JP6752684B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、帯電を含む電子写真プロセス等を利用して、記録材の未定着トナー像を記録材に形成する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に好適なものである。

特許文献１には、帯電に関し、放電電流制御方式が提案されている。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としたときに、Ｖｔｈの２倍以上の領域（放電領域）と、Ｖｔｈの２倍未満の領域（未放電領域）とで、交流電圧と交流電流との関係を求める。

そして、それによって求まる関数の差により放電電流量を求め、その量を一定にするように制御する。放電電流制御方式によれば、環境や製造のばらつきによる帯電部材の電気抵抗値のばらつきなどに拘わらず、過剰放電を起こさせず、常に一定量の放電を生じさせることができる。従って、像担持体の劣化、トナー融着、画像流れなどの問題がなく、均一な帯電を行なえるようになる。

また、特許文献２には、放電電流制御方式を用いる場合に、複数のプロセススピードのうち１つにおいて帯電部材に印加する交流電圧（帯電交流電圧）のピーク間電圧を決定することが開示されている。そして、決定された結果から、その他すべてのプロセススピードに対する帯電交流電圧のピーク間電圧を算出している。

特開２００１−２０１９２１号公報 特開２００２−１８２４５５号公報

特許文献２では、同じ帯電周波数であれば、放電電流（ΔＩａｃ）と帯電交流電圧のピーク間電圧（Ｖｐｐ）との関係が一定であるということを前提にしている。しかしながら、画像形成装置に実装される高圧電源では、静電容量の変動による波形の相似性を得ることが、コストなどの点で難しい場合がある。

そのため、異なる周波数の帯電交流電圧を帯電部材に印加した場合に、静電容量の変化に伴って帯電交流電圧の波形が変動することがある。そして、異なる周波数において、放電電流量と帯電交流電圧のピーク間電圧との関係（Ｖｐｐ−ΔＩａｃ特性）が異なってくることが判明した。

その結果、１つの帯電周波数で決定した制御電圧（Ｖｐｐ）を異なる帯電周波数を用いた動作に適用すると、想定した放電電流（ΔＩａｃ）からのズレが生じることがある。例えば、必要以上に高い電流値が流れた場合は、画像流れの発生や像担持体の短寿命化といった問題が生じることがあり、逆に低い電流値が流れた場合は、帯電不良に起因する画像不良が発生することがある。

本発明の目的は、使用環境で変化する帯電手段に対する放電電流制御を実行する際の制御周波数を、安定して、かつ正確に取得できる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、本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、前記帯電手段を交流で放電電流制御する制御手段と、前記帯電手段に所定のピーク間電圧で周波数を変えて交流を印加する印加手段と、前記印加手段で印加されたときの電流を検知する検知手段と、少なくとも、前記周波数を変えて前記検知手段で検知される電流の値が変曲点をとるときの特定周波数に基づいて、前記放電電流制御を実行する際の制御周波数を取得する取得手段と、を有することを特徴する。

また、本発明に係る別の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、複数の交流電圧を印加し、その際に検知される交流電流検知結果とから、適正な放電電流量を算出して、画像形成時における交流電圧あるいは交流電流を設定する放電電流制御を実行する制御手段と、前記帯電手段に交流電圧を複数の交流周波数を変えて印加する印加手段と、前記印加手段で印加されたときに流れる電流を検知する交流電流検知手段と、前記複数の交流周波数を変更して前記交流電圧を印加した際の交流電流検知結果より、前記放電電流制御を実行する際の交流周波数を決定する決定手段と、
を有することを特徴する。

本発明によれば、使用環境で変化する帯電手段に対する放電電流制御を実行する際の制御周波数を、安定して、かつ正確に取得できる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る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を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置における帯電バイアス印加系のブロック回路図である。 放電電流制御を説明するための説明図である。 ピーク間電圧とＡＣ電流との関係の一例を示すグラフ図である。 放電電流制御を説明するためのフロー図である。 交流波形の変化を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態におけるフローチャートである。 帯電周波数と交流電流との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

《第１の実施形態》
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す。本実施形態の画像形成装置１００は、転写方式電子写真プロセスを利用し、又、接触帯電方式、反転現像方式を採用した、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。

画像形成装置１００は、第１の像担持体としての回転可能なドラム型の感光体（電子写真感光体）、即ち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、図示矢印Ｒ１方向（反時計方向）に回転駆動される。感光ドラム１の回転方向に沿って、その周囲には、次の各手段が配置されている。先ず、帯電手段である接触帯電部材としての帯電ローラ（ローラ帯電器）２である。次に、現像手段としての現像装置４である。次に、転写手段である接触転写部材としての転写ローラ５である。

次に、クリーニング手段としてのクリーニング装置７である。又、帯電ローラ２と現像装置４との間の図中上方には、露光手段（静電潜像形成手段）としての露光装置３が設置されている。又、感光ドラム１と転写ローラ５との間に形成される転写部ｄよりも、転写材Ｐの搬送方向下流側には、定着手段としての定着装置６が設置されている。

感光ドラム１は、本実施形態では、外径３０ｍｍの負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）である。感光ドラム１は、駆動手段としてのモータなどの駆動装置によって駆動されて、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（本実施形態では感光ドラム１の周速度に対応）で図示矢印Ｒ１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の表面を備える。その上に、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との３層を下から順に塗布して構成されている。

帯電ローラ２は、芯金２ａの両端部をそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持されると共に、付勢手段としての押圧ばね２ｅによって感光ドラム１の中心方向に付勢されて、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されている。そして、帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転駆動に従動して図示矢印Ｒ２方向（時計方向）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、帯電電圧印加手段（バイアス印加手段）としての帯電電源Ｓ１より所定の条件の帯電電圧（帯電バイアス）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。本実施形態では、帯電ローラ２に対して印加する帯電電圧は、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、本実施形態では、帯電電圧は、−５００Ｖの直流電圧と、周波数２ｋＨｚの交流電圧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。

露光装置３は、本実施形態では、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。露光装置３は、画像読み取り装置（図示せず）など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により感光ドラム１の表面のレーザ光で照射された部分の電位が低下することで、感光ドラム１の表面には、走査露光した画像情報に対応した静電潜像（静電像）が順次に形成される。

現像装置４は、本実施形態では、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の表面の露光部分（明部）にトナーを付着させて、感光ドラム１の表面上の静電潜像を反転現像する。即ち、感光ドラム１上の露光により電荷が減衰した部分に、感光ドラム１と同極性に帯電したトナーを付着させて現像を行う。

この現像装置４は、現像容器４ａの開口部に、現像剤担持体として、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内に収容された現像剤４ｅが、規制ブレード４ｄで薄層状に現像スリーブ４ｂ上にコーティングされる。そして、現像スリーブ４ｂは、そのコーティングされた現像剤４ｅを、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、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、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。

本実施形態では、磁性キャリアは、その電気抵抗値は約１０１３Ωｃｍ、粒径は４０μｍである。又、本実施形態では、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。又、現像容器４ａ内のトナー濃度は、濃度センサ（図示せず）によって検知される。そして、そ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が現像容器４ａに補給されて、トナー濃度が一定に調整される。

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いる。又、現像スリーブ４ｂは、その表面が現像部ｃにおいて感光ドラム１の表面の移動方向とは逆方向に移動するように回転駆動（図示矢印Ｒ４方向）される。

現像スリーブ４ｂには、現像電圧印加手段としての現像電源Ｓ２から所定の現像電圧（現像バイアス）が印加される。本実施形態では、現像時に現像スリーブ４ｂへ印加する現像電圧は、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、本実施形態では、−３５０Ｖの直流電圧と、ピーク間電圧８ｋＶの交流電圧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を形成している。転写ローラ５には、転写電圧印加手段としての転写電源Ｓ３から転写電圧（転写バイアス）が印加される。より具体的には、転写ローラ５には、トナーの正規の帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写電圧（本実施形態では＋５００Ｖ）の転写電圧が印加される。

これによって、この転写部ｄにて、第２の像担持体（被転写体）としての用紙などの転写材Ｐに、感光ドラム１の表面のトナー像が転写される。転写ローラ５は、図示矢印Ｒ５方向に回転する。

定着装置６は、回転自在な定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとを有しており、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとの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は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード７ａを有する。転写材Ｐに対するトナー像転写後の感光ドラム１の表面は、クリーニングブレード７ａにより摺擦されて、その上に付着した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。図中ｅは、クリーニングブレード７ａの感光ドラム１の表面に対する当接部である。

又、本実施形態の画像形成装置１００は、感光ドラム１の回転方向（表面移動方向）でクリーニング装置７より下流、且つ帯電ローラ２よりも上流で、感光ドラム１の表面に光を照射する前露光手段としての前露光装置８を有する。前露光装置８は、転写工程後に感光ドラム１の表面に残っている残留電荷を光照射によって除電処理し、帯電工程前の感光ドラム１の表面電位をゼロ近傍に一定とする。

本実施形態では、露光装置３と現像装置４とで、帯電ローラ２にて帯電された感光ドラム１にトナー像を形成するトナー像形成手段が構成される。

また、本実施形態では、感光ドラム１とプロセス手段とが一体化され、画像形成装置本体に対し着脱可能なカートリッジを構成できる。

（プロセススピード）
本実施形態の画像形成装置１００は、メディアフレキシブルであり、厚紙、ＯＨＰなどの多種のメディア（記録媒体、記録材）の種類に対応して、プロセススピードが変更可能である。

すなわち、厚紙、ＯＨＰなどでは、熱容量が大きく、トナー像の定着がし難いため、普通紙に対する通常のプロセススピードで定着すると、未定着画像やＯＨＰの透過性が良くないなどの問題が発生することがある。そこで、本実施形態では、転写材Ｐが通過する際の定着装置６の搬送速度を遅くすることで、充分な加圧・加熱時間をかけてトナー像を定着させる方法を採用している。そして、定着装置６においてのみ搬送速度を低速度にすることは、コストアップや装置構成の点で難しく、装置全体のプロセススピードを低速にする方法を用いる。

より具体的には、本実施形態の画像形成装置１００においては、普通紙に対する通常モード（等速モード）の他に、厚紙やＯＨＰなど（特殊紙）に対応した１／２速モード、１／４速モードがある。１／２速モード、１／４速モードでは、通常モードのプロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃから、それぞれ１５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃにプロセススピードを変更している。

そして、画像形成時における帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数も、通常モード、１／２速モード、１／４速モードに対して、それぞれ２ｋＨｚ、１ｋＨｚ、５００Ｈｚと変更している。

（装置全体シーケンス）
図３は、画像形成装置１００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）
画像形成装置１００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。電源スイッチのオンにより、感光ドラム１を回転駆動させ、又定着装置６の所定温度への立ち上げなど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）
プリント信号の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、画像形成装置１００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。

本実施形態においては、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・決定プログラムが実行される。これについては後述する。

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１に対する作像プロセスが実行され、感光ドラム１の表面に形成されたトナー像の転写材Ｐへの転写、定着装置６によるトナー像の定着処理がなされて、画像形成物が装置外に出力される。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分だけ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Ｐの後端部が転写位置ｄを通過した後、次の転写材Ｐの先端部が転写位置ｄに到達するまでの間の、転写位置ｄにおける転写材Ｐの非通過状態期間である。

ｅ）後回転動作
最後の転写材Ｐ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、画像形成装置１００は次のプリントスター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、画像形成装置１００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、画像形成装置１００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、上記ａの初期回転動作、上記ｂの前回転動作、上記ｄの紙間工程及び上記ｅの後回転動作が非画像形成時である。

（帯電ローラ）
本実施形態では、帯電手段としての帯電ローラ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と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上にピンホールなどの箇所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、本実施形態における帯電ローラ２の仕様は以下の通りである。

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

（ブロック回路）
図４は、帯電ローラ２に対する帯電電圧印加系のブロック回路図である。帯電電源Ｓ１から直流電圧に所定の周波数の交流電圧を重畳した所定の振動電圧（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に対する電圧印加手段である帯電電源Ｓ１は、直流（ＤＣ）電源１１と交流（ＡＣ）電源１２とを有している。

制御回路１３は、帯電電源Ｓ１のＤＣ電源１１とＡＣ電源１２とをオン・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する。又、制御回路１３は、ＤＣ電源１１から帯電ローラ２に印加する直流電圧値と、ＡＣ電源１２から帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧値若しくは交流電流値とを制御する機能を有する。

制御回路１３には、感光ドラム１を介して帯電ローラ２に流れる交流電流値を測定する交流電流値（又はピーク間電圧値）測定回路１４から、測定された交流電流値（又はピーク間電圧値）の情報が入力される。又、制御回路１３には、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を測定する直流電流値測定回路１５から、測定された直流電流値の情報が入力される。

又、制御回路１３には、画像形成装置１００が設置されている環境を検知する環境検知手段としての環境センサ（温度計と湿度計）１６から、検知された環境情報が入力される。又、制御回路１３には、使用量検知手段として、画像出力枚数を計数する枚数カウンタ１７から、検知された枚数情報が入力される。

そして、制御回路１３は、次のような情報から、印字工程（画像形成時）の帯電工程における帯電ローラ２に対する印加交流電圧の適切なピーク間電圧値の演算・決定プログラムを実行する機能を有する。即ち、交流電流検知手段としての交流電流値（又はピーク間電圧値）測定回路１４から入力された交流電流値情報（又はピーク間電圧値情報）、直流電流測定回路１５から入力された直流電流値情報である。更には、環境センサ１６から入力された環境情報、及び／又は、枚数カウンタから入力される枚数情報である。

（放電電流制御と画像形成時のピーク間電圧）
次に、本実施形態における放電電流制御を用いて、印字時（画像形成時）における帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧を取得（決定）することを以下説明する。本実施形態では、画像形成時には、取得（決定）されたそのピーク間電圧で定電圧制御を行う。

本発明者らは、種々の検討により、以下の定義により数値化した放電電流量が、実際のＡＣ放電の量を代用的に示し、感光ドラム１の削れ、画像流れ、帯電均一性と強い相関関係があることを見出した。

すなわち、図５に示すように、帯電交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐに対して、交流電流Ｉａｃは、放電開始電圧Ｖｔｈ×２（Ｖ）未満（未放電領域）で線形の関係にある。そして、Ｖｔｈ×２（Ｖ）以上から放電領域に入るにつれて徐々に電流の増加方向にずれる。放電の発生しない真空中での同様の実験においては直線が保たれたため、これが放電に関与している電流の増分ΔＩａｃであると考える。

Ｖｔｈ×２（Ｖ）未満のピーク間電圧Ｖｐｐに対して電流Ｉａｃの比をαとしたとき、放電による電流以外の、帯電部材と被帯電部材との接触部へ流れる電流（以下、「ニップ電流」という。）などの交流電流は、α・Ｖｐｐとなる。従って、以下の式（１）により算出される、Ｖｔｈ×２（Ｖ）以上の電圧印加時に測定される総電流量Ｉａｃと上記α・Ｖｐｐとの差分ΔＩａｃを、放電量を代用的に示す放電電流量と定義する。
ΔＩａｃ＝Ｉａｃ−α・Ｖｐｐ ・・・（１）

この放電電流量は、一定電圧又は一定電流での制御下で帯電を行った場合、環境によって、又装置の使用量の増加によって変化する。これは、ピーク間電圧と放電電流量との関係、交流電流値と放電電流量との関係が変動しているからである。

ここで、ＡＣ定電流制御方式では、帯電部材から被帯電体に流れる総電流Ｉａｃを制御している。この総電流量Ｉａｃは、上記のように、ニップ電流α・Ｖｐｐと、非接触部で放電することで流れる放電電流量ΔＩａｃと、の和になっている。

すなわち、このような定電流制御では、実際に被帯電体を帯電させるのに必要な電流である放電電流だけでなく、ニップ電流も含めた形で制御しているため、放電電流量は制御できていない。定電流制御において同じ電流値で制御していても、帯電部材の材質の環境変動によって、ニップ電流が多くなれば当然放電電流量は減り、ニップ電流が減れば放電電流量は増えることとなる。

従って、ＡＣ定電流制御方式で、理想的に放電電流量の増減を抑制することは困難である。そこで、本実施形態では、常に所望の放電電流量を得るため、以下の要領で制御を行った。所望の放電電流量をＤとしたときに、この放電電流量Ｄとなるピーク間電圧を決定する方法を説明する。本実施形態では、印字準備回転動作時（画像形成前）に、制御回路１３で、印字工程時（画像形成時）の帯電工程における帯電ローラ２に対する印加交流電圧の適切なピーク間電圧値の演算・決定プログラムを実行する。

図６は、本実施形態における制御を説明するための帯電交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐと交流電流Ｉａｃとの関係（Ｖｐｐ−Ｉａｃグラフ）を示し、図７は、同制御の制御フローを示す。また、図８は交流波形の変化を説明するためのグラフを示す。

制御回路１３は、ＡＣ電源１２を制御して、放電領域にある３点のピーク間電圧（Ｖｐｐ）の交流電圧、未放電領域にある３点のピーク間電圧の交流電圧を、帯電ローラ２に順次に印加させる。そして、その時に感光ドラム１を介して帯電ローラ２に流れる交流電流値が、交流電流値測定回路１４で測定されて、制御回路１３に入力される。

次に、制御回路１３は、上述のようにして測定された放電領域、未放電領域の各３点の電流値から、最小二乗法を用いて、放電領域、未放電領域のそれぞれにおけるピーク間電圧と交流電流との関係を直線近似する。そして、以下の式（２）、（３）を算出する。

放電領域の近似直線：Ｙα＝αＸ＋Ａ ・・・（２）
未放電領域の近似直線：Ｙβ＝βＸ＋Ｂ ・・・（３）
その後、上記式（２）の放電領域の近似直線と、式（３）の未放電領域の近似直線との差分が、放電電流量Ｄとなるピーク間電圧Ｖｐｐを、下記式（４）によって決定する。
Ｖｐｐ＝（Ｄ−Ａ＋Ｂ）／（α−β） ・・・（４）

そして、帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧を、上記式（４）で求めたＶｐｐに切り替え、定電圧制御し、印字工程（画像形成時）へと移行する。

このように、毎回、印字準備回転時において、印字時に所定の放電電流量を得るために必要な帯電交流電圧のピーク間電圧（制御電圧値）を算出し、印字中には求めたピーク間電圧の交流電圧を定電圧制御で帯電ローラ２に印加する。これにより、帯電ローラ２の製造ばらつきや材質の環境変動に起因する電気抵抗値のふれや、装置本体の高圧装置のばらつきを吸収し、確実に所望の放電電流量を得ることが可能となった。このような制御を、ここでは、放電電流制御という。

すなわち、放電電流制御は、帯電手段に直流電圧を印加したときの像担持体への放電開始電圧をＶｔｈとしたときに、Ｖｔｈの２倍以上の領域を放電領域とし、Ｖｔｈの２倍未満の領域を未放電領域とするとき、以下のように決定する。すなわち、放電領域、未放電領域のそれぞれに複数のピーク間電圧を印加したときの交流電流との関係を直線近似し、放電領域の近似直線と、未放電領域の近似直線との差分が、放電電流量となるピーク間電圧を画像形成時の印加電圧として決定する。

（プロセススピードと放電電流制御）
前述のように、複数のプロセススピードを有する画像形成装置において、各プロセススピードでそれぞれ放電電流制御を行なうと、画像形成動作以外の作動時間が長くなるという問題がある。

ａ）従来の放電制御
これに対して、特許文献２では、複数のプロセススピードのうち１つにおいて帯電部材に印加する交流電圧（帯電交流電圧）のピーク間電圧を決定する。そして、その結果から、その他すべてのプロセススピードに対する帯電交流電圧のピーク間電圧を算出する方法を提案する。これは、放電電流ΔＩａｃとピーク間電圧Ｖｐｐとの関係が、同じ帯電周波数であれば一定であるということを前提としている。

しかしながら、一つの帯電周波数で制御した結果を用いた場合は、それぞれのプロセススピードでの帯電周波数で制御する場合に対しては、制御の低下は避けられなかった。これは、異なる周波数の帯電交流電圧を使用した場合に、静電容量の変化に伴って帯電交流電圧の波形が変動することがある。そのため、異なる周波数において、放電電流量と帯電交流電圧のピーク間電圧との関係が異なってくる問題があった。

その結果、帯電周波数１ｋＨｚで放電制御を行った場合に、帯電周波数１ｋＨｚでの放電量７０μＡでの制御精度±１０μＡに対して、２ｋＨｚでのずれ調節を行った場合は±２５μＡの制御精度となる。すなわち、精度低下は避けられなかった。

よって、帯電不良の閾値となる放電電流量６０μＡに対して、狙いの放電電流量を８５μＡにしなければならなかった。その結果、ドラムカートリッジ寿命は約２割低下し、５．５万枚の寿命に留まっていた。

また、温度センサが示す温度が２３℃で、実際の帯電ローラ温度が１５℃のように乖離が生じる場合、放電電流量の温度テーブルに対してずれが生じてしまっていた。このような状況で放電電流制御を実行すると、放電電流量が不足気味となり、帯電不良となるリスクを抱えていた。

ｂ）本実施形態の放電制御
これに対して、本実施形態の放電電流制御では、放電電流制御前に帯電周波数制御を行い、放電電流制御における最適な周波数を設定する。すなわち、交流周波数と交流検知電流との関係から温度で変化する帯電ローラの電気特性を検知し、放電電流制御における最適な周波数を設定し、放電電流制御において最適な帯電交流電圧を設定するものである。

以下に、本実施形態の説明としてフローチャート（図９）を示す。まず、（２０１）で、本体電源ｏｎもしくはドラム開閉状態から、（２０２）で感光ドラムを駆動する。次に（２０３）で、帯電交流電圧を６００Ｖｐｐに固定し、帯電交流周波数を段階的に変え、（２０４）で交流電流を検知する。

次に（２０５）で、交流周波数に対し交流電流検知結果として交流電流が線形でなくなる変曲点となる交流周波数（特定周波数）を検出する。（２０４）では低い周波数から変えて交流電圧を印加しているが、周波数を変える毎に電流検知と線形性を確認しており、（２０５）では線形性が連続で一定量ずれた場合に線形性がなくなったと判断する。この結果を、図１０に示す。なお、周波数を変える際は、低い周波数から段階的に高い周波数とする他、一旦低い周波数から高い周波数とし、その後再び低い周波数としても良い。

周波数（ｋＨｚ）と交流電流（ｌａｃ）の関係を示す図１０において、帯電ローラの電気特性により変曲点が見られるが、これは帯電ローラ表面への電荷追従性が低下し始めることを示している。特に、帯電ローラの導電性が高い状態では変曲点は低い周波数領域で、導電率が低い状態では変曲点は高い周波数領域で起こる。図１０では、１５℃環境と２３℃環境における帯電ローラの電気特性を示しており、２３℃環境では交流周波数２．０Ｈｚで、１５℃環境では交流周波数１．０Ｈｚに変曲点を持つことが分かる。

次に（２０６）（２０７）で、変曲点の周波数（特定周波数）ｆａと、予め本体に記憶させておいた画像形成時の帯電周波数ｆｏの大小関係を比較する。変曲点の周波数（特定周波数）ｆａが予め本体に記憶させておいた画像形成時の帯電周波数ｆｏよりも大きい場合は、制御周波数として、画像形成時の帯電周波数ｆｏで放電電流制御を実行するモードＡを選択する。また，変曲点の周波数（特定周波数）ｆａが画像形成時の帯電周波数ｆｏよりも小さい場合は、制御周波数として、特定周波数ｆａよりも小さい周波数で放電電流制御を実行するモードＢを選択する。

２３℃環境（変曲点となる特定周波数が２ｋＨｚ）では、モードＡ（特定周波数が画像形成時の帯電周波数ｆｏよりも大きい前提）を選択可能である。そして、画像形成時と同じ周波数ｆｏでの放電電流制御であるため、放電電流制御精度が±１０μＡと高く、ドラムカートリッジ寿命も７万枚となる。

一方、１５℃環境（変曲点となる特定周波数が１ｋＨｚ）では、モードＢ（特定周波数が画像形成時の帯電周波数ｆｏよりも小さい前提）を選択する。この場合、画像形成時と異なる周波数での放電電流制御であるため、放電電流制御精度が±２５μＡと低く、ドラムカートリッジ寿命も５．５万枚となる。

また、温度センサが示す温度が２３℃で、実際の帯電ローラ温度が１５℃のように乖離が生じる場合でも、本実施形態の帯電周波数制御によれば、その帯電周波数の変曲点から帯電ローラの電気特性を直接検知していることとなる。よって、変曲点から帯電ローラ温度を予想可能となるため、温度によって変化する必要放電電流量の補正も正確に行うことが出来る。

以上から、本実施形態によれば、帯電周波数制御によって、画像形成時と同じ周波数で制御可能か否かの判断を正確に行える。そして、ドラムカートリッジの寿命向上が見込めるモードＡの選択率を上げ、ドラムカートリッジの寿命向上を実現することが出来る。

そして、本実施形態の画像形成装置では、使用環境で変化する帯電ローラの電気特性に対して最適な帯電周波数を選択して放電電流制御を行うことで、画像形成時に最適な放電量となる帯電電圧および帯電電流を設定することが出来る。また、画像形成装置が持つ温度センサが示す温度と実際の帯電ローラの温度との乖離が生じた場合においても、最適な設定を行う事が出来る。これにより、低温カブリや砂地の発生を抑制しつつ、感光ドラムや帯電ローラの寿命低下を防止することが可能である。

（変形例）
上述した実施形態では、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、周波数を変えて電流検知手段で検知される電流の値が変曲点をとるときの特定周波数に基づいて、放電電流制御を実行する際の制御周波数を取得したが、本発明は以下のような変形例を含むものである。すなわち、本発明は、少なくとも、周波数を変えて電流検知手段で検知される電流の値が変曲点をとるときの特定周波数に基づいて、放電電流制御を実行する際の制御周波数を取得するものである。

これにより、例えば、上述した本実施形態における特定周波数と、予め定められた画像形成時の帯電周波数とにつき、それぞれ重み付けをして制御周波数を取得することもできる。

（変形例２）
上述した実施形態では、画像形成前（上述した周波数−電流特性を用いたピーク間電圧の設定）および画像形成時（設定されたピーク間電圧で定電圧制御）に帯電ローラに交流を印加する説明をしたが、交流を印加する際に直流電圧が重畳されても良い。

そして、画像形成前（上述した周波数−電流特性を用いたピーク間電圧の設定）には、帯電ローラが１周以上する時間だけ帯電ローラに交流が印加される。また、画像形成時（設定されたピーク間電圧で定電圧制御）には、回転体としての感光ドラムが１周以上する時間だけ帯電ローラに交流が印加される。

（変形例３）
上述した実施形態では、帯電交流電圧（第１のピーク間電圧）を６００Ｖｐｐに固定し、帯電交流周波数（周波数）を段階的に変え、電流を検知したが、第１のピーク間電圧は感光ドラムと帯電ローラとの間で放電しない値であれば任意の値で良い。

１・・感光ドラム、２・・帯電ローラ、１３・・制御回路、１４・・測定回路、Ｓ１・・帯電電源

Claims (12)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
   前記帯電手段を交流で放電電流制御する制御手段と、
   前記帯電手段に所定のピーク間電圧で周波数を変えて交流を印加する印加手段と、
   前記印加手段で印加されたときの電流を検知する検知手段と、
   少なくとも、前記周波数を変えて前記検知手段で検知される電流の値が変曲点をとるときの特定周波数に基づいて、前記放電電流制御を実行する際の制御周波数を取得する取得手段と、
   を有することを特徴する画像形成装置。
2. 前記制御周波数は、前記特定周波数と、予め定められた画像形成時の帯電周波数とを比較することで取得されることを特徴する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記特定周波数が前記帯電周波数よりも大きい場合は、前記制御周波数を前記帯電周波数とし、
   前記特定周波数が前記帯電周波数よりも小さい場合は、前記制御周波数を前記特定周波数よりも小さい周波数とすることを特徴する請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記周波数を変える際は、低い周波数から段階的に高い周波数とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記周波数を変える際は、一旦低い周波数から高い周波数とし、その後再び低い周波数とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記交流を印加する際に直流電圧が重畳されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記所定のピーク間電圧は、前記像担持体と前記帯電手段との間で放電しない値であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記帯電手段は帯電ローラであり、前記帯電ローラが１周以上する時間だけ前記交流を印加することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記像担持体は回転体であり、画像形成時に前記回転体が１周以上する時間だけ前記交流を印加することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記像担持体のトナー像が転写される記録材の種類に応じて、プロセススピードが変更可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記放電電流制御を行う前記制御手段は、
    前記帯電手段に直流電圧を印加したときの前記像担持体への放電開始電圧をＶｔｈとしたときに、Ｖｔｈの２倍以上の領域を放電領域とし、Ｖｔｈの２倍未満の領域を未放電領域とするとき、前記放電領域、前記未放電領域のそれぞれに複数のピーク間電圧を印加したときの交流電流との関係を直線近似し、前記放電領域の近似直線と、前記未放電領域の近似直線との差分が、放電電流量となるピーク間電圧を画像形成時の印加電圧として決定することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 像担持体と、
    前記像担持体を帯電させる帯電手段と、
    複数の交流電圧を印加し、その際に検知される交流電流検知結果とから、適正な放電電流量を算出して、画像形成時における交流電圧あるいは交流電流を設定する放電電流制御を実行する制御手段と、
    前記帯電手段に交流電圧を複数の交流周波数を変えて印加する印加手段と、
    前記印加手段で印加されたときに流れる電流を検知する交流電流検知手段と、
    前記複数の交流周波数を変更して前記交流電圧を印加した際の交流電流検知結果より、前記放電電流制御を実行する際の交流周波数を決定する決定手段と、
    を有することを特徴する画像形成装置。