(57)【要約】【課題】像担持体と現像剤担持体の間の容量の検出値の変化を求める際の分解能を向上させることで、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことなどを可能とした画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、感光ドラム１、現像スリーブ４ａ、ＣＰＵ３１１、ＡＣ増幅回路３０６等を備える。ＡＣ高圧駆動回路３０１、ＡＣトランス３０２、ＤＣ高圧回路３０３により、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間に現像電界を形成する現像バイアス電圧を現像スリーブ４ａに印加する。ｐ−ｐ電圧検出回路３０４により、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量を検出する。ＡＣ増幅回路３０６により、検出された容量を示す検出信号の変化を増幅する。ＣＰＵ３１１は、増幅された容量検出信号の変化を基に、現像を含む画像形成を行う条件を変更する。【選択図】図３
2014202989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体に対向して配置され前記像担持体に担持された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体とを備え、前記現像剤により前記静電潜像を現像することで画像形成を行う画像形成装置であって、
前記像担持体と前記現像剤担持体の間に現像電界を形成する現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加する印加手段と、
前記像担持体と前記現像剤担持体の間の容量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された容量を示す検出信号の変化を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された容量検出信号の変化を基に、前記現像を含む画像形成を行う条件を変更する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記増幅手段は、前記検出手段により検出された容量を示す検出信号の大きな変化の入力を制限する制限手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記増幅手段は、前記現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加した場合における、前記容量検出信号が一定値に収束する時間を短縮する短縮手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記画像形成を行う条件には、前記現像バイアス電圧のＡＣ成分である現像ＡＣバイアス電圧のピークツーピーク値、前記現像バイアス電圧のＤＣ成分である現像ＤＣバイアス電圧の電圧値、前記像担持体を帯電する帯電バイアス電圧のＤＣ成分である帯電ＤＣバイアス電圧の電圧値、前記像担持体を露光するレーザ光の光量、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像により画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式で画像形成を行う画像形成装置や静電記録方式で画像形成を行う画像形成装置では、静電潜像を担持した像担持体（感光ドラム）に、現像器の現像剤を担持した現像剤担持体（現像スリーブ）を対応させて現像を行うことが一般的である。現像を行う際は、感光ドラムと現像スリーブの間に現像電界を形成するために、現像スリーブに現像バイアス電圧を印加する。
【０００３】
現像バイアス電圧としては、例えば図２１に示すようにＤＣ（直流）成分にＡＣ（交流）成分を重畳した現像バイアス電圧が用いられている。即ち、現像バイアス電圧（矩形バイアス電圧とも称する）のＡＣ成分の矩形波としては、従来、周波数が２ｋＨｚ（１／２周期＝２５０μ秒）程度、ピークツーピーク電圧（Ｖｐ−ｐ）が２ｋＶ程度のものが用いられている。
【０００４】
また、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いた現像（２成分現像）に関しては、例えば図１６に示すようにＤＣ成分にＡＣ成分を断続的に重畳した現像バイアス電圧を用いる技術が提案されている。図２２に示す現像バイアス電圧（ブランクパルスバイアス電圧（ＢＰバイアス電圧）とも称する）は、パルス部と休止部（ブランク部）から構成されている。
【０００５】
画像形成装置では感光ドラムと現像スリーブの間に所定のギャップ（以下Ｓ−Ｄギャップと表記）を設けている。Ｓ−Ｄギャップを維持するため、現像スリーブの端部に設けた突き当てコロを感光ドラムの表面に突き当てる構成、もしくは現像スリーブの回転軸と感光ドラムの回転軸の間にスペーサを固定する構成をとっている。
【０００６】
しかし、現像スリーブの端部に設けた突き当てコロを感光ドラムの表面に突き当てる構成においては、突き当てコロの径のばらつきやスペーサの寸法のばらつき等により、Ｓ−Ｄギャップは画像形成装置毎に静的に平均値としてばらつくという問題がある。元々、設計上の中心値であるＳ−Ｄギャップの称呼値は、例えば３００ｕｍといった非常に狭いものであるため、部品の公差等によるばらつきにより±２０％程度変わる場合がある。また、突き当てコロの製造精度あるいは突き当てコロに現像剤等が付着することで部分的に突き当てコロの径が変わり、突き当てコロ１周の時間周期でＳ−Ｄギャップが変化する動的変動がある。
【０００７】
一方、現像スリーブの回転軸と感光ドラムの回転軸の間にスペーサを固定する構成においては、感光ドラムの回転軸に対する感光ドラム表面の偏芯成分により感光ドラム周期でＳ−Ｄギャップの変動が見られる。また、両方の構成において、現像スリーブの偏芯や曲がり成分による現像スリーブ１周周期でのＳ−Ｄギャップ変動もある。
【０００８】
トナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いた２成分現像では、Ｓ−Ｄギャップが静的もしくは動的に狭くなると、高電圧（以下高圧）の現像バイアス電圧が狭くなったＳ−Ｄギャップに印加され、Ｓ−Ｄギャップの電界は非常に大きなものになる。その結果、現像器の内部に混入した導電性の異物による異常放電が発生しやすくなり、画像にリング状の斑点が形成され著しく画像品位を落とすという問題が発生する。また、逆にＳ−Ｄギャップが広くなった場合、現像性が低下し、画像の濃度低下や画像のがさつきが発生する。
【０００９】
他方、磁性体を含むトナーからなる１成分現像剤を用いた１成分ジャンピング現像では、現像スリーブと感光ドラムの間の電界により現像剤が飛翔する現象を利用して現像を行う。１成分ジャンピング現像では、Ｓ−Ｄギャップの広さにより電界が異なる結果、画像の濃度が変化するという問題がある。そのため、Ｓ−Ｄギャップの動的変動があると、Ｓ−Ｄギャップの広いところでは画像濃度が薄く、Ｓ−Ｄギャップの狭いところでは画像濃度が濃くなり、画像に帯状の濃淡が発生するという問題がある。
【００１０】
これらの問題への対応として、Ｓ−Ｄギャップの大きさに応じて変化する感光ドラム及び現像スリーブ間の静電容量を検出し、画像形成条件を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の提案によれば、Ｓ−Ｄギャップの平均値を静電容量として検出し、その容量値に応じて、現像ＡＣバイアス電圧、現像ＤＣバイアス電圧、帯電ＤＣバイアス電圧、レーザ光量といった画像形成条件のいずれかを変更する。また、Ｓ−Ｄギャップの動的変動を記憶し、その変動に応じて上記画像形成条件を動的に変動させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−３００９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来技術においては以下のような問題がある。Ｓ−Ｄギャップの静電容量を検出し、その検出値の動的変動を画像形成条件の変更に利用しようとした場合、動的変動による検出値の変化量が非常に小さい。そのため、その変化を一旦記憶するためにＡ／Ｄ変換回路で読み取ろうとした場合の分解能が低下する。また、検出値の動的変動を直接、例えば現像ＤＣバイアス電圧等にフィードバックして使用する場合には、検出信号の変化を拡大もしくは縮小して現像ＤＣバイアス電圧の出力設定信号に作用させる必要があるが、その方法については開示されていない。
【００１３】
本発明の目的は、像担持体と現像剤担持体の間の容量の検出値の変化を求める際の分解能を向上させることで、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことなどを可能とした画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体に対向して配置され前記像担持体に担持された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体とを備え、前記現像剤により前記静電潜像を現像することで画像形成を行う画像形成装置であって、前記像担持体と前記現像剤担持体の間に現像電界を形成する現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加する印加手段と、前記像担持体と前記現像剤担持体の間の容量を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された容量を示す検出信号の変化を増幅する増幅手段と、前記増幅手段により増幅された容量検出信号の変化を基に、前記現像を含む画像形成を行う条件を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、像担持体と現像剤担持体の間の容量を示す検出信号の変化を増幅して求めた容量検出信号の変化を基に、現像を含む画像形成を行う条件を変更する。即ち、前記容量の動的変化に基づく検出信号の変化を拡大することで、その検出信号の変化を高分解能で精度良くサンプリングすることが可能となる。そして、前記容量の動的変化を基に画像形成を行う条件を変更する。画像形成を行う条件の変更として、例えば、容量検出信号の電圧が大きいところでは現像電圧を上げ、容量検出信号の電圧が小さいところでは現像電圧を下げる。これにより、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の構成を示す構成図である。
【図２】感光ドラムの回転軸と現像スリーブの回転軸がスペーサにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【図３】画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【図４】Ｓ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【図５】動的Ｓ−Ｄ変動によりＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧が変動している例を示す図である。
【図６】ＡＣ増幅回路の詳細回路図である。
【図７】Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図８】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図９】画像形成装置のＳ−Ｄギャッププロファイルの取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【図１０】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図１１】Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号プロファイル、潜像電位、現像ＤＣ高圧、ドラムＨＰ信号を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る感光ドラムの回転軸と現像スリーブの回転軸がコロにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【図１３】画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【図１４】Ｓ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【図１５】ＡＣ増幅回路の詳細回路図である。
【図１６】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図１７】画像形成装置のＳ−Ｄギャップ平均値の取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【図１８】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図１９】検出した容量変動を使用して画像形成条件を変更する処理を示すフローチャートである。
【図２０】動的なＳ−Ｄ容量の変動によりＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号も動的に変更される例を示す図である。
【図２１】ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳した現像バイアス電圧の例を示す図である。
【図２２】パルス部と休止部から構成された現像バイアス電圧の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１実施形態では、電子写真方式で画像形成を行う画像形成装置の感光ドラムと現像スリーブの間のＳ−Ｄギャップの容量の動的変動のプロファイルを予め検出して記憶しておき、画像形成時に検出結果を使用し画像形成条件を変更する方法を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の感光ドラムと現像器を中心とした構成を示す構成図である。
【００２０】
図１において、画像形成装置は、感光ドラム１の周囲に、一次帯電器２、現像器４、転写帯電器５、クリーニング部６、前露光部１１を配置した構造を有する。画像形成装置は、感光ドラム１に形成した静電潜像を現像したトナー像を用紙に転写する電子写真方式の画像形成を行う。感光ドラム１は、静電潜像を担持する像担持体であり、駆動機構（不図示）により矢印Ｒ方向に回転駆動される。帯電工程では、感光ドラム１の表面は一次帯電器２により均一に帯電される。露光工程では、形成対象の画像に応じたレーザ光Ｌがレーザ駆動部（不図示）により感光ドラム１の表面に露光され、静電潜像が形成される。
【００２１】
現像器４は、現像スリーブ４ａ、現像スクリュー４ｂ、現像スクリュー４ｃを備えると共に、キャリアとトナーを含んだ２成分現像剤を収容しており、感光ドラム表面の静電潜像の現像を行う。現像スリーブ４ａは、現像剤を担持する現像剤担持体であり、感光ドラム１に対向して配置される。現像工程では、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間に現像電界を形成するために、現像高圧基板（図３参照）から現像スリーブ４ａに現像バイアス電圧を印加する。これに伴い、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像は、現像器４により現像されトナー像として可視化される。本実施形態では、トナーはマイナス極性に帯電されている。
【００２２】
転写工程では、紙搬送機構（不図示）により搬送されてくる用紙に感光ドラム上のトナー像が転写帯電器５により転写される。感光ドラム上の転写残りトナーは、感光ドラム１に押圧されたクリーニングブレードを有するクリーニング部６により除去される。トナー像が転写された用紙は、定着器（不図示）に搬送される。定着工程では、定着器により用紙上のトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、機外に排出される。その後、感光ドラム１は、前露光部１１により除電され再度の画像形成に供される。
【００２３】
図２は、第１実施形態に係る感光ドラムの回転軸と現像スリーブの回転軸がスペーサにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【００２４】
図２において、感光ドラム１の中心部には、感光ドラム１を回転可能に支持する回転軸１ａと軸受１ｂが設けられている。また、現像スリーブ４ａの中心部には、現像スリーブ４ａを回転可能に支持する回転軸４ｄと軸受４ｅが設けられている。また、感光ドラム１の軸受１ｂの外周部と現像スリーブ４ａの軸受４ｅの外周部との間には、スペーサ２０が固定されている。これにより、感光ドラム１の回転軸１ａと現像スリーブ４ａの回転軸４ｄとの間は、スペーサ２０によって位置決めされている。
【００２５】
本実施形態では、スペーサ２０によって位置決めされた感光ドラム１と現像スリーブ４ａとの間の距離（Ｓ−Ｄギャップ：間隔）は、称呼値で３００ｕｍに設定されている。本例では、Ｓ−Ｄギャップは公差により平均値として±１０％すなわち±３０ｕｍずれる可能性があり、さらに感光ドラム１の偏芯により動的に最大±５％すなわち±１５ｕｍの変動を持つ。
【００２６】
感光ドラム１の軸方向の端部には、ホームポジション（以下ＨＰ）フラグ２１が設けられている。また、感光ドラム１の近傍には、ＨＰセンサ２２が配置されている。ＨＰセンサ２２は、ＨＰフラグ２１を読み取り、感光ドラム１のＨＰを検出したことを示すＨＰ信号をＣＰＵ（図３）に出力する。
【００２７】
標準状態において、帯電工程では、感光ドラム１の表面は一次帯電器２により例えば−６００Ｖに帯電される。感光ドラム１の表面にレーザ光により形成される静電潜像（潜像部）の電位は−１５０Ｖとなっている。現像バイアス電圧のＤＣ成分である現像ＤＣバイアス電圧として−４００Ｖが現像スリーブ４ａに印加されることで、画像濃度を決定するためのコントラスト電位Ｖｃｏｎｔ（感光ドラム１の潜像部と現像スリーブ４ａの間の電位）が２５０Ｖになる。また、かぶり（潜像部でない箇所にトナーが飛散する現象）を防ぐためのかぶり取り電位Ｖｂａｃｋが２００Ｖになる。
【００２８】
本実施形態では、現像バイアス電圧として、図２２に示したＢＰバイアス電圧を使用している。ＤＣ成分（ＤＣバイアス）にＡＣ成分（ＡＣバイアス）を加えることで、画像のがさつきを抑制することが可能となると共に画像濃度を十分に得ることが可能となる。Ｓ−Ｄギャップが称呼値の場合、現像バイアス電圧のＡＣ成分である現像ＡＣバイアス電圧のパルス部のＶｐ−ｐは２ｋＶである。また、Ｓ−Ｄギャップが称呼値の場合、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量性負荷は３５０ｐＦである。
【００２９】
図３は、画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。尚、図３に示す構成は、本発明の印加手段、検出手段、制御手段、増幅手段を実現するための一例である。
【００３０】
図３において、画像形成装置には、現像高圧基板３００、制御基板３１０が装備されている。現像高圧基板３００には、ＡＣ高圧駆動回路３０１（印加手段）、ＡＣトランス３０２（印加手段）、ＤＣ高圧回路３０３（印加手段）、ｐ−ｐ電圧検出回路３０４（検出手段）が実装されている。さらに、現像高圧基板３００には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３０５、ＡＣ増幅回路３０６（増幅手段、制限手段、短縮手段）、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２、出力抵抗が実装されている。制御基板３１０には、Ａ／Ｄ変換回路３１４、Ｄ／Ａ変換回路３１２、Ｄ／Ａ変換回路３１３、ＣＰＵ３１１（制御手段）、メモリ３１５が実装されている。
【００３１】
現像高圧基板３００において、ＡＣ高圧駆動回路３０１は、ＡＣトランス３０２を駆動してＳｉｇ１Ｖｐ−ｐ設定信号に応じた現像ＡＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４ａに供給する。ＤＣ高圧回路３０３は、Ｓｉｇ２現像ＤＣ設定信号に応じた現像ＤＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４ａに供給する。これにより、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間に現像電界を形成する現像バイアス電圧を現像スリーブ４ａに印加する。ｐ−ｐ電圧検出回路３０４は、コンデンサＣ２の両端のピークツーピーク電圧（ｐ−ｐ電圧）をＤＣ電圧に変換する。ＤＣ電圧は、ＬＰＦ３０５に入力されて、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号として取り出される。これにより、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量が検出される。
【００３２】
Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は、さらにＡＣ増幅回路３０６に入力され、そのＡＣ成分が増幅されてＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号（容量検出信号）として出力される。ＬＰＦ３０５のカットオフ周波数は、現像ＡＣバイアス電圧の周波数２ｋＨｚが通過せず、かつ、動的Ｓ−Ｄ変動によるＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号のゆれが通過できるような周波数として、例えば２０Ｈｚ程度に設定されている。
【００３３】
制御基板３１０において、Ａ／Ｄ変換回路３１４は、１０ｂｉｔ分解能の回路であり、現像高圧基板３００から出力される２つの容量検出信号であるＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。Ｄ／Ａ変換回路３１２は、ＣＰＵ３１１の設定に基づき、ＡＣ高圧駆動回路３０１がＡＣトランス３０２を駆動して生成する現像ＡＣバイアス電圧を制御するアナログ電圧Ｓｉｇ１Ｖｐ−ｐ設定信号を出力する。Ｄ／Ａ変換回路３１３は、ＣＰＵ３１１の設定に基づき、ＤＣ高圧回路３０３が出力するＤＣ電圧を制御するアナログ電圧Ｓｉｇ２現像ＤＣ設定信号を出力する。
【００３４】
ＣＰＵ３１１は、上記検出された感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量の変動をメモリ３１５に記憶する。また、ＣＰＵ３１１は、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号に基づき、換言すれば感光ドラム−現像スリーブ間容量（現像容量）の平均値と変動プロファイルに基づき、現像を含む画像形成を行う条件（画像形成条件：作像条件）を変更する。画像形成を行う条件には、現像ＡＣバイアス電圧のピークツーピーク値（ｐ−ｐ値）、現像ＤＣバイアス電圧の電圧値、感光ドラム１を帯電する帯電バイアス電圧のＤＣ成分である帯電ＤＣバイアス電圧の電圧値、感光ドラム１を露光するレーザ光の光量を含む。
【００３５】
操作部３１６は、画像形成装置における各種表示や画像形成装置に対する各種設定に用いられる。また、操作部３１６は、上記検出された感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量の表示、画像形成条件の設定などにも用いられる。
【００３６】
ＡＣトランス３０２の二次側は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量である負荷容量ＣＬとコンデンサＣ１及びＣ２の容量とに分割された容量分圧回路となっている。負荷容量ＣＬが称呼値３５０ｐＦの場合、コンデンサのインピーダンスは容量の逆数である。従って、現像ＡＣバイアス電圧のうちコンデンサＣ２の両端に印加されるピークツーピーク電圧（ｐ−ｐ電圧）：Ｖｐ−ｐは、計算上、２ｋＶ×２９７ｐＦ／０．２７ｕＦ＝２．６Ｖとなる。ｐ−ｐ電圧検出回路はダイオードでコンデンサＣ２の両端のｐ−ｐ電圧を検出するものであるから、その出力はダイオードの順方向電圧Ｖｆの２つ分だけ電圧が小さくなる。
【００３７】
本出願人は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間に配置するスペーサ２０として長さの異なるスペーサを用意して交換することで、次の測定を行った。即ち、Ｓ−Ｄギャップを称呼値の３００ｕｍから増減させ、２ｋＶｐ−ｐの現像ＡＣバイアス電圧を印加してＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧を測定したところ、図４に示す結果が得られた。
【００３８】
図４は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の距離であるＳ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【００３９】
図４から、Ｓ−Ｄギャップにほぼ反比例して感光ドラム−現像スリーブ間容量が変化し、その結果、Ｓ−Ｄギャップが広がるとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧が小さくなることが分かる。つまり、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号によりＳ−Ｄギャップの距離を検出することが可能である。
【００４０】
感光ドラム１が回転軸１ａを介して回転すると共に現像スリーブ４ａが回転軸４ｄを介して回転した状態では、感光ドラム１及び現像スリーブ４ａの各々の偏芯成分によりＳ−Ｄギャップが変動（動的Ｓ−Ｄ変動）する。
【００４１】
図５は、動的Ｓ−Ｄ変動によりＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧が変動している例を示す図である。
【００４２】
図５において、実線はＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧の検出波形であり、黒点はＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧をサンプリングしたものである。破線は平均値であり、パルス波形はＨＰ信号である。動的Ｓ−Ｄ変動への影響度は感光ドラム１の偏芯によるものが大きい。現像スリーブ４ａの偏芯によるものは振幅が小さく周期も短い。
【００４３】
動的Ｓ−Ｄ変動によるＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧の変化幅は５０ｍＶ程度しかない。そのため、これを３．３Ｖをリファレンス電圧とするＡ／Ｄ変換回路３１４で検出しようとすると、１５ＬＳＢ（分解能）の変化幅しかなく、動的変化のプロファイルを正確に読み取ることができない。そこで、ＡＣ増幅回路３０６で変動成分を増幅している。
【００４４】
図６は、上記図３のＡＣ増幅回路３０６の詳細回路図である。
【００４５】
図６において、ＡＣ増幅回路３０６は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）７０１、差動増幅回路７０２、上限リミッタ７０３、下限リミッタ７０４を備えている。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号はＨＰＦ７０１に入力され、ＤＣ成分及びｐ−ｐ検出回路等の低周波数の温度ドリフト成分が除去される。Ｃ７０１、Ｃ７０２、Ｒ７０５、Ｒ７０６がＨＰＦ７０１のカットオフ周波数を決めるコンデンサ及び抵抗である。抵抗Ｒ７０６はＶｒｅｆ２にＤＣバイアスされている。ＶｒｅｆはＶｒｅｆ１、２、３を生成する基準電圧である。
【００４６】
差増増幅回路７０２は、増幅率２０倍の増幅回路を構成し、Ｖｒｅｆ１とＨＰＦ７０１の出力の差電圧を増幅する。上限リミッタ７０３は、コンデンサＣ７０１の電圧の最大電圧をＶｒｅｆ３に制限する。下限リミッタ７０４は、コンデンサＣ７０１の電圧の最小電圧をＶｒｅｆ１に制限する。Ｖｒｅｆ１、２、３は、それぞれ１．１２５Ｖ、１．２Ｖ、１．２７５Ｖとなっている。差動増幅回路７０２は、ＤＣ的にはＶｒｅｆ２とＶｒｅｆ１の差電圧を増幅するので、０．０７５Ｖの２０倍の１．５Ｖを出力する。つまり、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号には１．５Ｖを中心にＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の変化の２０倍が重畳した波形が出力される。
【００４７】
図７は、上記図５のＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の波形を増幅したＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【００４８】
図７において、約５０ｍＶの変化幅は約１Ｖに増幅され、１．５Ｖを中心に±０．５ＶのＡＣ信号となる。上記図６のコンデンサＣ７０１は上限リミッタ７０３及び下限リミッタ７０４によりその電圧範囲が制限されている。また、下限リミッタ７０４の電圧は差動増幅回路７０２のマイナス側の電圧と同じ電圧になっている。よって、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号から大きな入力変化が入った場合も、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の出力電圧範囲は０Ｖ〜３．０Ｖの範囲に制限される。
【００４９】
次に、上述した上限リミッタ７０３と下限リミッタ７０４の効果を図８を用いて説明する。
【００５０】
図８は、感光ドラム１の回転と現像スリーブ４ａの回転を止めた状態で現像ＡＣバイアス電圧をオンした場合の、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【００５１】
図８において、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は現像ＡＣバイアス電圧がオフ状態では０Ｖであるが、現像ＡＣバイアス電圧がオンされるとＳ−Ｄギャップの容量に応じた略一定値になる。Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の実線は本実施形態の回路による出力である。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の立ち上がり時にプラス側とマイナス側に振られるが、上限リミッタ７０３と下限リミッタ７０４の作用により、その範囲が０Ｖ〜３Ｖの範囲に制限されており、一定値（１．５Ｖ）に収束する時間ｔ１も短い。即ち、容量検出信号が一定値に収束する時間が短縮される。
【００５２】
Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の破線は上限リミッタ７０３と下限リミッタ７０４が無い場合の波形である。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の立ち上がり時に出力が差動増幅回路７０２の電源電圧付近まで大きく上昇した後、マイナス側に振られて０Ｖにしばらく張り付き、一定値に収束するまでの時間ｔ２が非常に長い。時間ｔ２の間はＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号が暴れており、その信号値をサンプリングして用いることができない。上限リミッタ７０３と下限リミッタ７０４の効果により時間ｔ２が時間ｔ１まで短くなり、サンプリング開始までの待ち時間を短くできる。
【００５３】
図９は、画像形成装置のＳ−Ｄギャッププロファイルの取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【００５４】
図９において、制御基板３１０のＣＰＵ３１１は、現像ＡＣバイアス電圧のＶｐ−ｐ設定を初期値である２ｋＶに設定する（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ３１１は、現像スリーブ４ａに高圧を供給するＡＣ高圧駆動回路３０１の出力をＯＮ状態にすると共に、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの回転駆動をＯＮする（ステップＳ１０２）。ここで、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号が安定するまで時間ｔ１だけ待つ（ステップＳ１０３）。ＣＰＵ３１１は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａを回転駆動した状態で、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号をＡ／Ｄ変換回路３１４を介して読み取る。
【００５５】
ＣＰＵ３１１は、ドラムＨＰセンサ２２の出力パルスを基準に感光ドラム一周あたり例えば８等分した８箇所の各点について、感光ドラム四周分のＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号のサンプリングを行う。さらに、ＣＰＵ３１１は、サンプリングしたＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号の各点四周分の値を平均化する処理を行い、処理結果をメモリ３１５に記憶する。このように、感光ドラム一周あたり８箇所の点を感光ドラム四周分について平均する。これにより、ＣＰＵ３１１は、感光ドラム１の偏芯以外（例えば現像スリーブ４ａの偏芯）が原因となって発生する微小な振れを除去して、動的Ｓ−Ｄ変動のプロファイル（Ｓ−Ｄギャッププロファイル）を取得する（ステップＳ１０４）。
【００５６】
ＣＰＵ３１１は、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号のサンプリングを行って動的Ｓ−Ｄ変動のプロファイルを取得するのと並行して次の平均値を求める。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号のサンプリングを感光ドラム４周分行い、これについては全てのサンプリング結果の平均値を求める（ステップＳ１０４）。この平均値はＳ−Ｄギャップが静的に近いか遠いかを表わす。最後にＣＰＵ３１１は、取得データをメモリ３１５に格納する（ステップＳ１０５）。
【００５７】
図１０は、Ｓ−Ｄギャッププロファイル取得時の現像ＡＣバイアス、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の波形の例を示す図である。
【００５８】
図１０において、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号にはＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号を２０倍に増幅した波形が見られるが、現像ＡＣバイアス電圧をオンして時間ｔ１の間は波形が安定しないため、ＣＰＵ３１１は時間ｔ１の経過後にサンプリングを開始する。上記図９の処理で取得した静的Ｓ−Ｄ平均値（Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号）と動的Ｓ−Ｄ変動のプロファイル（Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号）を使用して画像形成条件を変更して画像形成を行う。
【００５９】
まず、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の平均電圧がＳ−Ｄギャップが称呼値の時の電圧より大きい場合、Ｓ−Ｄギャップが小さく画像濃度が濃くなる。そのため、称呼値の電圧との差に応じて、コントラスト電位を小さくするために、現像ＤＣ電圧の平均値を基準値の−４００Ｖから例えば−３８０Ｖに変更する。これにより、潜像電位−１５０Ｖとの差が２５０Ｖから２３０Ｖになるため、同時に帯電電位を−５８０Ｖにし、かぶり取り電位２００Ｖを維持する。
【００６０】
また、Ｓ−Ｄギャップが小さいと、異常放電によりリング状の斑点が形成されて画像不良となる頻度が高くなる。そのため、現像ＡＣバイアスのＶｐ−ｐ電圧値を標準値の２ｋＶｐ−ｐから称呼値の電圧との差に応じて、例えば１．８ｋＶｐ−ｐへ小さくして、画像不良の発生頻度を下げる。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の平均電圧がＳ−Ｄギャップが称呼値の時の電圧より小さい場合は、上記の逆の制御を行う。
【００６１】
次に、図１１のように、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号を使用して取得した動的Ｓ−Ｄ変動のプロファイルを使用し以下の制御を行う。感光ドラム１のＨＰを検出するＨＰセンサ２２の信号（パルス）を基準にして、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の電圧が大きいところでは現像ＤＣ電圧を上げ、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の電圧が小さいところでは現像ＤＣ電圧を下げるように動的に制御する。この結果、Ｓ−Ｄギャップが近く画像濃度が濃くなる場合にはコントラスト電位を小さくし、Ｓ−Ｄギャップが遠く画像濃度が薄くなる場合にはコントラスト電位を大きくするので、画像濃度が一定となり画像の品位が向上する。
【００６２】
感光ドラム−現像スリーブ間容量（現像容量）のサンプリングは、画像形成装置の立上げ時（例えば当日の朝の最初の立上げ時）に行うようにしてもよい。また、前記サンプリングは、Ｓ−Ｄギャップが画像形成装置の機内温度によって変動する場合には、画像形成を行った用紙の枚数が所定枚数に達する毎にもしくは画像形成装置の稼動時間が所定時間に達する毎に行うようにしてもよい。
【００６３】
尚、本実施形態では、画像濃度の安定化のためにＶｃｏｎｔを制御するにあたり、Ｓ−Ｄギャップの変動に合わせて現像ＤＣバイアス電圧を変更するようにしたが、これに限定されるものではない。感光ドラム１の潜像部の電位を変化させるために感光ドラム１を露光するレーザ光の光量を変更するなど、本発明の効果を得るための他の様々な方法が有る。
【００６４】
上述したように本実施形態によれば、感光ドラム−現像スリーブ間の容量の動的変化に基づく検出信号の変化を拡大することで、検出信号の変化を高分解能で精度良くサンプリングすることが可能となる。そして、容量の動的変化を基に画像形成条件を変更する（容量検出信号の電圧が大きいところでは現像ＤＣ電圧を上げ、容量検出信号の電圧が小さいところでは現像ＤＣ電圧を下げる）。これにより、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことが可能となる。また、検出信号の変化を直接現像ＤＣバイアス電圧等に作用させて画像形成条件にフィードバックする際にも、容量の動的変化の振幅を、作用させる対象に合わせて変更することができる。これにより、画像形成条件に対する適切なフィードバック量を設定することが可能となる。
【００６５】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２実施形態が第１実施形態と相違する点は、画像形成装置で使用する現像剤が磁性体を含むトナーからなる１成分現像剤である点と、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の出力を現像ＤＣ高圧設定に対して現像高圧基板上でリアルタイムに作用させる点である。
【００６６】
第２実施形態における感光ドラムと現像器を中心とした構成は第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。また、第２実施形態における画像形成時の帯電、現像、及び潜像電圧についても第１実施形態と同様である。
【００６７】
標準状態において、感光ドラム１の表面は一次帯電器２により例えば−６００Ｖに帯電される。感光ドラム１の表面にレーザ光により形成される静電潜像（潜像部）の電位は−１５０Ｖとなっている。現像バイアス電圧のＤＣ成分（現像ＤＣバイアス電圧）として−４００Ｖが現像スリーブ４ａに印加されることで、画像濃度を決定するためのコントラスト電位Ｖｃｏｎｔ（感光ドラム１の潜像部と現像スリーブ４ａの間の電位）が２５０Ｖになる。また、かぶり（潜像部でない箇所にトナーが飛散する現象）を防ぐためのかぶり取り電位Ｖｂａｃｋが２００Ｖになる。
【００６８】
図１２は、第２実施形態に係る感光ドラムの回転軸と現像スリーブの回転軸がコロにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【００６９】
図１２において、感光ドラム１の中心部には、感光ドラム１を回転可能に支持する回転軸１ａと軸受１ｂが設けられている。また、現像スリーブ４ａの中心部には、現像スリーブ４ａを回転可能に支持する回転軸４ｄと軸受４ｅが設けられている。軸受４ｅは、樹脂製のコロ１２０１に嵌め込まれている。コロ１２０１は、感光ドラム１の表面に突き当てられる状態に配設されている。これにより、感光ドラム１の表面と現像スリーブ４ａが位置決めされる。
【００７０】
本実施形態では、コロ１２０１によって位置決めされた感光ドラム１と現像スリーブ４ａとの間の距離（Ｓ−Ｄギャップ：間隔）は、称呼値で３００ｕｍに設定されている。本例では、Ｓ−Ｄギャップは公差により平均値として±１０％すなわち±３０ｕｍずれる可能性があり、さらにコロ１２０１の製造精度やコロ１２０１への汚れの付着、現像スリーブ４ａの曲がり等により動的に最大±５％すなわち±１５ｕｍの変動を持つ。
【００７１】
本実施形態では、現像バイアス電圧として、図２１に示した矩形波のバイアス電圧を使用している。ＤＣ成分（現像ＤＣバイアス電圧）にＡＣ成分（現像ＡＣバイアス電圧）を加えることで、画像のがさつきを抑制することが可能となると共に画像濃度を十分に得ることが可能となる。Ｓ−Ｄギャップが称呼値３００ｕｍの場合、現像バイアス電圧のＡＣ成分（現像ＡＣバイアス電圧）のパルス部のＶｐ−ｐは２ｋＶである。また、Ｓ−Ｄギャップが称呼値３００ｕｍの場合、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量性負荷は３５０ｐＦである。
【００７２】
図１３は、画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【００７３】
図１３において、画像形成装置には、現像高圧基板１３００、制御基板１３１０が装備されている。現像高圧基板１３００には、ＡＣ高圧駆動回路１３０１（印加手段）、ＡＣトランス１３０２（印加手段）、ＤＣ高圧回路１３０３（印加手段）、電流検出回路１３０４（検出手段）が実装されている。さらに、現像高圧基板１３００には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１３０５、ＡＣ増幅回路１３０６（増幅手段、制限手段、短縮手段）、加算回路１３０７、コンデンサＣ１、出力抵抗が実装されている。制御基板１３１０には、Ａ／Ｄ変換回路１３１４、Ｄ／Ａ変換回路１３１２、Ｄ／Ａ変換回路１３１３、ＣＰＵ１３１１（制御手段）、メモリ１３１５が実装されている。
【００７４】
現像高圧基板１３００において、ＡＣ高圧駆動回路１３０１は、ＡＣトランス１３０２を駆動してＳｉｇ１Ｖｐ−ｐ設定信号に応じた現像ＡＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４ａに供給する。加算回路１３０７は、Ｓｉｇ２現像ＤＣ設定信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号の電圧加算を行い、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号として出力する。ＤＣ高圧回路１３０３は、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号が入力され、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号の電圧に応じた現像ＤＣバイアス電圧を生成し、現像スリーブ４ａに供給する。
【００７５】
電流検出回路１３０４は、電流検出抵抗Ｒ１でＡＣトランス１３０２のグランド側に流れるＡＣ電流の半波を検出する。ＡＣ電流の半波は、ＬＰＦ１３０５に入力されて平滑され、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号として取り出される。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は、Ａ／Ｄ変換回路１３１４に入力される。また、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は、ＡＣ増幅回路１３０６に入力されそのＡＣ成分が増幅された後、加算回路１３０７に入力される。
【００７６】
制御基板１３１０において、Ａ／Ｄ変換回路１３１４は、１０ｂｉｔ分解能の回路であり、現像高圧回路１３００から出力されるＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。Ｄ／Ａ変換回路１３１２は、ＣＰＵ１３１１の設定に基づき、ＡＣ高圧駆動回路１３０１がＡＣトランス１３０２を駆動して生成する現像ＡＣバイアス電圧を制御するアナログ電圧Ｓｉｇ１Ｖｐ−ｐ設定信号を出力する。Ｄ／Ａ変換回路１３１３は、ＣＰＵ１３１１の設定に基づき、ＤＣ高圧回路１３０３が出力するＤＣ電圧を制御するアナログ電圧Ｓｉｇ２現像ＤＣ設定信号を出力する。
【００７７】
ＣＰＵ１３１１は、上記検出された感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量の変動をメモリ１３１５に記憶する。また、ＣＰＵ１３１１は、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号に基づき、換言すれば感光ドラム−現像スリーブ間容量（現像容量）の平均値に基づき、現像を含む画像形成を行う条件を変更する。画像形成を行う条件には、現像ＡＣバイアス電圧のピークツーピーク値（ｐ−ｐ値）、現像ＤＣバイアス電圧の電圧値、帯電ＤＣバイアス電圧の電圧値、感光ドラム１を露光するレーザ光の光量を含む。
【００７８】
操作部１３１６は、画像形成装置における各種表示や画像形成装置に対する各種設定に用いられる。また、操作部１３１６は、上記検出された感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量の表示、画像形成条件の設定などにも用いられる。
【００７９】
ＡＣトランス１３０２の二次側は、高圧側に感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間の容量である負荷容量ＣＬが接続され、グランド側にコンデンサＣ１でカップリングした上で電流検出回路１３０４が接続されている。電流検出回路１３０４は、電流検出抵抗Ｒ１と半波電流をキャンセルするためのダイオードＤ１及びＤ２と抵抗Ｒ２から構成される。ＡＣトランス１３０２からグランドに向かって流れる電流は電流検出抵抗Ｒ１を通過して、その両端に電圧を生じるが、グランドからＡＣトランス１３０２に向かって流れる電流は抵抗Ｒ２及びダイオードＤ１から供給されるため、電流検出抵抗Ｒ１を通過しない。つまり、電流検出回路１３０４は半波の電流を検出する回路となっている。
【００８０】
負荷容量ＣＬに流れた電流はグランドを経由して電流検出回路１３０４を通ってＡＣトランス１３０２に戻る。Ｓ−Ｄギャップが小さく負荷容量ＣＬが大きい場合には、負荷容量ＣＬを流れる電流が大きくなるが、その電流の半波は電流検出抵抗Ｒ１を通過するため、電流検出抵抗Ｒ１の両端に大きな電圧が生じる。逆にＳ−Ｄギャップが大きく負荷容量ＣＬが小さい場合には、負荷容量ＣＬを流れる電流が小さく、電流検出抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧も小さい。
【００８１】
電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧はＬＰＦ１３０５により平滑されて、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号としてＡ／Ｄ変換回路１３１４及びＡＣ増幅回路１３０６に入力にされる。ＬＰＦ１３０５のカットオフ周波数は、現像ＡＣバイアス電圧の周波数２ｋＨｚが通過せず、かつ、動的Ｓ−Ｄ変動によるＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号のゆれが通過できる周波数として例えば２０Ｈｚ程度に設定されている。
【００８２】
図１４は、Ｓ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【００８３】
図１４において、上記第１実施形態の図４と同様に、Ｓ−Ｄギャップにほぼ反比例して感光ドラム−現像スリーブ間容量が変化し、その結果、Ｓ−Ｄギャップが広がるとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧が小さくなることが分かる。つまり、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号によりＳ−Ｄギャップの距離を検出することが可能である。
【００８４】
図１５は、上記図１３のＡＣ増幅回路１３０６の詳細回路図である。
【００８５】
図１５において、ＡＣ増幅回路３０６は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１７０１、差動増幅回路１７０２、リミッタ回路１７０３を備えている。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は、ＨＰＦ１７０１に入力され、ＤＣ成分及び低周波の温度ドリフト成分が除去される。Ｃ１７０１とＲ１７０１はＨＰＦ１７０１のカットオフ周波数を決めるコンデンサと抵抗である。抵抗Ｒ１７０１はＶｒｅｆ１１（＝０．２Ｖ）にＤＣバイアスされている。ＶｒｅｆはＶｒｅｆ１１を生成する基準電圧である。差動増幅回路１７０２は、３倍の増幅回路を構成し、入力信号のＤＣ電圧とＡＣ電圧をどちらも３倍に増幅する。よって、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号にＡＣ成分が無ければ、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号はＤＣ０．６Ｖになる。
【００８６】
ＡＣ増幅回路１３０６の増幅率は、後述する補正フローにおいてＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を画像補正に使用した際に補正量が適切になるように決定されている。リミッタ回路１７０３は、現像ＡＣバイアス電圧の起動時にコンデンサＣ１７０１の電圧を制限する。現像ＡＣバイアス電圧の起動時にＳｉｇ３容量検出信号が０ＶからＳ−Ｄギャップに応じた電圧に立ち上がると、トランジスタＴｒ１７０１のベース電圧がオン電圧閾値を超えてトランジスタＴｒ１７０１がオンする。その結果、コンデンサＣ１７０１の電圧がＩＣ１７０１の出力電圧Ｖｒｅｆ１１と短絡される。これはトランジスタＴｒ１７０１で抵抗Ｒ１７０１を短絡したのと同じであり、ＨＰＦ１７０１の時定数がほぼゼロになる。
【００８７】
次に、上記図１５のリミッタ回路１７０３の効果を図１６を用いて説明する。
【００８８】
図１６は、感光ドラムの回転と現像スリーブの回転を止めた状態で現像ＡＣバイアスをオンした場合の、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【００８９】
図１６において、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は現像ＡＣバイアス電圧がオフ状態では０Ｖであるが、現像ＡＣバイアス電圧がオンされるとＳ−Ｄギャップの容量に応じた一定値になる。Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の実線は本実施形態の回路による出力であり、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の立ち上がり時にプラス側とマイナス側に振られるものの、リミッタ回路１７０３の作用によりＨＰＦ１７０１の時定数が一時的に短くされる。そのため、一定値（０．６Ｖ）に収束する時間ｔ１も短い。
【００９０】
Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の破線はリミッタ回路１７０３が無い場合の波形である。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の立ち上がり時に出力が差動増幅回路１７０２の電源電圧付近まで大きく上昇した後、上限に張り付き、一定値に収束するまでの時間ｔ２が非常に長い。この時間ｔ２の間はＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号値を用いることができない。つまり、リミッタ回路１７０３の効果により時間ｔ２が時間ｔ１まで短くなり、画像形成装置における作像開始までの待ち時間を短くできる。
【００９１】
図１７は、画像形成装置のＳ−Ｄギャップ平均値の取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【００９２】
図１７において、制御基板１３１０のＣＰＵ１３１１は、現像ＡＣバイアス電圧のＶｐ−ｐ設定を初期値である２ｋＶに設定する（ステップＳ２０１）。次に、ＣＰＵ１３１１は、現像スリーブ４ａに高圧を供給するＡＣ高圧駆動回路１３０１の出力をＯＮ状態にすると共に、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの回転駆動をＯＮする（ステップＳ２０２）。
【００９３】
ＣＰＵ１３１１は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａを回転駆動した状態で、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号をＡ／Ｄ変換回路１３１４を介して読み取る（ステップＳ２０３）。さらに、ＣＰＵ１３１１は、感光ドラム一周あたり例えば８等分した８箇所の各点について感光ドラム１周分のＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号のサンプリングを行い、静的Ｓ−Ｄ平均値を求める（ステップＳ２０３）。この静的Ｓ−Ｄ平均値はＳ−Ｄギャップが静的に近いか遠いかを表わす。最後にＣＰＵ１３１１は、取得データ（静的Ｓ−Ｄ平均値）をメモリ１３１５に格納する（ステップＳ２０４）。
【００９４】
図１８は、ＤＣ高圧回路１３０３の出力電圧を設定するＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号と出力電圧の関係を示す図である。
【００９５】
図１８において、上記図１３に示したＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号の電圧が１１Ｖのとき現像ＤＣ高圧の電圧が０Ｖになり、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号の電圧が１Ｖのとき現像ＤＣ高圧の電圧が−１０００Ｖになる。
【００９６】
図１９は、検出した容量変動を使用して画像形成条件を変更する処理を示すフローチャートである。
【００９７】
図１９において、制御基板１３１０のＣＰＵ１３１１は、上記図１７の処理で取得した静的Ｓ−Ｄ平均値（Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号）を使用し、まず、静的な画像形成条件（作像条件）の変更を行う（ステップＳ３０１）。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の平均電圧がＳ−Ｄギャップが称呼値の時の電圧より大きい場合、Ｓ−Ｄギャップが小さく濃度が濃くなる。そのため、称呼値の電圧との差に応じてコントラスト電位を小さくするために、現像ＤＣ電圧の平均値を基準値の−４００Ｖから例えば−３８０Ｖに変更する。これにより、潜像電位−１５０Ｖとの差が２５０Ｖから２３０Ｖになる。
【００９８】
現像ＤＣ高圧出力を−３８０Ｖに設定するためには、図１８からＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号を７．２Ｖにする必要があるが、現像ＤＣ制御信号には加算回路１３０７を介してＡＣ増幅回路１３０６のＤＣ０．６Ｖが加算される。そのため、ＣＰＵ１３１１は、Ｓｉｇ２現像ＤＣ設定信号として、６．６Ｖの設定をＤ／Ａ変換回路１３１３により行う。次に、ＣＰＵ１３１１は、帯電高圧、現像ＤＣ高圧、ＡＣ高圧をオンすると共に、感光ドラム１と現像スリーブ４ａの駆動を開始する（ステップＳ３０２）。現像ＡＣ高圧をオンした後にＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号が安定するまで、時間ｔ１だけ待つ（ステップＳ３０３）。Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号が安定した後、画像形成を開始する（ステップＳ３０４）。
【００９９】
ここで、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号はＳｉｇ２現像ＤＣ設定信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号の電圧加算されたものになっている。そのため、動的なＳ−Ｄ容量の変動によりＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号も動的に変更される。図２０にその例を示す。Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号は動的なＳ−Ｄ容量の変動によりＤＣ０．６Ｖを中心にしてＡＣ波形が重畳している。このＡＣ波形がＳｉｇ２現像ＤＣ設定信号の６．６Ｖと加算され、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号は７．２Ｖを中心に動的Ｓ−Ｄ容量の変動によるＡＣ波形が重畳した信号となる。
【０１００】
感光ドラム１と現像スリーブ４ａの間のＳ−Ｄギャップが近いとＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号は大きくなる。これにより、Ｓｉｇ５現像ＤＣ制御信号が大きくなって現像ＤＣ高圧は絶対値が小さい側に修正され、コントラスト電位が小さくなってＳ−Ｄギャップが近いことによる画像濃度アップが打ち消される方向に補正される。
【０１０１】
上述したように本実施形態によれば、Ｓ−Ｄギャップの変動を容量検出信号として取り出し、その容量検出信号の変動を適切な増幅率で増幅して現像ＤＣ制御信号に対して作用させる。その結果、Ｓ−Ｄギャップの変動による画像濃度の変化を打ち消すように補正することが可能となる。これにより、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことが可能となる。
【０１０２】
〔他の実施形態〕
第１及び第２実施形態では、電子写真方式で画像形成を行う画像形成装置を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、静電記録方式で画像形成を行う画像形成装置にも適用が可能である。
【０１０３】
第１及び第２実施形態では、画像形成装置の種類については言及しなかったが、本発明は、プリンタ、複写機、複合機を含む各種の画像形成装置に適用が可能である。
【０１０４】
第１及び第２実施形態では、上述したように各種の具体例について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内であらゆる変形が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  感光ドラム
４ａ  現像スリーブ
３０６、１３０６  ＡＣ増幅回路
３１１、１３１１  ＣＰＵ
【図１】
2014202989.tif 000003
【図２】
2014202989.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014202989.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014202989.tif 000011
【図１０】
2014202989.tif 000012
【図１１】
2014202989.tif 000013
【図１２】
2014202989.tif 000014
【図１３】
2014202989.tif 000015
【図１４】
2014202989.tif 000016
【図１５】
2014202989.tif 000017
【図１６】
2014202989.tif 000018
【図１７】
2014202989.tif 000019
【図１８】
2014202989.tif 000020
【図１９】
2014202989.tif 000021
【図２０】
2014202989.tif 000022
【図２１】
2014202989.tif 000023
【図２２】
2014202989.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月29日(2013.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかし、現像スリーブの端部に設けた突き当てコロを感光ドラムの表面に突き当てる構成においては、突き当てコロの径のばらつきにより、Ｓ−Ｄギャップは画像形成装置毎に静的に平均値としてばらつくという問題がある。元々、設計上の中心値であるＳ−Ｄギャップの称呼値は、例えば３００ｕｍといった非常に狭いものであるため、部品の公差等によるばらつきにより±２０％程度変わる場合がある。また、突き当てコロの製造精度あるいは突き当てコロに現像剤等が付着することで部分的に突き当てコロの径が変わり、突き当てコロ１周の時間周期でＳ−Ｄギャップが変化する動的変動がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の構成を示す構成図である。
【図２】感光ドラムの回転軸と現像スリーブの回転軸がスペーサにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【図３】画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【図４】Ｓ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【図５】動的Ｓ−Ｄ変動によりＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の電圧が変動している例を示す図である。
【図６】ＡＣ増幅回路の詳細回路図である。
【図７】Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図８】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図９】画像形成装置のＳ−Ｄギャッププロファイルの取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【図１０】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図１１】Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号プロファイル、潜像電位、現像ＤＣ高圧、ドラムＨＰ信号を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る感光ドラムの回転軸と現像スリーブの表面がコロにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【図１３】画像形成装置の現像高圧基板と制御基板の構成を示すブロック図である。
【図１４】Ｓ−Ｄギャップの大きさとＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号の関係を示す図である。
【図１５】ＡＣ増幅回路の詳細回路図である。
【図１６】Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号とＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号を示す図である。
【図１７】画像形成装置のＳ−Ｄギャップ平均値の取得に関わる処理を示すフローチャートである。
【図１８】ＤＣ高圧回路の出力電圧を設定するＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号と出力電圧の関係を示す図である。
【図１９】検出した容量変動を使用して画像形成条件を変更する処理を示すフローチャートである。
【図２０】動的なＳ−Ｄ容量の変動によりＳｉｇ５現像ＤＣ制御信号も動的に変更される例を示す図である。
【図２１】ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳した現像バイアス電圧の例を示す図である。
【図２２】パルス部と休止部から構成された現像バイアス電圧の例を示す図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図７において、約５０ｍＶの変化幅は約１Ｖに増幅され、１．５Ｖを中心に±０．５ＶのＡＣ信号となる。上記図６のコンデンサＣ７０１は上限リミッタ７０３及び下限リミッタ７０４によりその電圧範囲が制限されている。また、下限リミッタ７０４の電圧は差動増幅回路７０２のマイナス側の電圧と同じ電圧になっている。よって、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号から大きな入力変化が入った場合も、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の出力電圧範囲は０Ｖ〜３．０Ｖの範囲に制限される。図７のＳｉｇ４波形上の◆マークはサンプリング点であり、ドラム１周を８等分した８箇所をＨＰを基準にＰ１〜Ｐ８としている。各サンプリング点でサンプリングした値の取り扱いについては、後で詳しく説明する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
ＣＰＵ３１１は、ドラムＨＰセンサ２２の出力パルスを基準に感光ドラム一周あたり例えば８等分した８箇所の各点（図７のサンプリング点のＰ１〜Ｐ８）について、感光ドラム四周分のＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号のサンプリングを行う。さらに、ＣＰＵ３１１は、サンプリングしたＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号の各点（Ｐ１〜Ｐ８）四周分の値を平均化する処理を行い、処理結果をメモリ３１５に記憶する。すなわち、ＨＰを基準にした最初のサンプリング点Ｐ１の電圧を４周分サンプリングして平均値を計算し、Ｐ１の平均値として記憶する。Ｐ２〜Ｐ８についても同様に行う。これにより、ＣＰＵ３１１は、感光ドラム１の偏芯以外（例えば現像スリーブ４ａの偏芯）が原因となって発生する微小な振れを除去して、動的Ｓ−Ｄ変動のプロファイル（Ｓ−Ｄギャッププロファイル）を取得する（ステップＳ１０４）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
上述したように本実施形態によれば、感光ドラム−現像スリーブ間の容量の動的変化に基づく検出信号の変化を拡大することで、検出信号の変化を高分解能で精度良くサンプリングすることが可能となる。そして、容量の動的変化を基に画像形成条件を変更する（容量検出信号の電圧が大きいところでは現像ＤＣ電圧を上げ、容量検出信号の電圧が小さいところでは現像ＤＣ電圧を下げる）。これにより、周期的な画像濃度の変動や画像のがさつきを防止し、画像品位を一定に保つことが可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
図１２は、第２実施形態に係る感光ドラムの回転軸と現像スリーブの表面がコロにより位置決めされている状態を示す構成図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
ＣＰＵ１３１１は、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号に基づき、換言すれば感光ドラム−現像スリーブ間容量（現像容量）の平均値に基づき、現像を含む画像形成を行う条件を変更する。画像形成を行う条件には、現像ＡＣバイアス電圧のピークツーピーク値（ｐ−ｐ値）、現像ＤＣバイアス電圧の電圧値、帯電ＤＣバイアス電圧の電圧値、感光ドラム１を露光するレーザ光の光量を含む。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
図１５において、ＡＣ増幅回路３０６は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１７０１、増幅回路１７０２、リミッタ回路１７０３を備えている。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号は、ＨＰＦ１７０１に入力され、ＤＣ成分及び低周波の温度ドリフト成分が除去される。Ｃ１７０１とＲ１７０１はＨＰＦ１７０１のカットオフ周波数を決めるコンデンサと抵抗である。抵抗Ｒ１７０１はＶｒｅｆ１１（＝０．２Ｖ）にＤＣバイアスされている。ＶｒｅｆはＶｒｅｆ１１を生成する基準電圧である。増幅回路１７０２は、３倍の増幅回路を構成し、入力信号のＤＣ電圧とＡＣ電圧をどちらも３倍に増幅する。よって、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号にＡＣ成分が無ければ、Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号はＤＣ０．６Ｖになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
Ｓｉｇ４容量検出ＡＣ信号の破線はリミッタ回路１７０３が無い場合の波形である。Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号の立ち上がり時に出力が増幅回路１７０２の電源電圧付近まで大きく上昇した後、上限に張り付き、一定値に収束するまでの時間ｔ２が非常に長い。この時間ｔ２の間はＳｉｇ４容量検出ＡＣ信号値を用いることができない。つまり、リミッタ回路１７０３の効果により時間ｔ２が時間ｔ１まで短くなり、画像形成装置における作像開始までの待ち時間を短くできる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
ＣＰＵ１３１１は、感光ドラム１と現像スリーブ４ａを回転駆動した状態で、Ｓｉｇ３容量検出ＤＣ信号をＡ／Ｄ変換回路１３１４を介して読み取る。ＣＰＵ１３１１は、感光ドラム一周あたり例えば８等分した８箇所の各点について感光ドラム１周分のＳｉｇ３容量検出ＤＣ信号のサンプリングを行い、静的Ｓ−Ｄ平均値を求める（ステップＳ２０３）。この静的Ｓ−Ｄ平均値はＳ−Ｄギャップが静的に近いか遠いかを表わす。最後にＣＰＵ１３１１は、取得データ（静的Ｓ−Ｄ平均値）をメモリ１３１５に格納する（ステップＳ２０４）。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2014202989.tif 000025
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2014202989.tif 000026
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2014202989.tif 000027
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2014202989.tif 000028
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2014202989.tif 000029