(57)【要約】【課題】  環境等の幅広い変動があった場合でも、環境等の変動に対応した適正ピーク間電圧値を、精度良く設定できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】  帯電手段と像担持体との間に流れる電流の直流電流値を計測する直流電流計測手段を備え、制御手段が、像担持体が均一な帯電状態となるピーク間電圧値が属する安定帯電領域と像担持体が均一な帯電状態とならないピーク間電圧値が属する非安定帯電領域との夫々の領域において、直流電流計測手段が計測した計測値に基づいて、安定帯電領域及び非安定帯電領域でのピーク間電圧値と直流電流値との関係を近似して示す一次関数を夫々算出し、安定帯電領域での計測値から得られる一次関数により与えられる直流電流値と、非安定帯電領域での計測値から得られる一次関数により与えられる直流電流値とを一致させるピーク間電圧値を算出し、このピーク間電圧値を交流電圧の適正ピーク間電圧値として設定するピーク間電圧設定処理を実行するように画像形成装置を構成した。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体を用いた像担持体と、前記像担持体に接触又は近接して配置されて前記像担持体を帯電させる帯電手段と、直流電圧と交流電圧とからなる振動電圧を前記帯電手段に印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記帯電手段に印加する前記振動電圧の前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク間電圧値を設定して、前記振動電圧を制御する制御手段とを備えて画像形成を行う画像形成装置であって、
前記帯電手段と前記像担持体との間に流れる電流の直流電流値を計測する直流電流計測手段を備え、
前記制御手段が、
前記像担持体が均一な帯電状態となるピーク間電圧値が属する安定帯電領域と前記像担持体が均一な帯電状態とならないピーク間電圧値が属する非安定帯電領域との夫々の領域において、前記電圧印加手段が印加する前記振動電圧に含まれる前記交流電圧のピーク間電圧値を異なる値に設定し、各ピーク間電圧値による前記振動電圧を前記電圧印加手段により前記帯電手段に印加させ、各ピーク間電圧値による前記振動電圧が前記帯電手段に印加された場合の前記直流電流値を前記直流電流計測手段に計測させ、前記直流電流計測手段が計測した計測値に基づいて、前記安定帯電領域及び前記非安定帯電領域でのピーク間電圧値と前記直流電流値との関係を近似して示す一次関数を夫々算出し、前記安定帯電領域での計測値から得られる前記一次関数により与えられる直流電流値と、前記非安定帯電領域での計測値から得られる前記一次関数により与えられる直流電流値とを一致させるピーク間電圧値を算出し、このピーク間電圧値を前記交流電圧の適正ピーク間電圧値として設定するピーク間電圧設定処理を実行するように構成されている画像形成装置。
【請求項２】
気温を計測する気温計測手段を備え、
前記気温計測手段の計測値に基づいて予測される適正ピーク間電圧値である予測電圧値が前記気温計測手段の計測値に対応する形態で記憶された記憶手段を備え、
前記制御手段が、
前記ピーク間電圧設定処理において、前記気温計測手段の計測値に対応する前記予測電圧値を前記記憶手段から取得し、この値を基準として、前記非安定帯電領域に属する第１電圧範囲と前記安定帯電領域に属する第２電圧範囲とを設定するように構成されている請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御装置が、画像形成を行っていない期間に前記ピーク間電圧設定処理を実行するように構成されている請求項１又は２に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、感光体を用いた像担持体と、前記像担持体に接触又は近接して配置されて前記像担持体を帯電させる帯電手段と、直流電圧と交流電圧とからなる振動電圧を前記帯電手段に印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記帯電手段に印加する前記振動電圧の前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク間電圧値を設定して、前記振動電圧を制御する制御手段とを備えて画像形成を行う画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置が画像形成を行う際には、一般に次の各プロセスを伴う。すなわち、帯電手段が像担持体を帯電させる帯電プロセス、画像に対応した露光により像担持体から部分的に電荷を放出させる潜像形成プロセス、像担持体上にトナーを静電気力により吸引させて潜像からトナー画像を形成させる現像プロセス、像担持体上のトナー画像を形成するトナーを、用紙などの転写体上に移動させる転写プロセス、転写体に付着したトナーを、熱ローラなどを用いた溶融押圧手段により転写体に定着させる定着プロセス、像担持体に残留するトナーを取り除くクリーニングプロセスである。
【０００３】
像担持体を帯電させる帯電手段としては、上述の画像形成装置のように、像担持体に接触又は近接して配置され接触帯電方式によるものと、像担持体と空間を隔て配置される非接触帯電方式によるものとがある。非接触帯電方式では、例えば、放電電極としての直径５０〜１００［μｍ］のタングステンワイヤーに５〜１０［ｋＶ］程度の高電圧を印加するコロナ放電器が主に用いられてきた。しかしながら、非接触帯電方式では、放電電極表面にコロナ放電により発生したシリカ生成物が付着することによる放電ムラの発生や、コロナ放電による大量のオゾン発生、また高電圧を発生させるための電源装置のコスト等の問題があった。そこで最近では以上の問題が発生しにくい接触帯電方式の検討がなされている。
【０００４】
一方、適正な画像形成を行うためには、上述の帯電プロセスにおいて、像担持体の表面を均一に帯電させる必要がある。接触帯電方式で像担持体を帯電させる場合に、像担持体の表面を均一に帯電させる技術として、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を帯電手段に印加する交流重畳方式による帯電方式が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１にも示されているように、接触帯電方式における帯電手段による像担持体の表面の帯電は、帯電手段の電位と像担持体の表面電位との電位差が、微視的空隙における放電現象についてのパッシェンの法則により与えられる絶縁破壊電圧と同等の電位差（以下、「帯電開始電圧」という。）以上になると行われ、帯電により像担持体に発生する表面電位は、帯電手段の電位から帯電開始電圧を差し引いた値となることが知られている。つまり、接触帯電方式における帯電手段による像担持体の表面の帯電は、像担持体の表面電位と帯電手段の電位との電位差がこの帯電開始電圧以上でなければ像担持体の帯電は行われない。
【０００６】
交流重畳方式は、帯電手段による像担持体の帯電についての上述のような特性を利用して像担持体の表面電位の均一化を図ったものである。特許文献１によると、帯電手段に印加される振動電圧を構成する交流電圧の振動に基づき、帯電手段の電位が振動する。この振動電圧により与えられる帯電手段の電位が像担持体の表面電位より帯電開始電圧以上に高い状態であれば、放電が発生して像担持体の帯電が行われる。振動電圧により与えられる帯電手段の電位と像担持体の表面電位との電位差が帯電開始電圧以下の状態であれば、放電は発生せず像担持体の帯電は行われない。振動電圧により与えられる帯電手段の電位が像担持体の表面電位より帯電開始電圧以上に低い状態であれば、像担持体の表面から帯電手段への放電（以下、「逆放電」という。）が発生して、像担持体の表面電位は、帯電される場合とは逆向きに変化する。この逆放電は、像担持体の表面において電荷が過剰に供給された部分に対して過剰な電荷を取り除くように作用し、像担持体の表面における帯電されにくい部分と帯電されやすい部分とに亘って生じる表面電位のムラを均すことになる。交流重畳方式を用いれば、このようにして像担持体の表面を均一に帯電することができるのである。
【０００７】
特許文献１によると、上述の交流重畳方式で像担持体の帯電を行う場合、帯電手段に印加する振動電圧の直流電圧を一定にして、直流電圧に重畳する交流電圧のピーク間電圧値を増加させると、ピーク間電圧値が小さい領域では像担持体の表面電位はピーク間電圧値に比例して直線的に増加するが、前述の帯電開始電圧の２倍となる値を超えると振動電圧中の直流電圧値にほぼ飽和し、ピーク間電圧値の変化に対してほぼ一定値をとる。また、ピーク間電圧値の変化に対する像担持体の表面電位の変化が飽和する領域のピーク間電圧を持つ振動電圧で像担持体を帯電させた場合には、像担持体の表面の帯電状態は均一となっている。つまり、像担持体の均一な帯電状態を得るためには、ピーク間電圧値を放電開始電圧値の２倍の値以上にする必要がある。
【０００８】
像担持体の均一な帯電状態をもたらす前述した必要最小限のピーク間電圧値は、画像形成装置の装置構成及び構成部品材料によって一応特定するが、使用環境の変動や装置の構成部材の経時変化（以下、「環境等の変動」という。）によって変動する。これは、帯電手段や像担持体などの回路構成部品の抵抗値が、温湿度などの周囲環境や感光体の摩耗などの経時変化により変化し、あるピーク間電圧値での振動電圧により発生する放電量及び逆放電量が影響を受けるためと考えられる。そこで、必要最小限のピーク間電圧値が変動しても像担持体の均一な帯電状態が確実に得られるように、実際に印加する振動電圧の交流分のピーク間電圧値を必要最小限のピーク間電圧値の１．５倍から２倍という十分に余裕のある電圧に設定することが考えられる。
【０００９】
このように余裕のあるピーク間電値を設定すると、必要最小限のピーク間電圧値以上のピーク間電圧値による振動電圧が印加されるので、均一な帯電状態を得られる確実性は向上することになるが、その反面、必要以上の放電及び逆放電が発生することになり、消費電力の無駄が生じるとともに、放電及び逆放電によるオゾンの発生量が増加し、省エネルギーの観点と環境保全の観点から好ましくない。
【００１０】
さらに、接触帯電方式の場合、オゾンが像担持体の極めて近傍で発生するため、オゾンにより空気が分解されて生成したＮＯｘなどの放電生成物が、像担持体の表面を覆う感光体に付着しやすい。オゾンの発生量の増加に伴い放電生成物の付着量が多くなると、像担持体表面の動摩擦抵抗が上昇し、前述のクリーニングプロセスでのクリーニング不良が発生したり、水分を吸着した放電生成物による帯電面上での電荷のリークが前述の露光プロセスで発生したりして、正常な画像形成ができなくなるといった不具合を生じる。
【００１１】
上述した像担持体への放電生成物の付着による画像形成に与える影響については、例えば、感光体として有機感光体（ＯＰＣ）を用いた像担持体のように、表面強度が比較的柔らかい像担持体であれば、表面層がクリーニングプロセスにおいて順次摩耗するため、放電生成物の影響は緩和されるが、例えば、感光体としてアモルファスシリコンを用いた像担持体のように、表面層が硬く極めて摩耗しにくい像担持体であれば、放電生成物の影響が顕著に現れることになる。
【００１２】
以上のことから、接触帯電方式において交流重畳方式で像担持体の帯電を行う場合に設定すべき交流ピーク間電圧値は、必要最小限のピーク間電圧値の変動に対応した適正なピーク間電圧値（以下、「適正ピーク間電圧値」という。）に設定することが求められる。
【００１３】
接触帯電方式を採用して交流重畳方式で像担持体を帯電するように構成された画像形成装置において、交流ピーク間電圧値を適正な値に設定するように構成された画像形成装置としては、像担持体を介して帯電手段に流れる交流電流値を測定する手段を備え、この交流電流測定手段の測定値に基づいて適正ピーク間電圧値を設定し、電圧印加手段が帯電手段に印加する振動電圧の交流電圧を制御する制御手段を備えたものがある（特許文献２参照）。
【００１４】
特許文献２に記載された画像形成装置は、電圧印加手段が帯電手段に印加する振動電圧により生じる交流電流であって像担持体を介して帯電手段に流れる交流電流値を測定する交流電流測定手段を備え、この交流電流測定手段の測定値に基づいて、予め設定される所望の放電電流量を生じるようなピーク間電圧値を設定し、これを振動電圧の交流ピーク間電圧のピーク間電圧値として振動電圧を制御する制御手段を備えている。
【００１５】
説明を加えると、帯電手段に振動電圧を印加したときに像担持体の表面との間で生じる放電及び逆放電に基づく放電電流と像担持体の帯電状態との関係に着目し、各環境下での像担持体が均一な帯電状態となる必要最小限の放電電流値を所望の放電電流値として予め把握した上で、そのような放電電流値を生じさせるピーク間電圧値を適正ピーク間電圧値として設定するものである。
【００１６】
放電領域で前記交流電流測定手段が測定する交流電流には、放電以外の帯電経路で生じる帯電電流（特許文献２の段落〔００７５〕の記載にならって、以下、「ニップ電流」という。）が含まれているので、放電電流は直接的には測定されない。そこで、放電を発生させるに至らない程度のピーク間電圧値のもとで測定される交流電流値に基づいて、ピーク間電圧値とニップ電流との関係を算出し、放電が発生する程度のピーク間電圧値のもとで測定される交流電流値から、当該ピーク間電圧値のもとで発生していると考えられるニップ電流を差し引くことで、当該ピーク間電圧値での放電電流値を算出する。
【００１７】
このようにして、特許文献２において開示されている技術によると、印加される振動電圧の交流電圧値のピーク間電圧に伴って放電電流とともに変化するニップ電流の値を交流電流値から差し引くことで、放電及び逆放電に基づく放電電流が所望の値となるようなピーク間電圧値を設定することができ、環境等の影響による放電の増減を抑制し、所望の放電電流量を維持することができることになる。
【００１８】
【特許文献１】特開昭６３−１４９６６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２０１９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献２の画像形成装置においては、適正ピーク間電圧値を設定するにあたって、所望の放電電流量を基準としているが、所望の放電電流量もまた、環境等の変動に伴って変動するものであり、より適正な放電量により像担持体の均一な帯電状態を得るためには、環境等の変動に対応した放電電流量をもって所望の放電電流量とする必要がある。この課題に対しては、特許文献２では段落〔００３８〕に記載されているように、代表的な各温湿度環境に対応して設定された放電電流量を所定の放電電流量とし、この放電電流量を確保できるような必要最小限のピーク間電圧値を設定することで解決を図っている。
【００２０】
ところが、このような解決方法であると、適正ピーク間電圧値の設定精度は、所望の放電電流量の設定値の精度に依存するので、例えば、設定されたある所望の放電電流量が対応する温度変動幅により適正ピーク間電圧値の設定精度が限定されたり、装置構成部材の特性のばらつきにより、同じ設定値に基づいて得られたピーク間電圧値により発生する放電電流量が装置個体間でばらついて、適切な放電量とならない結果、現実の適正ピーク間電圧値が正確に得られなかったりするという問題がある。
【００２１】
このように、特許文献２に記載された適正ピーク間電圧の設定方法は、環境等の変動に必ずしも正確に対応できるものではなく、適正ピーク間電圧の設定については、精度がよいとは言えないものであった。
【００２２】
さらに、発明者らは、適正な交流ピーク間電圧値の設定についての検討を行う中で、特許文献２に記載されているように、各環境での適正ピーク間電圧値を、振動電圧を印加したときに発生する交流電流値に基づき設定する試験を行ったところ、振動電圧を構成する交流電圧のピーク間電圧値を変化させた場合の交流電流値の変化特性として、図１に示すような試験結果を得た。
【００２３】
なお、この試験は、図２のブロック図で示すように、感光体として膜厚２０［μｍ］のアモルファスシリコン感光体層を表面に有する像担持体１としての断面直径３０［ｍｍ］の回転式の感光体ドラムに、帯電手段２としてのエピクロルヒドリンゴム製帯電ローラを、押圧力１［kgf］にて接触配置し、高圧電源４により帯電手段２に振動電圧を印加して像担持体１を接触帯電方式で帯電させて行った。印加する振動電圧に含まれる直流電圧Vdcは４００［Ｖ］とし、振動電圧に含まれる交流電圧のピーク間電圧値を変化させた場合の交流電流値を、図１に示す３つの環境の下で計測した。
【００２４】
図１に示された試験結果によると、帯電手段の電気抵抗値が低くなる高温高湿度環境では、放電開始電圧が明確に認識できる程度の特性が得られるが、常温常湿度環境及び低温低湿度環境においては、放電領域での測定値から、非放電領域での測定値に基づいて予測されるニップ電流値を差し引くことで放電電流を算出できる程度に明確な特性は得られなかった。したがって、高温高湿度環境であれば、測定された交流電流値に基づき所望の放電電流値となる適正ピーク間電圧値を設定することができるものの、常温常湿度環境及び低温低湿度環境においては、適正ピーク間電圧値を設定することができない。要するに、特許文献２に記載された適正ピーク間電圧値の設定方法であると、ピーク間電圧値の変化に伴う交流電流の値の変化が明確な特性を示さない場合があり、このような場合には、適正なピーク間電圧値の設定ができないという問題がある。
【００２５】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、環境等の幅広い変動があった場合でも、環境等の変動に対応した適正ピーク間電圧値を、精度良く設定できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
［Ｉ］
（構成）
本発明の第１特徴構成は、感光体を用いた像担持体と、前記像担持体に接触又は近接して配置されて前記像担持体を帯電させる帯電手段と、直流電圧と交流電圧とからなる振動電圧を前記帯電手段に印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段が前記帯電手段に印加する前記振動電圧の前記直流電圧の電圧値及び前記交流電圧のピーク間電圧値を設定して、前記振動電圧を制御する制御手段とを備えて画像形成を行う画像形成装置であって、前記帯電手段と前記像担持体との間に流れる電流の直流電流値を計測する直流電流計測手段を備え、前記制御手段が、前記像担持体が均一な帯電状態となるピーク間電圧値が属する安定帯電領域と前記像担持体が均一な帯電状態とならないピーク間電圧値が属する非安定帯電領域との夫々の領域において、前記電圧印加手段が印加する前記振動電圧に含まれる前記交流電圧のピーク間電圧値を異なる値に設定し、各ピーク間電圧値による前記振動電圧を前記電圧印加手段により前記帯電手段に印加させ、各ピーク間電圧値による前記振動電圧が前記帯電手段に印加された場合の前記直流電流値を前記直流電流計測手段に計測させ、前記直流電流計測手段が計測した計測値に基づいて、前記安定帯電領域及び前記非安定帯電領域でのピーク間電圧値と前記直流電流値との関係を近似して示す一次関数を夫々算出し、前記安定帯電領域での計測値から得られる前記一次関数により与えられる直流電流値と、前記非安定帯電領域での計測値から得られる前記一次関数により与えられる直流電流値とを一致させるピーク間電圧値を算出し、このピーク間電圧値を前記交流電圧の適正ピーク間電圧値として設定するピーク間電圧設定処理を実行するように構成されている点にある。
【００２７】
（作用及び効果）
本発明の第１特徴構成によると、電圧印加手段により帯電手段に印加される振動電圧により生じる帯電手段と前記像担持体との間に流れる電流が、直流電流計測手段により計測される。発明者らは種々の実験を通して、後述する〔発明を実施するための最良の形態〕において示すように、印加する振動電圧に含まれる交流電圧のピーク間電圧値を変化させたときの前記直流電流計測手段の計測値の変化特性は、ピーク間電圧値を変化させたときの像担持体の表面電位の変化特性と同様の振る舞いをすることを確認した。つまり、直流電流計測手段の計測値は、印加する振動電圧のピーク間電圧値が増加するのに伴って増加するが、像担持体が均一に帯電される必要最小限のピーク間電圧値以上の電圧範囲では、振動電圧のピーク間電圧値が変化しても、直流電流計測手段の計測値は、ほぼ一定値をとる或いは比較的緩やかにしか変化しないようになることが確認された。したがって、像担持体の均一な帯電状態は、ピーク間電圧値を変化させたときに直流電流計測手段の計測値が殆ど変化しないか比較的緩やかにしか変化しないようなピーク間電圧値により得られることになるので、適正ピーク間電圧値はこのようなピーク間電圧値のうち最小となるもので与えられることになる。
【００２８】
このようにして、本発明の第１特徴構成によると、環境等により変動する必要最小限のピーク間電圧値を直流電流値の変化特性に基づいて設定することになる。交流電流値を計測したのでは環境によっては必要最小限のピーク間電圧値を設定できない場合、つまり適正ピーク間電圧値が設定できない場合があったが、直流電流値を計測することでそのような環境においても必要最小限のピーク間電圧値を設定できる程度の計測値の変化特性が得られることが確認できた。つまり、本発明の第１特徴構成によると、環境等の幅広い変動があった場合でも適正ピーク間電圧値を設定可能となる。
【００２９】
また、ピーク間電圧値に対する直流電流値の変化特性が、環境等の変動により適正ピーク間電圧値を設定できる程度に十分顕著な特性を示さなくなった場合でも、各計測値に基づいて、安定帯電領域と非安定帯電領域との夫々の領域においてピーク間電圧値と直流電流値との関係を近似して示す一次関数を算出するので、夫々の領域におけるピーク間電圧値に対する直流電流値の変化特性が明確になり、必要最小限のピーク間電圧値を設定することができる。したがって、より幅広い環境等の変動があった場合でも適正ピーク間電圧値を設定できることになる。
【００３０】
さらに、環境等の変動に対応して予め設定された所望の基準値、例えば、先述の放電電流値、に基づいて適正ピーク間電圧値を設定する場合と違って、環境等が変動すると、その環境等の条件の下で計測された計測値の変化特性に基づいて必要ピーク間電圧値を設定するので、像担持体の帯電状態を均一にできる必要最小限のピーク間電圧値を環境等の変動に対応して精度よく得ることができる。このようにして、幅広い環境等の変動があった場合でも、環境等の変化に対応した適正ピーク間電圧値を、より精度良く設定できることになる。
【００３１】
［ＩＩ］
（構成）
本発明の第２特徴構成は、本発明の第１特徴構成において、気温を計測する気温計測手段を備え、前記気温計測手段の計測値に基づいて予測される適正ピーク間電圧値である予測電圧値が前記気温計測手段の計測値に対応する形態で記憶された記憶手段を備え、前記制御手段が、前記ピーク間電圧設定処理において、前記気温計測手段の計測値に対応する前記予測電圧値を前記記憶手段から取得し、この値を基準として、前記非安定帯電領域に属する第１電圧範囲と前記安定帯電領域に属する第２電圧範囲とを設定するように構成されている点にある。
【００３２】
（作用及び効果）
本発明の第２特徴構成によると、本発明の第１特徴構成と同様の作用及び効果を備えており、これに加えて以下のような作用及び効果を備えている。
本発明の第２特徴構成によると、気温計測手段の計測値に対応する適正ピーク間電圧値の予測値である予測電圧値が記憶手段から取得され、この予測電圧値を基準として、安定帯電領域と非安定帯電領域との夫々の領域に属する電圧範囲を設定するので、直流電流計測手段の計測値に基づいて前記各領域におけるピーク間電圧値と直流電流値の関係を近似して示す一次関数を算出する際に、該当する領域に属さない計測値、すなわち、近似処理において不適切な計測値を使用するおそれが少なくなるので、各領域におけるピーク間電圧値と直流電流値の関係を近似して示す一次関数として、精度のよいものを算出することができ、その結果、環境等の変動に対応した適正ピーク間電圧値を、より精度良く得ることができる。
【００３３】
［ＩＩＩ］
（構成）
本発明の第３特徴構成は、本発明の第１又は第２特徴構成において、前記制御装置が、画像形成を行っていない期間に前記ピーク間電圧設定処理を実行するように構成されている点にある。
【００３４】
（作用及び効果）
本発明の第３特徴構成によると、本発明の第１又は第２特徴構成と同様の作用及び効果を備えており、これに加えて以下のような作用及び効果を備えている。
本発明の第３特徴構成によると、制御装置が、画像形成を行っていない期間にピーク間電圧設定処理を実行するので、画像形成装置が画像形成を行う時間を長引かせたり、画像形成動作を中断したりすることなく、適正ピーク間電圧設定処理を行うことができ、空き時間を合理的に利用してピーク間電圧設定処理を実行できる画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。図３には本発明を適用した画像形成装置の装置構成の一部を示した構成ブロック図が示されている。図３において、１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムという）、２は帯電手段としての帯電ローラ、３は除電器、４は帯電手段に振動電圧を印加する電圧印加手段としての高圧電源、５は高圧電源４が出力する振動電圧を制御する他、感光体ドラム１を回転駆動する図示しない駆動装置や、潜像形成プロセスで作動する図示しない露光装置や、用紙の給排紙などを行う図示しない搬送装置や、その他各装置の動作を制御する制御装置である。
【００３６】
感光体ドラム１は、アルミニウム製シリンダの表面に正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層が蒸着された構成となっており、図示しない駆動装置により中心支軸を中心に定速回転駆動される。帯電ローラ２は、芯金２ａに導電性のある弾性材料であるエピクロルヒドリンゴム層２ｂを被覆した構成になっている。高圧電源４は直流定電圧電源４ａと交流定電圧電源４ｂとを備えて、直流電圧に交流電圧を重畳させた振動電圧を出力できるように構成されている。高圧電源４には直流定電圧電源４ａの出力電流を計測する直流電流計測装置４ｃが設けられており、この直流電流計測装置４ｃが本発明の直流電流計測手段として機能する。
【００３７】
本画像形成装置は、電源投入後の作動状態において、外部からの画像形成指令及び画像情報に基づき、帯電・潜像形成・現像・転写・定着プロセスといった各プロセスを経て画像形成を行う。画像形成装置の電源投入直後には、制御装置５は、帯電プロセスにおいて高圧電源４が出力する振動電圧を最適化する電圧キャリブレーションを行う。この電圧キャリブレーションは本発明のピーク間電圧設定処理に相当する。
【００３８】
また、作動状態にあっても画像形成を行わない待機状態が所定時間以上継続した場合には、例えば、気温の変化に代表されるように、装置の使用環境に変動が生じていると想定されるので、このような場合にも制御装置５は、変動した環境等に対応した最適な振動電圧を高圧電源４が出力できるように電圧キャリブレーションを行う。つまり、画像形成を行わない期間に待機時間を利用してピーク間電圧設定処理を行うことで、画像形成に要する処理時間にできるだけ影響を与えずに、画像処理時の環境等に対応した適正なピーク間電圧値Vmを精度良く設定できるようになっている。
【００３９】
発明者らは、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性が、感光体ドラム１の表面電位の変化特性を擬似的に示していることを実験的に確認し、感光体ドラム１の帯電状態が均一となるピーク間電圧値Vppで必要最小限のもの、つまり、適正ピーク間電圧値Vmは、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcがピーク間電圧値Vppの変化に対してほぼ一定値をとる或いは比較的緩やかにしか変化しないようになるようなピーク間電圧値Vppであることを確認した。このことは、均一な帯電状態が得られるピーク間電圧値Vppの範囲、即ち安定帯電領域では、振動電圧に含まれる交流電圧により生じる単位時間当たりの電荷の移動量が方向について等価であるから、ピーク間電圧値Vppの変化は直流電流値Idcの変化に影響を与えにくい為と考えられる。
【００４０】
帯電ローラ２の抵抗値が異なると、図４に示すように、ピーク間電圧値Vppの変化に対する感光体ドラム１の表面電位の変化特性は異なる特性を示し、表面電位が均一となる必要最小限のピーク間電圧値Vpp、つまり、適正ピーク間電圧値Vmは異なった値となる。直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性も、感光体ドラム１の表面電位の変化特性と同様に、帯電ローラ２の抵抗値が異なると異なる変化特性を示すことになるので、帯電ローラ２の抵抗値に対応した適正ピーク間電圧値Vmを、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性に基づいて設定することができる。
【００４１】
具体的には、ピーク間電圧値Vppの変化に対して、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性は図４に示した感光体ドラム１の表面電位の変化特性と同様の特性を示すことになり、図５に示すような特性を示すことになる。図５には、代表的な２つの環境の下で、帯電ローラ２に印加する振動電圧のピーク間電圧値Vppを２００［Ｖ］ずつ変化させた場合の、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcが示されている。図５中の黒丸で示された各計測点は、帯電ローラ２の抵抗値が比較的低くなる高温高湿度環境（３２．５℃、８０％）での計測値であり、黒四角で示された各計測点は、帯電ローラ２の抵抗値が比較的高くなる低温低湿度環境（１０℃、１５％）での計測値である。
【００４２】
図５からもわかるように、帯電ローラ２の抵抗値が異なると、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性は異なるが、帯電ローラ２の抵抗値が高低いずれに変動しても、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcの変化特性は、適正ピーク間電圧値Vmを設定できる程度に十分顕著な特性を示している。したがって、交流電流計測手段の計測値である交流電流値Iacに基づいた適正ピーク間電圧値Vmの設定方法であると適正ピーク間電圧値Vmを設定できないような場合であっても、直流電流計測装置４ｃの計測値である直流電流値Idcを利用すれば、計測値の顕著な変化特性が得られるので、適正ピーク間電圧値Vmを設定することができることになる。
【００４３】
以下に制御装置５が行う電圧キャリブレーションについて詳しく説明する。電圧キャリブレーションの目的は、例えば気温や湿度といった装置の使用環境の変動、装置の構成部材の経時変化、或いは、帯電ローラ２や感光体ドラム１や高圧電源４といった各装置の製造過程で生じる画像形成装置個体毎の性能及び特性のばらつきに対応した適正な振動電圧を得ることにある。
【００４４】
振動電圧は、直流電圧と交流電圧とからなるが、そのうち、直流電圧の値Vdcについては、感光体ドラム１が均一に帯電されたときの感光体ドラム１の表面電位が３００［Ｖ］となるように装置組立時に画像形成装置個体毎に調整の上、記憶装置６に格納された値が用いられる。記憶装置６に格納された値が例えば４００［Ｖ］であると、制御装置５により直流定電圧電源４ａの出力電圧値Vdcが４００［Ｖ］に設定される。
【００４５】
交流電圧は、周波数及びピーク間電圧値Vppにより特定することができるが、本実施形態においては、周波数については１．３［ｋＨｚ］と一定のものになっている。この交流電圧の周波数は、感光体ドラム１の表面の均一な帯電状態を現出するに当たって、定速回転駆動される感光体ドラム１の回転周速度に対応した適切な値として装置組立時に設定されるものである。
【００４６】
交流ピーク間電圧値Vppは、電圧キャリブレーションにより、感光体ドラム１の表面の均一な帯電状態を現出するに当たって環境等に対応した適切な値Vmが設定される。図７に電圧キャリブレーションが行われる場合に制御装置５で実行されるピーク間電圧設定処理プログラムのフローチャートを示す。以下このフローチャートに基づき電圧キャリブレーションについて説明する。
【００４７】
ピーク間電圧設定処理プログラムが起動されると、まず、感光体ドラム１の回転駆動が開始され、除電器３がオン状態にセットされる。これにより、制御装置５は、電圧キャリブレーションを実行する間、感光体ドラム１を連続回転駆動させるとともに、除電器３をオン状態に維持することになる。そして、高圧電源４の直流定電圧電源４ａが出力する直流電圧Vdcを、記憶装置６に格納された値（本実施形態では、４００［Ｖ］）を参照してその値に設定する（ステップ＃１）。
【００４８】
次に、制御装置５は、温度センサ７の検出値により得られる予測電圧Vimgに基づき、電圧範囲Ｚ１及びＺ２の設定を行う（ステップ＃２）。各電圧範囲Ｚ１及びＺ２は、それぞれ本発明の非安定帯電領域及び安定帯電領域に属する電圧範囲であり、第１電圧範囲Ｚ１は、感光体ドラム１の表面の帯電状態が均一にならない、つまり、適正ピーク間電圧値Vmより低いピーク間電圧値Vppの範囲であり、第２電圧範囲Ｚ２は、感光体ドラム１の表面の帯電状態が均一になる、つまり、適正ピーク間電圧値Vmより高いピーク間電圧値Vppの範囲である。このように、第１電圧範囲Ｚ１及び第２電圧範囲Ｚ２を設定することで、以下に説明する一次関数f1(Vpp)及びf2(Vpp)を各領域毎に算出するに当たって、適切な計測範囲が設定される。
【００４９】
具体的には、制御装置５は、温度センサ７の検出値により当該電圧キャリブレーションを行う時の気温情報を取得し、この気温情報が該当する温度区分を検索し、温度区分に対応して記憶装置６に予め格納された予測電圧値Vimgを参照し、予測電圧値Vimgに基づいて、電圧範囲Ｚ１及びＺ２を設定する。本実施形態では、第１電圧範囲Ｚ１は（Vimg-500）±200の範囲、第２電圧範囲Ｚ２は（Vimg+300）±200の範囲としている。図６は、記憶装置６に格納された温度区分と、同じく記憶装置６に格納された予測電圧値Vimgとの対応、及び、この予測電圧値Vimgに基づいて算出される電圧範囲Ｚ１並びにＺ２との対応を示した表である。
【００５０】
次に、制御装置５は、ステップ＃３及びステップ＃４において、電圧範囲Ｚ１及びＺ２の夫々の電圧範囲で、ピーク間電圧値Vppを複数の異なる値に順次変化させ、夫々の値のピーク間電圧値Vppからなる振動電圧を高圧電源４が帯電ローラ２に印加したときに生じる直流電流値Idcを、直流電流計測手段４ｃにより順次計測させ、各計測値を記憶装置６に順次格納する。各電圧範囲Ｚ１及びＺ２は夫々４００［Ｖ］の幅を有しているので、本実施形態では、制御装置５は、夫々の電圧範囲について、３個ずつの計測値を取得する。なお、各ピーク間電圧値Vppによる振動電圧を印加する時間は、振動電圧印加後に発生する直流電流が安定するまでに要する時間を考慮して、０．５［ｓ］としている。
【００５１】
次に、制御装置５は、ステップ＃３及びステップ＃４で取得した各電圧範囲Ｚ１及びＺ２での３個ずつの計測値に基づき、非安定帯電領域及び安定帯電領域の夫々の領域におけるピーク間電圧値Vppと直流電流値Idcの関係を求める（ステップ＃５）。ピーク間電圧値Vppに対する直流電流値Idcの変化特性は、第１電圧範囲Ｚ１及び第２電圧範囲Ｚ２の夫々の領域において、線形的な変化特性である（特許文献１の図３及び図４参照）ので、夫々の領域におけるピーク間電圧値Vppと直流電流値Idcとの関係を示す関数としては、線形的関係である一次関数を用いればよい。これらのことから、ステップ＃５においては、各電圧範囲Ｚ１及びＺ２でのピーク間電圧値Vppと直流電流値Idcとの関係を示す関数として、一次関数f1(Vpp)及びf2(Vpp)を算出するようにしている。なお、詳細な説明は省略するが、本実施形態では、直流電流計測装置４ｃの各計測値から近似一次関数を算出する方法として最小二乗法を用いている。
【００５２】
次に、制御装置５は、ステップ＃６において、ステップ＃５で得られた一次関数f1(Vpp)及びf2(Vpp)で与えられる直流電流値Idcの値が等しくなるようなピーク間電圧値Vppを求める（図８参照）。具体的には、ピーク間電圧値Vppについての一次方程式f1(Vpp)＝f2(Vpp)の解を求めることになる。そして、制御装置５は、ステップ＃７において、ステップ＃６で算出したピーク間電圧値Vppを適正ピーク間電圧値Vmとして設定してピーク間電圧設定処理を終了する
【００５３】
以上のように、安定帯電領域と非安定帯電領域との二つの領域での直流電流値Idcの各変化特性を、直流電流計測装置４ｃの計測値を近似して示す一次関数f1(Vpp)及びf2(Vpp)を用いてそれぞれ特定し、これらの一次関数f1(Vpp)及びf2(Vpp)を用いて適正ピーク間電圧値Vmを決定する電圧キャリブレーションを行うことで、感光体ドラム１の表面の帯電状態を均一にできる必要最小限のピーク間電圧値Vppが変動しても、感光体ドラム１の表面電位を均一にすることができる適正ピーク間電圧値Vmを精度よく設定することができ、環境等の変動に対応してオゾン発生量をできる限り抑えながら均一な帯電状態を得ることができる。
【００５４】
〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。
（１）上記実施形態では、感光体ドラム１として、感光体がアモルファスシリコンであるa-Siドラムを採用した画像形成装置を例示したが、感光体が有機光導電体であるOPCドラムや感光体がセレン等であるその他の種類の光導電性半導体ドラムを採用した画像形成装置であってもよい。この場合、感光体の帯電特性に応じて、帯電手段に印加する振動電圧の正負の極性は適宜変更してもよい。
（２）上記実施形態では、帯電手段が導電性ゴム材料を使用した帯電ローラ２で構成された画像形成装置を例示したが、帯電手段としては、ファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のもので構成してもよい。
（３）上記実施形態では、直流電流計測手段としての直流電流計測装置４ｃを高圧電源４内に配置したが、帯電ローラ２と感光体ドラム１との間に流れる直流電流値Idcを計測できる箇所であれば、いずれの箇所に設けてもよい。
（４）上記実施形態では、電圧キャリブレーションを行うときに、制御装置５は、安定帯電領域と非安定帯電領域との夫々の領域における直流電流計測手段の計測値を取得するに当たって、温度センサ７の検出値に基づいて電圧範囲Ｚ１及びＺ２を電圧キャリブレーション毎に設定しているが、これらの電圧範囲Ｚ１及びＺ２を、例えば、非安定帯電領域に属する第１電圧範囲Ｚ１として２００［Ｖ］〜８００［Ｖ］、安定帯電領域に属する第２電圧範囲Ｚ２として１４００［Ｖ］〜２０００［Ｖ］というように固定的に設定してもよい。
（５）上記実施形態では、電圧キャリブレーションを行うときに、ピーク間電圧値Vppを小さい値から順次変化させて、各ピーク間電圧値Vppによる振動電圧を印加した場合の直流電流値Idcを順次計測しているが、ピーク間電圧値Vppの変化態様はその他の態様でもよい。また、ピーク間電圧値Vppを変化させる間隔を２００［Ｖ］としているが、この値も適宜変更可能である。
（６）振動電圧の交流電圧成分の波形は、正弦波、矩形波、三角波等が適宜使用可能である。
（７）本発明はフルカラー画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ピーク間電圧値を変化させたときの交流電流値の変化を示す図
【図２】交流電流値の変化特性に基づいてピーク間電圧値の設定を行う画像形成装置の一部構成ブロック図
【図３】本発明の実施形態の一部構成ブロック図
【図４】ピーク間電圧値と感光体ドラムの表面電位との関係を示すグラフ
【図５】ピーク間電圧値と直流電流値との関係を示すグラフ
【図６】ピーク間電圧値の変化範囲と温度区分との対応を示す表
【図７】ピーク間電圧設定処理のフローチャート
【図８】電圧範囲Ｚ１及びＺ２での計測値を近似する一次関数の値から算出される適正ピーク間電圧値Vmを幾何的に説明する図
【符号の説明】
【００５６】
１    像担持体
２    帯電手段
４    電圧印加手段
４ｃ  直流電流計測手段
５    制御手段
６    記憶手段
７    気温計測手段
Vdc  直流電圧の電圧値
Vpp  交流電圧のピーク間電圧値
Idc  直流電流値
Vm    適正ピーク間電圧値
Vimg  予測電圧値
f1(Vpp)、f2(Vpp)  一次関数
Ｚ１  第１電圧範囲
Ｚ２  第２電圧範囲
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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