で測定する必要は無く４点以上の測定点から求めてもよい。また、印加電圧値と検出電流値を走査して放電領域における印加電圧値と検出電流値の関係を求めてもよい。

（効果検証１）
図６は、本実施例の比較例１の構成における印加電圧値と検出電流値の関係を示す図である。本実施例の感光体ドラム１０表面電位の検出時間短縮の効果を確認するため以下のような検証を行った。比較例１の構成では、放電開始電圧Ｖ_ｔｈ１、Ｖ_ｔｈ２を求めるために正極側は＋３００Ｖから５０Ｖ間隔で電圧を上げていき、負極側は−５００Ｖから５０Ｖ間隔で電圧を下げていく。そして、そのときに感光体ドラム１０に流れる電流値を検出しながら放電開始電圧値を検出した。

図７は、実施例１の構成における印加電圧値と検出電流値の関係を示す。本実施例の系では事前の検討により、感光体ドラム１０の膜厚や雰囲気温度、雰囲気湿度、感光体ドラム１０の感度等が公差で変化しても、放電開始電圧は最大でも正極側は＋６００Ｖ、負極側は−８００Ｖであることが分かっている。よって、本実施例の構成ではそれ以上の電圧値を印加すれば放電流域で測定することが可能である。本実施例では正極側は＋６００Ｖ、負極側は−８００Ｖと−９００Ｖを印加して電流値を測定する。

（表１）

表１は、実施例１の構成と比較例１の構成で感光体ドラム１０表面電位を検出するまでの時間を比較して本実施例の効果を検証した結果を示している。表１より比較例１の構成と比べて本実施例の構成の方が２．５ｓ、感光体ドラム１０の表面電位を検出するまでの時間を短縮できたことが分かる。この理由を以下に説明する。比較例１の構成では放電開始電圧Ｖ_ｔｈ１、Ｖ_ｔｈ２を求めるため８点測定している。一方、実施例１の構成では放電開始電圧値以上の３点を測定して感光体ドラム１０の表面電位を検出している。１点測定するのに検出時間が０．５ｓ要するため、比較例１の構成では検出時間は４．０ｓとなり、実施例１の構成では検出時間は１．５ｓとなる。測定点数を減らせたことが実施例１の構成の方が感光体ドラム１０表面電位の検出時間を短縮できた要因である。以上の検証により、本実施例は比較例１と比べて感光体ドラム１０表面電位を検出するまでの時間を短縮する効果があることを確認することができた。

（実施例２）
本発明の実施例２は、実施例１の表面電位検出手段においてさらに、任意の印加電圧値における検出電流値を測定し、印加電圧値が放電開始電圧以上か否かを判定する放電判定シーケンスを持つことを特徴とする。放電判定シーケンスについては次の（５）項で詳述する。本発明の実施例２における、画像形成装置、プロセスカートリッジ、現像装置及び
使用履歴記録装置の構成等は、実施例１と同様であり説明を省く。

実施例２の構成では実施例１の構成と比べて表面電位検出のための測定点における印加電圧の絶対値を低く設定することができる。一般的に感光体ドラム１０への放電電流量が多い程、感光体ドラム１０表層の削れが大きくなることが知られている。そのため、表面電位検出の際の印加電圧値を低く設定できれば感光体ドラム１０への放電電流量が減り、その結果感光体ドラム１０表層の削れ量を低減することが可能である。

本実施例の目的は、表面電位検出時の印加電圧の絶対値を低減することで、感光体ドラム１０表層の削れ量を低減させることである。実施例１と同様に本実施例においても表面電位検出手段に転写ローラ８０を用いる。なお、帯電ローラ２０を電圧印加部材として表面電位検出手段に用いても良い。

検出した感光体ドラム１０表面電位の情報は画像形成装置の制御部に送り、画像形成プロセスにおいて感光体ドラム１０の表面電位が一定となるように制御する。例えば、レーザスキャナユニットのレーザ光量や帯電ローラの印加電圧値等を制御する。実施例１と同様に本実施例においてもレーザスキャナユニットのレーザ光量を変更して常に感光体ドラム１０表面の電位が一定となるように制御している。

（４）実施例２における表面電位検出手段
図８は、本実施例における表面電位検出方法のフローチャートを示す図である。まず感光体ドラム１０が回転駆動中に帯電ローラ２０に電圧を印加して感光体ドラム１０を均一に帯電させる（Ｓ２０１）。本実施例では感光体ドラム１０表面を−５００Ｖに帯電させた。露光装置であるレーザスキャナユニット３０にて感光体ドラム１０上を均一に露光し、感光体ドラム１０表面を露光電位にする（Ｓ２０２）。本実施例では３ｍＷ／ｍ^２の光量で露光させた。次に転写ローラ８０に電圧を印加し、そのときに電流値検出手段６０により感光体ドラム１０に流れる電流値を検出する。

図９は、本実施例における印加電圧と検出電流の関係を示す図である。まず第１の測定点において、任意の電圧値Ｖ_ｄ４を印加し、そのときに感光体ドラム１０に流れる電流値Ｉ_ｄ４を電流検出手段により検出する（Ｓ２０３）。そして、後述する放電判定シーケンスにて判定電流値β_ｄ４と非放電領域の電流値Ｉ_Ｎ１とを比較し第１の測定点が放電領域か否か判定する（Ｓ２０４）。本実施例では印加電圧値が０Ｖのときの電流値をＩ_Ｎ１とした。もし測定点が放電領域と判定されなかった場合は、印加電圧の絶対値を大きくして再度電流値を検出する。この印加電圧値の変更と電流値検出のプロセスを測定点が放電領域と判定されるまで繰り返す。

第１の測定点が放電領域と判定された場合は、次に第２の測定点として任意の電圧Ｖ_ｄ５を印加しその時に感光体ドラム１０に流れる電流値Ｉ_ｄ５を測定する（Ｓ２０５）。第１の測定点と同様に放電安定シーケンスにて判定電流値β_ｄ５と非放電領域の電流値Ｉ_Ｎ１とを比較し第２の測定点が放電領域か否か判定する（Ｓ２０６）。もし測定点が放電領域と判定されなかった場合は第１の測定点と同様に印加電圧の絶対値を大きくして再度電流値を検出し、放電領域と判定されるまでこのプロセスを繰り返す。

次に第３の測定点として任意の電圧Ｖ_ｄ６を印加し、そのときに感光体ドラム１０に流れる電流値Ｉ_ｄ６を測定する（Ｓ２０７）。第１、第２の測定点と同様に放電安定シーケンスにて判定電流値β_ｄ６と非放電領域の電流値Ｉ_Ｎ１とを比較し第３の測定点が放電領域か否か判定する（Ｓ２０８）。もし測定点が放電領域と判定されなかった場合は第１、第２の測定点と同様に印加電圧の絶対値を大きくして再度電流値を検出し、放電領域と判定されるまでこのプロセスを繰り返す。

上記放電領域と判定された第１乃至第３の測定点のうち、１つの測定点における電流値は他の２つの測定点での電流値とは逆方向に電流が流れるように印加電圧値を設定する。上記の手順で得られた３つの測定点における印加電圧値と電流値の関係を用いて、感光体ドラム１０に流れる電流値がゼロとなる電圧値Ｖ_０を算出する。実施例１と同様に本実施例においても放電領域における対象性を用いて電圧値Ｖ_０を算出する。任意の電流値Ｉ_１となる電圧値Ｖ_１と、電流値が−Ｉ_１（電流値の絶対値は等しく、電流の流れる方向が逆となる電流値）となる電圧値Ｖ_２を求め（Ｓ２０９）、上記像担持体の表面電位Ｖ_０をＶ_０＝（Ｖ_１＋Ｖ_２）／２より求める（Ｓ２１０）。

実施例２の構成では実施例１の構成と比べて、測定点が放電領域か判定する放電判定シーケンスを有するため、表面電位検出のための測定点における印加電圧値を実施例１の構成と比べて低く設定することができる。実施例１の構成では測定点が放電領域か判定していないため、測定点における印加電圧値が確実に放電開始電圧値以上とするために、測定点にて高い電圧値を印加する必要があった。実施例２の構成では放電判定シーケンスを有することで測定点での印加電圧値を実施例１の構成と比べて低減させることが可能である。

（５）放電判定シーケンス
本実施例における放電判定シーケンスは、放電領域と非放電領域とで印加電圧と検出電流の傾きが異なることを利用する。一般的に放電領域の方が非放電領域と比べて印加電圧と検出電流の傾きは大きくなることが知られている。まず判定する測定点での印加電圧値Ｖ_Ｃと、そのときに電流検出部材で検出される検出電流値をＩ_Ｃとする。電圧印加部材に放電開始電圧値よりも低い電圧値Ｖ_Ｎを印加し、そのときに電流検出部材で検出される電流値をＩ_Ｎとする。電圧印加部材に印加する電圧値とそのときに電流検出部材で検出する電流値の比率をαとする。本実施例では比率αを非放電領域における印加電圧と検出電流の傾きと定義する。上記Ｖ_Ｃ、Ｉ_Ｃ、Ｖ_Ｎ、Ｉ_Ｎ、αの各値を用いて測定点が放電領域か判定する。印加電圧値と検知電流値の比率αについては次の（６）項で詳述する。判定する測定点での印加電圧値Ｖ_Ｃと検出電流値Ｉ_Ｃと印加電圧値と電流値の比率αから、測定点を通り傾きαとする印加電圧値と検出電流値の一次関係式を式（i）のように定義する
。ここで、βは任意の定数とする。
Ｉ_ｃ＝Ｖ_ｃ×α＋β …（i）

ここで、判定電流値Ｉ_Ｎ０を判定する測定点を通る一次関係式（i）において、印加電
圧値Ｖ_Ｎとした時の電流値と定義する。式（i）にＶ_Ｎを代入して、判定電流値Ｉ_Ｎ０を
式（ii）のように定義する。
Ｉ_Ｎ０＝Ｖ_Ｎ×α＋Ｉ_Ｃ−Ｖ_Ｃ×α＝α（Ｖ_Ｎ−Ｖ_Ｃ）＋Ｉ_Ｃ（ii）

もし測定点が放電領域でない場合、式（ii）で定義した判定電流値Ｉ_Ｎ０と予め測定していた非放電領域の検知電流値Ｉ_Ｎは等しくなる。一方、もし測定点が放電領域であれば、式（ii）で定義した判定電流値Ｉ_Ｎ０と予め測定していた非放電領域の検知電流値Ｉ_Ｎは異なるはずである。よって、判定電流値Ｉ_Ｎ０と非放電領域の検知電流値Ｉ_Ｎを比較し、Ｉ_Ｎ０＝Ｉ_Ｎであれば判定する測定点は放電領域ではないと判定し、Ｉ_Ｎ０≠Ｉ_Ｎであれば判定する測定点は放電領域と判定する。放電判定シーケンスを用いることで測定点が放電領域か否か判定することが可能となる。

すなわち、本実施例では、電圧値の異なる複数回の電圧印加を、その都度（１回の電圧印加の度に）、その印加電圧値と検出電流値が放電領域に含まれるか否か、すなわち、印加電圧値が放電開始電圧値以上の大きさか否か判定しながら行う。そして、その複数の印加電圧値の中から感光体ドラム１０の表面電位の検出（算出）に用いる少なくとも３つの
印加電圧値を選択（決定）する。印加した電圧値が放電開始電圧値より小さいと判断された場合には、その電圧値よりも大きな電圧値で電圧印加を行い、その値が放電開始電圧値を超えるか否か判定する。本実施例によれば、実施例１のように確実に放電領域に含まれることが予想される電圧値ほどに大きな値の電圧を印加しなくても、すなわち、非放電領域と放電領域の境目に近い大きさの電圧の印加によって、表面電位検出用の電圧値の選択が可能となる。うまく行けば、３回の電圧印加によって３つの印加電圧値の決定が可能となり、その電圧値の大きさは、実施例１の場合よりも小さな値にすることができる。

（６）印加電圧値と検知電流値の比率α
上記放電判定シーケンスにおいて、印加電圧値と検知電流値の比率αを求める必要がある。印加電圧値と検知電流値の比率αは雰囲気温度、雰囲気湿度や感光体ドラム１０の膜厚等のパラメータにより変化する。雰囲気温度、雰囲気湿度が変化すると表面電位検出手段である転写ローラ８０の電気抵抗値が変化し、それに伴い印加電圧値と検出電流値の関係が変化することで、印加電圧値と検出電流値の比率であるαも変化してしまう。また感光体ドラム１０の膜厚、具体的には、表層である電荷輸送層の厚さが変化すると感光体ドラム１０の電気抵抗値が変化することで、印加電圧値と検出電流値の関係が変化しその比率であるαも変化する。

本実施例では、感光体ドラム１０の膜厚と雰囲気温度と雰囲気湿度から比率αを求める。感光体ドラム１０の膜厚は、画像形成装置の使用履歴記録装置により求める。使用履歴記録装置については次の（７）項で詳述する。また、画像形成装置に設置する環境センサ７０（温湿度検出部）から、雰囲気温度と雰囲気湿度の情報を得る。予め感光体ドラム１０の膜厚、雰囲気温度、雰囲気湿度と比率αの関係を求めておき、それらの値を得て比率αを求めている。

なお、比率αを求める方法は上記記載の方法に限定するものでなく、上記以外の方法で比率αを求めても良い。例えば、非放電領域の印加電圧値と検出電流値の２点の測定結果から比率αを求めても良い。製品出荷時の比率αを測定して画像形成装置本体に記録しておき、上記のパラメータから比率αを修正しても算出しても良い。また、放電領域の印加電圧値と検出電流値の比率と、非放電領域の印加電圧値と検出電流値の比率は相関があるため、放電領域の印加電圧値と検出電流値の比率から非放電領域の印加電圧値と検出電流値の比率を求めても良い。

（７）使用履歴記録装置
本実施例ではメモリ１２に記憶される現像装置４０の「使用履歴値」として感光体ドラム１０の回転時間（使用時間）をカウントする。予め感光体ドラム１０の回転時間と感光体ドラム１０の膜厚の変化量を求めておき、メモリ１２に記憶された初期の感光体ドラム１０の膜厚と感光体ドラム１０回転時間に基づいて表面電位検出時の感光体ドラム１０の膜厚を算出する。そして、その情報を画像形成装置の制御部９０に送る。予め感光体ドラム１０の膜厚と比率αとの関係を求めておく。本実施例の放電判定シーケンスにおいて感光体ドラム１０の膜厚の情報を用いて比率αを求める因子の一つとしている。

（効果検証２）
図１０は、本実施例の感光体ドラム１０表面電位検出時の印加電圧低減と感光体ドラム１０の膜厚の削れ量低減の効果を確認するための効果検証において、実施例２の構成での印加電圧値と検出電流値の関係を示す図である。本効果検証では以下のような検証を行った。

実施例２では印加電圧値を＋４５０Ｖ、−６５０Ｖ、−７００Ｖとして、それぞれの印加電圧における電流値を検出する。その際に放電判定シーケンスにて各測定点における判
定電流値を求め、基準電流値と比較し、３つの測定点ともに放電領域と判定した。実施例２の効果を検証するための比較例１は実施例１の効果検証１と同じであるため説明を省く。

比較例１と実施例１と実施例２とで１０ｋ枚通紙耐久評価を行い、各構成において感光体ドラム１０の表層膜厚がどの程度削れるか比較検証した。各構成とも通紙方法は連続通紙とし０．１ｋ枚ごとに表面電位検出を行った。その結果を表２に示す。

（表２）

表２より１０ｋ枚通紙耐久後の感光体ドラム１０の膜厚の削れ量が、比較例１の構成では４．５μｍ、実施例１の構成では４．０μｍに対して、実施例２の構成では３．５μｍに留まった。実施例２の構成の方が感光体ドラム１０の削れ量が小さくなることが分かる。この理由を以下に説明する。

実施例１の構成では、測定点における印加電圧値が確実に放電開始電圧値以上であるために、測定点にて高い電圧値を印加している。実施例１の構成での測定点での印加電圧値は＋６００Ｖ、−８００Ｖ、−９００Ｖであるのに対し、実施例２の構成での測定点での印加電圧値は＋４５０Ｖ、−６５０Ｖ、−７００Ｖである。実施例１と比べて実施例２の構成の方が印加電圧値を小さくできることが分かる。この印加電圧値の差が実施例２の構成の方が１０ｋ枚通紙耐久後の感光体ドラム１０の削れ量を低減できた要因である。なお本実施例の製品設計において、感光体ドラム１０の膜厚削れ量は１０ｋ枚通紙当たり５．０μｍ以内であれば問題無い。よって、各構成とも感光体ドラム１０の表層削れ量は問題無いレベルであるが、実施例２の構成の方がより低減できる。

また、比較例１の構成では、放電開始電圧を求めるため電圧を８点印加しており、測定点数が実施例２と比べて多いため、感光体ドラム１０の削れ量が多い結果となった。表面電位検出時間は実施例１と比べて実施例２の方が若干長くなった。これは、測定点数が実施例２の場合４点となり、実施例１と比べて測定点が１点多く、かつ測定点が放電領域か判定する時間が加算されたことが要因である。ただ、比較例１と比べると検出時間は短縮できていることが分かる。

以上の検証により、本実施例の構成は実施例１の構成と比べて、感光体ドラム１０の削れ量を低減する効果があることを確認することができた。

１０…感光体ドラム（像担持体）、２０…帯電ローラ（帯電部、潜像形成部）、３０…レーザスキャナユニット（露光部、潜像形成部）、４０…現像装置、６０…電流検出手段（電流検出部）、８０…転写部材（電圧印加部材）、９０…制御部（電位検出部、潜像形成部）、１００…画像形成装置、Ｌ…レーザ光、Ｐ…記録材

Claims (8)

1. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体と接触する接触部材と、
   前記接触部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段を制御する制御部と、
   前記像担持体から前記接触部材に流れる電流の電流値を検出する検出部と、
   前記電圧印加手段によって前記接触部材に印加した前記電圧と、前記電圧が前記接触部材に印加された状態で前記検出部により検出される前記電流値と、に基づいて、前記像担持体の放電領域における前記電圧と前記電流値の関係式を算出する算出部と、
   前記関係式に基づいて、前記像担持体の表面電位を取得する取得部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記像担持体と前記接触部材との間で放電が生じ始める第１の放電開始電圧よりも絶対値が大きい第１の電圧を前記接触部材に印加することによって第１の電流値を検出し、前記接触部材に前記第１の電圧と同極性で、かつ、前記第１の電圧より絶対値が大きい第２の電圧を印加することによって第２の電流値を検出した後に、前記第１の電圧とは極性が異なり、かつ、前記第１の放電開始電圧と前記電圧の大きさが異なる第２の放電開始電圧よりも絶対値が大きい第３の電圧を前記接触部材に印加することによって前記第１の電流値とは極性が異なる第３の電流値を検出し、
   前記算出部は、前記第１の電流値と、前記第１の電圧と、前記第２の電流値と、前記第２の電圧と、に基づいて、第１放電領域における前記電圧と前記電流値の関係を示す第１の関係式を算出し、前記第１の関係式と、前記第３の電流値と、前記第３の電圧と、に基づいて、前記第１放電領域とは異なる第２放電領域における前記電圧と前記電流値の関係を示す第２の関係式を算出し、
   前記第１の放電開始電圧もしくは前記第２の放電開始電圧ではない前記電圧であって、前記第１の関係式に基づいて所定の電流値Ｉ１となる前記電圧をＶ１、前記第２の関係式に基づいて前記電流値が−Ｉ１となる前記電圧をＶ２とするとき、
   前記取得部は、下記式（１）より前記像担持体の前記表面電位であるＶ０を取得することを特徴とする画像形成装置。
   Ｖ０＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２ …（１）
2. 前記制御部は、大きさの異なる複数の前記電圧で前記接触部材に複数回の電圧印加を行うことによって検出される複数の前記電流値に基づいて、前記複数の前記電圧の中から、前記第１の電圧と前記第２の電圧と前記第３の電圧と、を選択して制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記検出部は、前記複数回の電圧印加において、１回の電圧印加としての第４の電圧と、前記第４の電圧を印加することにより検出される前記電流値と、に基づいて、前記第４の電圧が前記放電領域に含まれるか否か判定し、前記第４の電圧が前記放電領域に含まれる場合、前記第４の電圧を少なくとも前記第１の電圧と前記第２の電圧と前記第３の電圧、のうちいずれか１つとして選択することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記検出部は、放電が生じない非放電領域における印加電圧の変化に対する前記電流値の変化の比率として予め定めた比率をαとし、
   前記複数回の印加電圧のうち１つの前記電圧をＶＣとし、
   前記電圧ＶＣを印加することによって検出される前記電流値をＩＣとし、
   前記非放電領域に含まれる電圧ＶＮを印加することによって検出される前記電流値をＩＮとし、
   前記電圧ＶＣが前記放電領域に含まれるか否かを判定するための判定電流値をＩＮ０とすると、
   下記式（２）より、ＩＮ０≠ＩＮとなる前記電圧ＶＣを前記放電領域に含まれると判定し、前記電圧ＶＣを、少なくとも前記第１の電圧と前記第２の電圧と前記第３の電圧、のうちいずれか１つとして選択することを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
   ＩＮ０＝α（ＶＮ−ＶＣ）＋ＩＣ …（２）
5. 雰囲気温度と雰囲気湿度を検出する温湿度検出部をさらに備え、
   前記像担持体は、感光ドラムであり、
   前記比率αは、前記像担持体の使用時間に基づき求められる前記感光ドラムの電荷輸送層の厚さと、前記温湿度検出部が検出する雰囲気温度及び雰囲気湿度と、から求められることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記電圧印加手段が印加する前記電圧は、直流電圧であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記接触部材は、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を記録材に転写する転写部材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体からトナー像を転写され、転写されたトナー像を記録材に転写するための中間転写体をさらに備え、
   前記接触部材は、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を前記中間転写体に転写する転写部材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。