(57)【要約】【課題】  感光体の膜厚を精度よく求めることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  回転駆動される感光体ドラム２と、感光体ドラム２に接触又は近接して配置され、感光体ドラム２を帯電させる帯電ローラ３と、感光体ドラム２の帯電時に帯電ローラ３から感光体ドラム２に流れる直流電流を、感光体ドラム２の表面電圧が帯電ローラ３によって印加される電圧に略一致するまでの時間積算し、帯電電荷量を求める電荷検知部１１と、この帯電電荷量から感光体ドラム２の膜厚を算出する制御部１２とを有する構成としている。感光体の表面電位が飽和するまでの帯電電荷量を求めて膜厚を検出するため、帯電ローラ３の抵抗のよごれや、環境による変動の影響をうけずに精度よく感光体膜厚を求めることができる。【選択図】        図２
2006309144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される感光体と、
前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、
前記感光体の帯電時に前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が前記帯電部材によって印加される電圧に略一致するまでの時間積算し、帯電電荷量を求める電荷量検出部と、
前記帯電電荷量から前記感光体の膜厚を算出する制御部とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記電荷量検出部は、前記感光体の表面電位を初期電位とした後に、所定電位にまで帯電し、このとき前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を積算す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】
前記電荷量検出部は、前記感光体が飽和状態にあるときの前記電流を積算して、リーク電流による誤差電荷量を検出し、
前記制御部は、前記帯電電荷量から前記誤差電荷量を減算す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】
前記感光体の表面を露光する露光手段を有し、
前記電荷量検出部は、前記露光手段によって露光された前記感光体の再帯電時に前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が前記帯電部材によって印加される電圧に略一致するまでの時間積算し、帯電電荷量を求め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５】
前記制御部は、前記帯電電荷量の検出時に、現像手段と転写手段とが電気的に高抵抗状態となるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記帯電電荷量の検出時に、除電ランプと露光手段とをオフすることを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記電荷量検出部は、アナログ積分回路であることを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記感光体が磨耗する前の前記帯電電荷量と、検出した帯電電荷量との比を前記感光体が磨耗する前の膜厚に乗算して、前記感光体の膜厚を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項９】
回転駆動される感光体と、
前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、
帯電された前記感光体を除電する時に、前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が略グランドレベルになるまでの時間積算し、前記感光体が帯電していた電荷量を求める電荷量検出部と、
除電時の前記電荷量から前記感光体の膜厚を算出する制御部とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
回転駆動される感光体と、
前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材に並列に接続された容量が既知のコンデンサと、
前記コンデンサに流れる電流量と、前記帯電部材から前記感光体に流れ込む電流量とを検出する電流検出部材と、
前記コンデンサに流れる電流量と、前記感光体に流れ込む電流量との比から前記帯電部材と前記感光体との間の容量を検出する制御部とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
使用前の前記感光体の膜厚と、前記感光体と前記帯電部材との間の容量とを記憶した記憶手段を有し、
前記制御部は、測定により求めた前記帯電部材と前記感光体との間の容量と、前記記憶手段に記憶した前記膜厚と前記容量との比から前記感光体の膜厚を算出することを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記帯電部材から前記感光体に流れ込む電流を検出して整流する整流手段と、
前記感光体と前記帯電部材との回転周波数の差以上の周波数をカットするローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項１０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、放電を帯電原理とする接触又は近接帯電方式で、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを印加して感光体を一様に帯電させる画像形成装置に関し、特に、感光体の膜厚の測定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置に搭載された感光体の表面には各種の部材、例えば、帯電ローラや現像ブラシ、転写ローラ、さらにはクリーニングブラシやクリーニングブレード等が物理的に接触し、この物理的接触により、感光層表面が画像形成プロセスの繰返しに伴ない次第に磨耗していく。特に、クリーニングブラシやクリーニングブレードによる摺擦力は大きく、感光層磨耗の大きな要因となる。
【０００３】
このような磨耗に伴ない、感光層の厚みがある程度以上減少すると、光感度が著しく減退したり、帯電特性が劣化して表面を所望の電位に均一帯電させることができなくなったりして、鮮明な画像を形成できなくなる。
【０００４】
このため、感光体の感光層の厚みを経時的に測定し、感光体の余命を検知することが意図されている。
【０００５】
特許文献１では、感光体表面の２点の電位をプローブで測定し、暗減衰特性から帯電直後の表面電位Ｖ０を計算し、この表面電位Ｖ０と、単位放電長あたりの流れ込む電流Ｉから感光体膜厚Ｌを下式により求めている。
Ｉ＝（ε／Ｌ）・ｖ・Ｖ０
なお、εは感光体誘電率、ｖは感光体移動速度を表す。
【０００６】
また特許文献２では、放電開始電圧以上の２つの電圧Ｖ１，Ｖ２を帯電ローラに印加し、それぞれ流れる電流Ｉ１，Ｉ２を測定する。Ｖ−Ｉ特性の傾きは、（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｖ２−Ｖ１）で計算される。このとき膜厚ｄを下式により検出している。
Ｖ−Ｉ特性の傾き＝ε・Ｌ・Ｖｐ・／ｄ
なお、Ｖｐはプロセススピード、εは感光体誘電率、Ｌは有効帯電幅を表し、前提条件としてＶ２−Ｖ１が表面電位の差であることが要求される。
【０００７】
また、特許文献２では、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを帯電ローラに印加し、感光体の表面電位を０からＶｄに帯電させる時に流れる電流Ｉを測定し、膜厚を下式により求めている。
Ｉ＝ε・Ｌ・Ｖｐ・Ｖｄ／ｄ
【０００８】
特許文献３では、消去ランプで電荷が除去された感光体表面を、帯電ローラで再び一様に帯電する際に、感光体、帯電ローラ間を充電する帯電ローラのＤＣ電流を測定すると、図１の第１象限にあるように感光体膜厚が検知できるとしている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−６９７７４号公報
【特許文献２】特開平５−２２３５１３号公報
【特許文献３】特開平９−１０１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１から３の開示技術はいずれも、感光体に流れる電流Ｉによって膜厚を検出しているが、電流Iにはリーク電流が含まれるため算出式で求まる膜厚は検出精度が悪い。また、除電ランプで感光体を除電しても、感光体の表面電位は０Ｖにならないため、測定した電流Ｉが変動してしまうという問題もある。さらに、感光体に流れる電流Ｉによって膜厚を検出する方法では、直流電流を測定して膜厚を検出しているので、感光体にピンホール等の低耐圧欠陥部が存在もしくは発生した場合、この部分に帯電に寄与しないリーク電流が過大に流れ込み、誤測定を引き起こす。また、プロセス速度の変動によって測定される直流電流も変動するという問題も生じる。
【００１１】
また上述した各特許文献には以下に示す問題点がある。
まず、特許文献１では、暗減衰特性が環境に対し安定ではないため電位算出値Ｖ０の精度が悪く、感光体移動速度ｖも変動するという問題がある。
【００１２】
特許文献２では、Ｖ２−Ｖ１が環境による帯電部材の抵抗や汚れによる抵抗変動の影響を受け、表面電位差と一致しない。また第２の方法でも同様にＶｐ、I、の精度の影響で、求まる膜厚精度は悪い。
【００１３】
また特許文献３では、以下の問題を有している。まず、帯電ローラのＤＣ電流は環境によって変動しやすいという問題がある。微小なＤＣ電流は高圧部周りの表面状態に大きく依存する。トナーを含めさまざまなほこりが高圧部周辺に付着し、さらに湿度が高いと表面の抵抗が下がりリークでＤＣ電流が増大し膜厚の検知精度が低下する。
【００１４】
また、消去ランプの光量によってＤＣ電流が変動するという問題もある。
消去ランプは残像消去のため帯電ローラで帯電する前に感光体表面の電位をグランドにするために入れてあるが、消去ランプの目的が残像をなくすことなので必ずしも感光体に光疲労を起こさせるような強い光を当て完全にグランドにする必要は無い。このため通常感光体表面電位は消去後も電荷が残り、この電荷が消去ランプの強さや感光体の劣化、環境などで変動するため帯電ローラで再度帯電したときに流れるDC電流は一定にならない。このため膜厚検知精度は低下する。
【００１５】
さらに、消去ランプが無いと膜厚を検出できないという問題がある。消去ランプは残像が画質上問題ない商品の場合取り付けていない。この場合に帯電ローラにはＤＣ電流は流れないので膜厚は求めることができない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、感光体の膜厚を精度よく測定す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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成するために本発明の画像形成装置は、回転駆動される感光体と、前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記感光体の帯電時に前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が前記帯電部材によって印加される電圧に略一致するまでの時間積算し、帯電電荷量を求める電荷量検出部と、前記帯電電荷量から前記感光体の膜厚を算出する制御部とを有する構成としている。このように本発明は、感光体の表面電位が飽和するまでの帯電電荷量を求めて膜厚を検出するため、帯電部材の抵抗のよごれや、環境による変動の影響をうけずに精度よく感光体膜厚を求めることができる。従って、感光体膜厚の減少による寿命を正確に検知し、感光体の長寿命化に役立てることができる。
【００１８】
上記構成の画像形成装置において、前記電荷量検出部は、前記感光体の表面電位を初期電位とした後に、所定電位にまで帯電し、このとき前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を積算するとよい。
このように本発明は、電荷量の検知前に感光体を所定電位に設定することで、感光体の劣化で残留電圧が発生した場合などでも、帯電電荷量を精度良く求めることができる。
【００１９】
上記画像形成装置において、前記電荷量検出部は、前記感光体が飽和状態にあるときの前記電流を積算して、リーク電流による誤差電荷量を検出し、前記制御部は、前記帯電電荷量から前記誤差電荷量を減算するとよい。飽和しているときに流れる電流を積算して電荷量を検知し、その値で補正するのでリーク電流による誤差を補正することができる。
【００２０】
上記画像形成装置において、前記感光体の表面を露光する露光手段を有し、前記電荷量検出部は、前記露光手段によって露光された前記感光体の再帯電時に前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が前記帯電部材によって印加される電圧に略一致するまでの時間積算し、帯電電荷量を求めるとよい。再帯電したときの電荷量を求めて感光体の局部的な膜厚を求めることができる。
【００２１】
上記画像形成装置において、前記制御部は、前記帯電電荷量の検出時に、現像手段と転写手段とが電気的に高抵抗状態となるように制御するとよい。また、前記制御部は、前記帯電電荷量の検出時に、除電ランプと露光手段とをオフするとよい。
従って、電荷量の検出に誤差を生じない。
【００２２】
上記画像形成装置において、前記電荷量検出部は、アナログ積分回路であるとよい。
従って、離散的なデジタル積分ではなく、理想的な積分ができる。
【００２３】
上記画像形成装置において、前記制御部は、前記感光体が磨耗する前の前記帯電電荷量と、検出した帯電電荷量との比を前記感光体が磨耗する前の膜厚に乗算して、前記感光体の膜厚を算出するとよい。
従って、感光体の個体差、帯電部材の個体差等の影響を無くすことができる。
【００２４】
本発明の画像形成装置は、回転駆動される感光体と、前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、帯電された前記感光体を除電する時に、前記感光体に流れる電流を、前記感光体の表面電圧が略グランドレベルになるまでの時間積算し、前記感光体が帯電していた電荷量を求める電荷量検出部と、除電時の前記電荷量から前記感光体の膜厚を算出する制御部とを有する構成としている。このように除電時の電荷量から膜厚を算出し、帯電部材の抵抗のよごれや、環境による変動の影響をうけずに精度よく感光体膜厚を求めることができる。従って、感光体膜厚の減少による寿命を正確に検知し、感光体の長寿命化に役立てることができる。
【００２５】
本発明の画像形成装置は、回転駆動される感光体と、前記感光体に接触又は近接して配置され、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に並列に接続された容量が既知のコンデンサと、前記コンデンサに流れる電流量と、前記帯電部材から前記感光体に流れ込む電流量とを検出する電流検出部材と、前記コンデンサに流れる電流量と、前記感光体に流れ込む電流量との比から前記帯電部材と前記感光体との間の容量を検出する制御部とを有する構成としている。このように本発明は、容量が既知のコンデンサを帯電部材に並列に接続し、コンデンサに流れる電流量と、感光体に流れ込む電流量との比から帯電部材と感光体との間の容量を求めているので、帯電部材の駆動電圧波形が理想と異なっていても精度よく帯電部材と感光体との間の容量を求めることができる。
【００２６】
上記画像形成装置において、使用前の前記感光体の膜厚と、前記感光体と前記帯電部材との間の容量とを記憶した記憶手段を有し、前記制御部は、測定により求めた前記帯電部材と前記感光体との間の容量と、前記記憶手段に記憶した前記膜厚と前記容量との比から前記感光体の膜厚を算出するとよい。感光体の膜厚を計算で求めることができる。
【００２７】
上記画像形成装置において、前記帯電部材から前記感光体に流れ込む電流を検出して整流する整流手段と、前記感光体と前記帯電部材との回転周波数の差以上の周波数をカットするローパスフィルタとを有しているとよい。従って、感光体と帯電部材に偏心があってもローパスフィルタによって測定誤差を減らすことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は感光体の膜厚を精度よく求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
まず、図２を参照しながら本実施例の構成を説明する。像担持体としての感光体２は、円筒状ＯＰＣ感光体であり、紙面に垂直方向の中心軸線を中心に矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。
【００３１】
感光体２の周囲には、感光体２に接触させた帯電ロール３、露光装置としてのＲＯＳ（Ｒａｓｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｅｒ）４、現像器５、クリーニングブレード７、除電ランプ８などが配置されている。
【００３２】
帯電ロール３は、感光体２の回転に従動して回転し、また電源部１０からＡＣ＋ＤＣの電圧又は電流が供給され、回転する感光体２の周面が所定の極性・電位に一様に帯電（本例では負帯電）される。
【００３３】
次いで回転する感光体２の帯電処理面に、ＲＯＳ４から出力される、画像変調されたレーザビームが照射（走査露光）され、露光部分の電位が減衰して静電潜像が形成される。
【００３４】
感光体２の回転にともなって該潜像が現像器５に対向する現像部位に到来すると、現像器５から負帯電されたトナーが供給されて反転現像によってトナー像が形成される。
【００３５】
感光体２の回転方向に見て現像器５の下流側には導電性の転写ロール６が感光体２に圧接配置してあって、感光体２と転写ロール６とのニップ部が転写部位を形成している。
【００３６】
感光体２表面に形成されたトナー像が感光体２の回転につれて上記転写部位に到達すると、これとタイミングをあわせて用紙が転写位置に供給され、これとともに所定の電圧が転写ロール６に印加されて、トナー像が感光体２の表面から用紙に転写される。
【００３７】
転写位置でトナー像転写を受けた用紙は定着器９へ搬送されてトナー像の定着を受けて機外へ排出される。
【００３８】
一方、感光体２の表面に残った転写残りトナーはクリーニングブレード７によってかき落されることで、感光体２はその表面が清掃されて、次の画像形成に備える。また、感光体２上の静電潜像は、除電ランプ８で消去される。
【００３９】
本実施例ではさらに、帯電ローラ３に交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を供給する電源部１０と、感光体２に帯電した電荷量を検知する電荷検知部１１と、電荷検知部１１によって検知した電荷量により、電源部１０の供給する電圧を制御する制御部１２とを有している。
【００４０】
図３に電荷検知部１１の構成を示す。電荷検知部１１は、図３に示すように電流電圧変換抵抗２１と、積算部２３の演算回路に供給する電圧の極性を切り替える極性制御部２２と、感光体に帯電された電荷量を検出する積算部２３とを有している。また積算部２３は、図３に示すように演算増幅器２４と、コンデンサ２５と、スイッチ２６とを備えている。
【００４１】
電荷検知部１１で求めた電荷量から膜厚ｄを求める処理を説明する。膜厚ｄは、以下の式によって算出される。
ｄ=ε・帯電有効長・感光体直径・π・V/Q（Q：電荷量  V：印加電圧）
この式からわかるようにＱ,Ｖ以外は定数項であるため先行技術に対し精度良く膜厚を検知できることがわかる。
【００４２】
次に電荷検知部１１による感光体表面電荷の検出方法について具体的に説明する。図４に帯電が十分に行なわれるレベルのＡＣ電圧とＤＣ電圧を印加した時の感光体の表面電位と直流電流の状態を示す。横軸は感光体回転数で1回転時にＤＣ電圧として−７５０Ｖを印加している。ＤＣ電圧が印加された直後に帯電電位は−７５０Ｖ近くまで変化するが飽和するには到っていない。飽和する（−７５０Ｖになる）までには２周以上の回転数が必要となる。ＤＣ電流は帯電電位の変化分に相当したものしか流れない。そのため、特許文献２のように１周目の電流で膜厚を検知した場合、印加したＤＣ電圧−７５０Ｖに対し仮に電位−７００Ｖまでしか変化しなかった場合、その差５０Ｖ分が検知誤差となる。またその１周目に到達する電位は感光体膜厚、環境、帯電部材の汚れ等により変動するため補正値として補正することは出来ない。それに対し本発明はＤＣ電圧と帯電電位が一致するまで検知するので前述の誤差の影響受けることなく正確な膜厚検知が可能となる。
【００４３】
次に、リーク電流への対応について説明する。感光体ドラム２に流れる電流は数１０μＡと小さい値であるため、リーク電流の影響を考慮する必要がある。実際にリーク電流は１μＡ程度あるため検知において１０％程度の誤差を生じさせる。先行技術ではリークの影響を無視している。リーク電流には電圧値に依存しない電流性リークと電圧値によって変わる抵抗性リークがある。
【００４４】
感光体ドラム２の回転数ごとのＤＣ電流を図５に示す。印加信号を感光体回転数２のタイミングで印加している。感光体回転数１で流れる電流は電流性リークである。感光体回転数２では電流性リークに加えて抵抗成分に流れる抵抗性リークと帯電に寄与する帯電電流になる。感光体回転数５から７では電位が飽和し帯電電流が流れなくなり、リーク電流のみが流れるようになる。
【００４５】
そこで感光体回転数２から４までの電流の積算値から５から７までの電流の積算値を引くことで帯電電流だけを検知することが出来る。積算値を引くには図３の極性制御部２２を切り替えることで行なう。感光体回転数２から７の間で電流を積算しているとき感光体回転数５から７の時に極性制御部で信号の極性を反転することで減算を実現している。
【００４６】
なお、本実施例は、ＤＣ電圧を印加したときの帯電過程での電荷で検知をしているが帯電状態から除電過程においても同様の検知が可能である。また、感光体ドラム２の1部を露光により除電しその状態から帯電を行い、電荷を検知することで部分的な膜厚の検知も可能である。また前述同様に除電でも検知は可能である。
【実施例２】
【００４７】
次に本発明の第２実施例について説明する。本実施例は図６に示すように帯電ローラ３の帯電電源（ＡＣ電源３１、ＤＣ電源３２）、帯電ローラ３と並列に既知の容量も持つコンデンサ３３を接続する。容量が既知のコンデンサ３３に流れる電流と、帯電ローラ３に流れる電流との比から帯電ローラ３と感光体ドラム２間の容量を求める。具体的には、図６に示す除算器４０によって容量が既知のコンデンサ３３に流れる電流と、帯電ローラ３に流れる電流との比をとり、これにコンデンサ３３の容量を積算して求める。
【００４８】
この方法によれば測定される容量は帯電ローラ３へのＡＣ周波数やＡＣ電源の出力インピーダンスの影響を受けない。また波形が正弦波ではなく、方形波や三角波、あるいは放電によって一定電圧以上がクランプされた歪んだ波形であっても既知のコンデンサにも同様の波形が印加されているので測定精度が悪化することはない。また特許文献３に記述されているように感光体層の誘電率が環境で変化する場合には、既知のコンデンサ３３の誘電体層を感光体ドラム２と同じ材料で作ることで影響を相殺することも可能である。
【００４９】
また帯電ローラ３と感光体ドラム２との間で観測される容量は、ニップ部の接触面積で決まっているが、ニップ部の接触面積は感光体毎に異なっているため容量を測定しても膜厚に換算することはできない。
【００５０】
感光体ドラム２と帯電ローラ３は一体で消耗品として提供されており、ニップは寿命まで一定とみなせる。そこで初期の容量×感光体膜厚＝感光体誘電率×ニップ面積の値を図７に示しように感光体ドラム２と帯電ローラ３を一体とした感光体ユニットに記録しておく。印字中の感光体膜厚を知りたい時は記録した値を検知した容量で除して求める。磨耗する前の膜厚と容量の比を感光体ユニットに記録しているので容量を検知することで絶対膜厚を計算で求めることができる。
【００５１】
また、感光体ドラム２と帯電ローラ３の偏心が原因で接触部（ニップ）の面積が回転と共に変化し、検知した瞬間の容量値からは正確な感光体膜厚は求まらない。
【００５２】
また、図８に示すように感光体ドラム２と帯電ローラ３には偏心が生じる。帯電ローラ３と感光体ドラム２の角速度をそれぞれω1とω2とすると、偏心による帯電ローラ３の中心と感光体表面との間の距離（帯電ローラ３の中心と感光体ドラム２の中心との距離）は、以下の式のようにω1とω2の加算値と引き算値からなる。なお、図９に偏心による感光体ドラム２と帯電ローラ３の距離の変動量を示す。図９で示すように二つの周波数でAC変調された波形となる。
Cosω1t+cosω2t=2COS((ω1t+ω2t)/2)×Cos((ω1-ω2)/2)
【００５３】
このことから、変動による膜厚測定誤差を抑えるにはω1とω2の差の周期以上平均化すれば良いことになる。実際にはその周期以上のｆｃを有するローパスフィルタを通すか、その周期で積分すれば誤差の少ない膜厚測定が可能である。
【００５４】
図１０〜図１２に、整流回路４１と、ローパスフィルタ４２との構成を示す。
図１０に示す回路では、整流回路４１として比較器を設け、比較器によってスイッチＡ，Ｂをオン／オフさせて整流を行なう。ローパスフィルタ４２は、抵抗とコンデンサの一般的なフィルタである。
【００５５】
また図１１に示す整流回路４１は、ダイオードによって整流を行い、図１２では、ダイオードの前段にオペアンプを設けて、ダイオードの動作を補償している。このようにローパスフィルタを通した信号を処理することで誤差を減らし、感光体膜厚を精度よく求めることができる。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
本実施例では、まず電荷量検知を行なう前の感光体電位を初期電位Ｖ１に制御する。次に、感光体２に電圧を印加して感光体電位を所定電位Ｖ２にする。この時感光体２に流れた電流を積算して電荷量を求め、これを元に膜厚を算出する。本実施例では、膜厚ｄの算出に電荷量検知前の表面電位Ｖ１と、電荷量検知後の表面電位Ｖ２とが必要なため、精度よく表面電位をＶ１とＶ２に制御する。電荷量の検知前に感光体の電位を所定電位に設定しておき、理想的な積分を行うことで、電荷量を精度よく求めることができ、膜厚を精度よく求めることができる。
【００５７】
本実施例での感光体は直径３０ｍｍのアルミニウムドラムの外周にＯＰＣ感光体の層を塗工形成したものであり、該感光体は電荷発生層の上に厚さｄ＝２９μｍの電荷輸送層（Carrier Transfer Layer）を配置したものである。このような感光体２では使用条件においては残留電圧が発生する場合がある。残留電圧のある感光体２の場合はＤＣ電圧として０Ｖを印加しても感光体電位が０Ｖにならない。膜厚算出において印加電圧と感光体電位が等しくないと誤差になる。そこで、ＤＣ電圧としては０Ｖ以外で所定の電圧、マイナス数１０Ｖ以下のＤＣ電圧を印加すれば感光体表面電位を所定の状態にすることができ、そうすることで残留電圧の影響をなくすことができる。その後、電荷量検知のプロセスを行う。
【００５８】
感光体表面電位のＶ１からＶ２への制御は、帯電ロール３にＡＣ＋ＤＣの電圧を印加して行う。このときＤＣ電圧としてＶ１とは異なるＶ２を印加しておくと、感光体２の表面電位が飽和したときに、表面電位がＶ２となる。感光体表面電位が飽和して電位Ｖ２になったことを判断するには、あらかじめ実験にて求められた飽和するまでの時間が経過していることで判断する。その時間を感光体の周回数に置き換えて判断してもよい。また、感光体２に流れるＤＣ電流をモニタしておいて、ＤＣ電流の変化がなくなった点を飽和と判断することができる。または安価な相対表面電位計を使って表面電位の飽和を検知し判断してもよい。
【００５９】
また帯電ロール３にＡＣ＋ＤＣの電圧を印加して電荷量を測定している時には、現像器５の現像ロール、転写ロール６は電気的に高抵抗状態にしておく。さらに、ＲＯＳ４、除電ランプ８はオフの状態としておく。電気的な高抵抗状態とするためには、現像ロール、転写ロール６を感光体２から機械的に切り離しておく、現像ロールと転写ロール６とを感光体２と同電位にし、電気的にフロート状態にする、現像ロール、転写ロール６から感光体２に電流が流れ込まないように電源部１０を制御するなどが挙げられる。これらの制御は、制御部１２によって行う。ただし、上述した現像ロール、転写ロール６など、感光体２に流れる電流がわかっている場合には、その分を後で補正することができる。
【００６０】
図１３には、感光体２に流れるＤＣ電流を積分して電荷量を求め、求めた電荷量から膜厚を算出する機能部の構成を示す。図１３に示す構成は、感光体２に流れる電流を電圧に変換する電流電圧変換抵抗４３と、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと表記する）４２と、Ａ／Ｄ変換器１３と、制御部１２とを有している。
【００６１】
電流電圧変換抵抗４３で検出される電圧には、電源部１０のＡＣ成分とＤＣ成分が重畳されているため、ＬＰＦ４２でＡＣ周波数を減衰させておく。また、ＬＰＦを入れておくことでＡＣ成分を除去すると共にサンプリング周波数を下げることができる。サンプリング定理よりサンプリング周期としては電源のＡＣ周期の２倍以上となる周波数に設定する。その場合サンプリングされるデータ数が多くなることでデジタル処理の負荷が増えることも考えられる。そこで、ＬＰＦ４２によってＡＣ成分を除去してサンプリング周波数を下げることにより、検出精度は落とすことなくデジタル処理の負荷を減らすことが出来る。
【００６２】
また、サンプリング周期の上限としてはＤＣ電圧の電圧変更制御時間に対して精度悪化の無い設定とする。ＤＣ電圧が５０ｍｓで変化する場合は、サンプリング周期は５０ｍｓ以下に設定する。サンプリング周期は検知時、全期間において同一としてもいいし、または変化のある部分だけ周期を短く変更してもよい。
【００６３】
制御部１２は、Ａ／Ｄ変換器１３で変換されたデジタルの電圧値を積算して、電荷量を求める。このときの積算時間は、上述したように感光体２の周回数で判断してもよいし、感光体２に流れるＤＣ電流をモニタしておいて、ＤＣ電流の変化がなくなった時点で判断してもよい。さらに、安価な相対表面電位計を使って表面電位の飽和を検知し判断してもよい。
【００６４】
電圧を積算して求めた電荷量から感光体膜厚を算出する算出式を以下に示す。
感光体膜厚ｄ＝ε・帯電有効長・感光体直径・π・｜Ｖ２−Ｖ１｜／Ｑ
なお、Ｑは検知した電荷量、Ｖ１は検知前に感光体２に印加したＤＣ印加電圧、Ｖ２は検知時に感光体２に印加したＤＣ印加電圧を示している。
【００６５】
また、感光体２が磨耗していない初期の膜厚がわかっている時は、感光体２が磨耗していないときの電荷量を測定して初期電荷量とし、次に磨耗したときに測定した検知電荷量との比から膜厚ｄを求めることもできる。
感光体膜厚ｄ＝初期膜厚×初期電荷量／検知電荷量
この様に求めればパラメータの項がないため、感光体２の個体差、帯電器の個体差をなくし、非常に精度よく膜厚を求めることができる。
【００６６】
図１４に示すフローチャートを参照しながら本実施例の動作手順を説明する。
まず、感光体２の表面電位を初期電位Ｖ１に制御する（ステップＳ１）。ここでは、帯電ロール３にＡＣ＋ＤＣの電圧を印加し、感光体２の電位をＶ１に設定する。
【００６７】
次に、帯電ロール３にＡＣ＋ＤＣの電圧を印加し、感光体２の表面電位をＶ２に制御する（ステップＳ２）。このときＤＣ電圧としてＶ１とは異なるＶ２を印加しておくと、感光体２の表面電位が飽和したときに、表面電位がＶ２となる。このとき、感光体２に流れる電流を電流電圧変換抵抗４３によって電圧に変換し、これをＡ／Ｄ変換して電荷量Ｑを求める（ステップＳ３）。求めた電荷量Ｑ、帯電有効長、感光体直径、感光体表面電位Ｖ１，Ｖ２の値を上述した算出式に代入し、感光体膜厚ｄを求める。
【００６８】
また、電荷量の算出に、図１５に示すアナログ積分回路５０を用いてもよい。
デジタル方式で積分するとサンプリング周期が積分誤差になるがアナログ積分回路５０は理想的に積分誤差がない方式である。
感光体２を流れる電流はコンデンサＣ（５１）に電荷として蓄えられ、その量は電圧に変換され出力される。Ａ／Ｄ変換器１３はこの電圧をＡＤ変換する。スイッチＳ１とＳ３は、コンデンサＣ（５１）に流れる電流の向きを切り換えるスイッチである。スイッチＳ１を図１５に示すＡ端子側に切り換え、スイッチＳ３を図１５に示すＣ端子側に切り換えることで、感光体２に流れる電流がコンデンサＣ（５１）に蓄えられる。逆にスイッチＳ１を図１５に示すＢ端子側に切り換え、スイッチＳ３を図１５に示すＤ端子側に切り換えることで、コンデンサＣ（５１）に蓄えられた電荷を減らすことができる。また、スイッチＳ２はコンデンサＣ（５１）を放電させ、蓄えられた電荷を０にリセットするものである。
【００６９】
図１５に示すアナログ積分回路５０の動作を説明する。まずスイッチＳ２をショートしコンデンサＣ（５１）を放電させ、電荷量を０にする。次にＳ２をオープンにし、所定電位Ｖ１である感光体２に帯電電圧を印加して、表面電位をＶ２に制御する。このときコンデンサＣ（５１）には感光体２に流れる電流とリーク電流で電荷が溜まっていく。次に、感光体２の表面電位が飽和する点でスイッチＳ１、Ｓ３を切り替える。スイッチＳ１をＡ端子側からＢ端子側に切り換え、スイッチＳ３をＣ端子側からＤ端子側に切り換える。このときコンデンサＣ（５１）には感光体２に流れる電流は飽和しているため０であるため、リーク電流だけが流れる。また、電流の極性が切り換えてあるため、電荷はリーク電流量で減っていく。スイッチＳ１、Ｓ３を切り替え後、感光体２に電圧を印加して感光体２の表面電位が飽和するまでの時間と等しい時間が経過した後の出力値は感光体２に流れる電流からだけ求まる値であり、それを検知電荷量として膜厚を算出する。
【００７０】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来の技術を説明するための図である。
【図２】画像形成装置の構成を示す図である。
【図３】電荷検知部の構成を示す図である。
【図４】感光体の回転数と、感光体表面の帯電電位、感光体に流れる直流電流の量との関係を示す図である。
【図５】感光体の回転数と直流電流の関係を示す図である。
【図６】実施例２の画像形成装置の構成を示す図である。
【図７】感光体ユニットの構成を示す図である。
【図８】感光体と帯電ローラの偏心の様子を示す図である。
【図９】偏心による感光体ドラム２と帯電ローラ３の距離の変動量を示す図である。
【図１０】整流回路とローパスフィルタの構成を示す図である。
【図１１】整流回路とローパスフィルタの構成を示す図である。
【図１２】整流回路とローパスフィルタの構成を示す図である。
【図１３】実施例３の画像形成装置において、電荷量を検出する機能部の構成を示す図である。
【図１４】実施例３の動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】アナログ積分回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
３  帯電ローラ
４  ＲＯＳ
５  現像器
６  転写ローラ
７  クリーニングブレード
８  除電ランプ
９  定着器
１０  電源部
１１  電荷検知部
１２  制御部
１３  Ａ／Ｄ変換部
２１  電流電圧変換抵抗
２２  極性制御部
２３  積算部
２４  演算増幅器
２５  コンデンサ
２６  スイッチ
３３  コンデンサ
４０  除算器
４１  整流回路
４２  ローパスフィルタ
４３  電流電圧変換抵抗
５０  アナログ積分回路
５１  コンデンサ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３  スイッチ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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