(57)【要約】【課題】  帯電音を低減すること。【解決手段】  現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、表面膜を有し、前記現像剤の像を担持し像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に、直流と交流とを重畳した帯電バイアスを印加するバイアス印加手段と、前記表面膜の厚さの変化を検知する検知手段とを具備し、前記バイアス印加手段は、前記検知手段によって検知された前記厚さの変化に基づいて前記帯電部材により前記像担持体を帯電することにより生じる帯電音が所定のレベルを超えないように前記交流の周波数を制御することを特徴とする。【選択図】図２
2015200761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、
表面膜を有し、前記現像剤の像を担持する像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材に、直流と交流とを重畳した帯電バイアスを印加するバイアス印加手段と、
前記表面膜の厚さの変化を検知する検知手段とを具備し、
前記バイアス印加手段は、前記検知手段によって検知された前記厚さの変化に基づいて前記交流の周波数を制御し、前記表面膜の厚さが小さいほど前記交流の周波数を低くすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記バイアス印加手段は、前記バイアス印加手段の消費電力が所定の値を超えないように前記交流の周波数を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。
【請求項３】
前記表面膜の厚さが小さくなるほど前記バイアス印加手段の消費電力が小さくなるように前記交流の周波数を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記バイアス印加手段は、前記交流の周波数をｆからΔｆだけ低下させる際に、前記交流の周波数をΔｆ低下させることによって前記バイアス印加手段の消費電力が増加する増加量が、前記交流の周波数をｆにして画像形成をしている間に低下した前記消費電力の低下量より小さくなるようにΔｆを設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記バイアス印加手段は、前記帯電部材が前記像担持体を帯電することにより生じる帯電音が所定のレベルを超えないように前記周波数を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記画像形成装置は、前記現像剤を用いて記録材に画像を形成し、
前記画像形成装置は、画像の形成がなされた前記記録材の画像形成数を保持する保持手段をさらに具備し、
前記検知手段は、前記保持手段に保持されている前記画像形成数に基づいて前記表面膜の厚さの変化を検知することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記検知手段は、前記バイアス印加手段によって前記帯電部材に前記バイアスが印加される場合に、前記帯電部材と前記像担持体とによって形成される電気回路の静電容量成分に基づいて前記表面膜の厚さを検知することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記バイアス印加手段は、前記交流の電流が一定値となる定電流制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記バイアス印加手段は、前記直流の電圧が一定値となる定電圧制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記画像形成装置の装置本体には、前記像担持体の前記表面膜の厚さの異なる複数種類のプロセスカートリッジを装着可能であり、
前記画像形成装置は、前記複数種類のプロセスカートリッジの種類を識別する識別手段を具備し、
前記識別手段により識別されたプロセスカートリッジの前記表面膜の厚さに基づいて前記交流の周波数を制御することを特徴とる請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記識別手段は、
前記複数種類のプロセスカートリッジの各々に設けられ、初期状態の表面膜の厚さに対応する情報が予め保持されている情報保持手段と
前記装置本体に設けられ、前記複数種類のプロセスカートリッジの各々が前記装置本体に装着された場合に、前記情報保持手段に保持されている前記情報を読み取る情報読取手段と
を具備することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記表面膜は、露光により静電潜像を形成するための感光層であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
請求項９又は請求項１１に記載の画像形成装置と、
前記画像形成装置の装置本体に装着可能で、前記像担持体の前記表面膜の厚さの異なる複数種類のプロセスカートリッジと
を具備することを特徴とする画像形成システム。
【請求項１４】
前記表面膜は、露光により静電潜像を形成するための感光層であることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、感光体ドラムの表面を帯電させて電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
電子写真による画像形成装置は、電子写真による画像形成プロセスを用いて記録媒体に画像を形成するもので、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、及び、ワードプロセッサ等が含まれる。また、画像形成装置の画像形成処理の少なくとも一部は、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジに設けられることが多い。すなわち、プロセスカートリッジは、少なくとも現像手段と現像剤を収容した現像剤収容ユニットとを一体化している。さらに、画像形成システムとは、画像形成装置、もしくはプロセスカートリッジが個別に複数種類存在し、ユーザの使い勝手に応じて選択できるシステムのことである。
【背景技術】
【０００３】
例えば、電子写真プロセスを利用した複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置においては、感光体ドラムに帯電プロセスを含む作像プロセスを適用して記録材に画像形成がなされる。
【０００４】
感光体ドラムの帯電処理手段としては、非接触帯電方式のコロナ帯電装置が利用されていたが、近時は、コロナ帯電装置に比べて、低電圧、低オゾン等の優位性があることから接触帯電方式が実用化されている。
【０００５】
接触帯電方式は、導電性部材を感光体ドラムに接触させ、その帯電部材に電圧（帯電バイアス）を印加することで感光体ドラムの表面を帯電処理するものである。このような接触帯電部材としてはローラ形状の帯電ローラが多用されている。
【０００６】
帯電ローラに対する電圧印加は、直流電圧（ＤＣ）のみを印加するＤＣ印加方式と、直流電圧に交流電圧（ＡＣ）を重畳した振動電圧を印加するＡＣ印加方式とがある。ＤＣ印加方式よりもＡＣ印加方式の方が均一帯電性に優れている。ＡＣ印加方式としては、帯電バイアスを、感光体ドラム上の帯電電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧とし、直流電圧印加時の帯電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）をもつ交流電圧を重畳した帯電方式が用いられることが多い。
【０００７】
ＡＣ印加方式は、交流電圧を印加することによって、帯電ローラから感光体ドラムへの正帯電、感光体ドラムから帯電ローラへの逆帯電の過程が生じる。正帯電、逆帯電のそれぞれの過程を繰り返すことによって、感光体ドラム上の局所的な電位ムラが解消され、感光体ドラム上の帯電電位Ｖｄは、直流印加電圧値Ｖｄｃに収束する。このため、ＡＣ印加方式の方が均一帯電性に優れている。
【０００８】
ＡＣ印加方式を用いた場合、印加される交流電圧の制御方法として、特許文献１に示すようなＡＣ電流値を一定に制御するＡＣ定電流制御をおこなう方法が広く用いられている。
【０００９】
ＡＣ定電流制御のメリットは、帯電ローラの構成材料の環境（特に湿度）変動によるインピーダンス変化に対して、帯電能力が左右されることが少ない点にある。帯電ローラの構成材料のインピーダンス変化が大きいと、感光体ドラムを均一帯電するのに必要なピーク間電圧Ｖｐｐが各環境で変化する。このため、低温低湿環境での帯電不良や、高温多湿環境での異常放電が発生するおそれがあるが、ＡＣ電流値を一定に制御すると、均一な帯電をするのに最低必要なＡＣ電流値は環境によらずほぼ一定となることが分かっている。
【００１０】
また、ＡＣ印加方式の場合には、帯電ローラと感光体ドラムとの間に形成される振動電界によって両者が振動を起こし、「帯電音」と呼ばれる異音が発生する。帯電音は、特許文献２にその発生メカニズムが記載されているように、振動電界によって帯電ローラ表面が印加電圧の周波数の２倍の周期で振動して感光体ドラムの表面を叩くことによって発生する。
【００１１】
さらに、ＡＣ印加方式の場合、接触帯電部材に印加する振動電圧のＡＣ成分の周波数に応じて被帯電体面の帯電電位が微妙に変化しムラとなる。帯電ローラの場合、被帯電体との当接ニップ領域が直線になるため、この帯電電位ムラがローラの軸に対して平行な平面波状に現れる。
【００１２】
プリンタの場合には、感光体ドラムに対する走査露光の画像周波数と上述の帯電ムラの空間周波数が近接した場合に両者の干渉で画像上でうなりを生じ、画像濃度のモアレパターンとして観測される。つまり、感光体層の最終的な表面電位を決定するのは帯電ローラと感光体ドラムとが分離する最後の瞬間と考えられ、放電ニップの最下流のラインが直線だと、ＡＣ成分に基づく感光体ドラムの表面の帯電ムラも直線になる。このため、横線の画像周波数と帯電ムラの空間周波数が近づいたときに干渉を起こし易くなり、モアレが顕著に発生する。
【００１３】
ところで、最近ではコンピュータの普及により幅広い層のユーザがプリンタ、FAX等を使用するようになり、メーカもそれに応じた製品作りを行う必要が出てきた。消耗品であるプロセスカートリッジについても、用途毎に複数の種類が作られている。
【００１４】
例えば、オフィス等のプリントボリュームの多いユーザ向けにはトナー容量の多い長寿命のカートリッジを、個人などの少ないプリントボリュームや、安さを求めるユーザにはトナー容量の小さいカートリッジなどが提供されている。
【００１５】
そして、一般的にトナー容量が多いカートリッジでは感光層の膜厚も厚く、トナー容量が小さいカートリッジでは感光層の膜厚も薄くすることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１−２６７６６７号公報
【特許文献２】特開平５−２１０２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、近年、画像形成装置の小型化が進み、デスクトップでのプリンタの使用など、使用者と画像形成装置の設置場所とが近くなっていること等の理由から、プリンタの静音化が求められている。
【００１８】
ＡＣ印加方式を用いた場合、使用するＡＣ電圧の大きさや周波数によっては、帯電音が顕著となり、問題となる場合があった。
【００１９】
すなわち、本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、帯電音を低減できる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、
表面膜を有し、前記現像剤の像を担持する像担持体と、
前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材に、直流と交流とを重畳した帯電バイアスを印加するバイアス印加手段と、
前記表面膜の厚さの変化を検知する検知手段とを具備し、
前記バイアス印加手段は、前記検知手段によって検知された前記厚さの変化に基づいて前記交流の周波数を制御し、前記表面膜の厚さが小さいほど前記交流の周波数を低くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、帯電音を低減できる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の帯電バイアス電源を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の帯電ローラと感光体ドラムの等価回路を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における帯電周波数と帯電音との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態における総プリント枚数と感光層膜厚との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態において、感光層の膜厚が１０μｍ、１２．５μｍ、１５μｍの場合のラウドネスの周波数依存性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態において、各膜厚でラウドネスが３０ｓｏｎｅになる周波数を求めたグラフである。
【図８】本発明の実施形態において、ラウドネスが３０ｓｏｎｅになる周波数と総プリント枚数の関係を示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態において膜厚が変化しない場合の帯電周波数と消費電力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態において、消費電力の総プリント枚数に対する変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の他の実施形態の画像形成装置の帯電バイアス電源の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
（画像形成装置の概略構成）
図１は、本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００２５】
同図に示すように、画像形成装置１００には、画像形成装置１００の装置本体Ｍに着脱可能なプロセスカートリッジＰが設けられている。
【００２６】
プロセスカートリッジＰは、感光体ドラム１(像担持体）、帯電ローラ２（帯電部材）、現像装置３、クリーニングブレード４、廃トナーボックス５から構成される。感光体ドラム１は、装置本体Ｍのほぼ中央に位置する。感光体ドラム１は、Φ２４ｍｍのアルミニウムの導電性ドラム基体の外周面に厚さ１５μｍのＯＰＣ（有機光半導体）感光層を形成したものであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層である。感光体ドラム１は、矢印Ｒの方向に所定のプロセススピード（周速度）２００ｍｍ／ｓで回転駆動される。
【００２７】
感光体ドラム１の表面（周面）は、帯電ローラ２により所定の極性・電位に均一（一様）に帯電処理される。帯電ローラ２の構成の詳細は後述する。帯電後の感光体ドラム１の表面は、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変調され、レーザビームスキャナ６から出力されたレーザビームの走査露光を受けて、目的の画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。本実施形態の画像解像度は６００ｄｐiである。この形成潜像は、現像装置３によってトナー７（現像剤）が付着されてトナー像として現像される。現像装置３内の現像ローラ８には、現像時に現像バイアスが印加される。
【００２８】
一方、記録材９は給紙ローラ１２によって給紙され、感光体ドラム１上に書き込まれたトナー像と同期をとるように感光体ドラム１と転写ローラ１０との間の転写ニップ部に送られて表面にトナー像が転写される。転写ローラ１０には転写時に転写バイアス印加電源から転写用の転写バイアスが印加される。
【００２９】
トナー像の転写を受けた記録材９は、感光体ドラム１の表面から分離されて定着器１１に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。そして、定着された記録材９は、排紙ローラ１３により装置本体Ｍの外部に排紙される。
【００３０】
一方、トナー像転写後の感光体ドラム１は、記録材９に転写されないで表面に残った転写残トナーがクリーニングブレード４によって除去され、次の画像形成に供される。クリーニングブレード４によって除去された転写残トナーは廃トナーボックス５に収容される。本実施形態では、転写残トナーを除去ために、クリーニングブレード４を当接させた状態で感光体ドラム１を回転させている。このため、感光体ドラム１の感光層はクリーニングブレード４により摩耗し削れ、総プリント枚数Ｎ（画像形成数）が増えるにつれて、削れ量は増大し、感光層（表面膜）の膜厚は減っていく。
【００３１】
画像形成装置１００は、不揮発性のメモリ（不図示）を有しており、プロセスカートリッジの総プリント枚数Ｎを逐次、記憶(保持）している。
【００３２】
本実施形態のプロセスカートリッジＰは、製品の寿命として印字率が４％の文字画像を６０００枚印字可能なプロセスカートリッジである。
【００３３】
（帯電ローラの構成）
本実施形態の特徴である帯電ローラ２について詳述する。
【００３４】
本実施形態の帯電ローラ２は、導電性支持体であるアルミ芯金と、その外周に形成された導電性弾性層と、導電性弾性層の外周を被覆する表面層とを有する帯電ローラである。外径は１４ｍｍであり、表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（ＪＩＳ１９９４準拠）＝０.２μｍ程度、抵抗Ｒｃは１．０×１０６Ωである。Ｒｚｊｉｓは、表面粗さ計ＳＥ３５００（小坂製作所製）を用い、帯電ローラ２の長手方向について、測定長が８．０ｍｍ、カットオフ値が０．８ｍｍ、測定速度が０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【００３５】
（帯電バイアス）
本実施形態では、帯電バイアスとして直流（ＤＣ）電圧に交流（ＡＣ）電圧を重畳した振動電圧を印加するＡＣ印加方式を用いる。重畳する交流電圧は正弦波である。重畳バイアスの作成は、ＤＣ部を定電圧制御し、ＡＣ部は帯電均一性に優れた定電流制御を行う。
【００３６】
図２は、帯電バイアスを出力する帯電バイアス電源２００を示すブロック図である。
【００３７】
ＤＣ系の電圧は、感光体ドラム１の表面上の帯電電位Ｖｄを所望の電位にするための定電圧値を帯電ＤＣ出力部２０１で決定した後、ＤＣトランス部２０２で増幅して出力される。
【００３８】
ＡＣ系の電圧は、エンジンコントローラ２０３が、装置本体Ｍに供えられた不揮発性メモリ２０４からそのプロセスカートリッジＰの総プリント枚数Ｎの情報を取得し、総プリント枚数Ｎからもとめられる最適な帯電周波数ｆを決定する。そしてエンジンコントローラ２０３の制御により帯電ＡＣ出力部２０５は帯電周波数ｆのＡＣ電圧を出力する。帯電ＡＣ出力部２０５の出力は、ＡＣトランス部２０６で増幅され、ＤＣトランス部２０２の出力電圧と混合されてプロセスカートリッジＰの帯電ローラ２に供給される。
【００３９】
一方、プロセスカートリッジＰの帯電ローラ２と感光体ドラム１との合成負荷が負荷検知回路２０７により検知され、帯電ＡＣ出力部２０５にフィードバックされる。このフィードバック制御により、帯電ローラ２と感光体ドラム１とに流れる交流成分の電流が一定値となるように制御される。
【００４０】
（帯電電圧制御）
次に、本実施形態の特徴である帯電電圧制御について説明する。
【００４１】
ＤＣ電圧は、−６００Ｖ、ＡＣ電流値は１０００μＡになるように、ともに総プリント枚数Ｎに依存せず一定に制御する。ＤＣ電圧の値は、そのまま感光体ドラム１の表面上の帯電電位Ｖｄの電位になるため、現像性能の観点から決定し、ＡＣ電流値は、感光層を十分に帯電でき、帯電不良に起因した画像弊害が発生しない値に決定した。ＡＣ電流値が小さすぎると、感光層表面が均一に帯電されずに電位ムラが生じ、砂地と呼ばれるこの電位ムラに応じたトナー像のムラが発生する。
【００４２】
本実施形態の構成において、電流値１０００μAに制御した場合、温度２３℃、湿度５０％の環境下において、ＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは１．３ｋＶであった。
【００４３】
（帯電周波数の決定）
次に帯電周波数ｆの決定について説明する。
【００４４】
帯電周波数ｆは、総プリント枚数Ｎに応じて変化させ、１．３６ｋＨｚ〜１．６ｋＨｚの範囲で帯電音と消費電力を鑑みて決定する。
【００４５】
本実施形態において、カートリッジ使用開始時には、帯電周波数ｆは１．６ｋＨｚに設定する。
【００４６】
図３は、帯電ローラ２と感光体ドラム１の等価回路を示す図である。
【００４７】
同図に示すように、帯電ローラ２と感光体ドラム１の等価回路は、帯電ローラ２の抵抗Ｒｃと感光体ドラム１の静電容量Ｃｄ（静電容量成分）との直列回路（電気回路）と考えることができる。そして、この直列回路に帯電バイアス電源２００が接続されている場合には、直列電源ＥＤＣと交流電源ＥＡＣが接続されていると考えることができる。
【００４８】
この等価回路において、抵抗Ｒｃは、１．０×１０６Ω程度であり、静電容量Ｃｄは、ＡＣ電圧をかけたときに流れるＡＣ電流の値から計測可能であり、感光体ドラム１の膜厚が１０〜１５μｍの時、静電容量Ｃｄ＝１８００〜２７００ｐＦ程度である。また、帯電周波数ｆが１．３６〜１．６ｋＨｚ程度である。これらのことから、Ｒ≫１／（２πｆＣ）であるため、静電負荷Ｚ(インピーダンス）≒１／（２πｆＣ）とみなせる。よって消費電力Ｗ（Ｗ／ｈ）は以下の式（１）で表わされる。
【００４９】
Ｗ＝Ｉ×Ｖ＝Ｉ２／（２πｆＣ）
＝Ｉ２／（２πｆＣ）＝ｄ×Ｉ２／（２πｆεＳ）…式（１）
ここで、ＩはＡＣ電流、ＶはＡＣピーク間電圧、ｆはＡＣ周波数、Ｃは静電容量、εは感光層の誘電率、Ｓは帯電ローラ２と感光体ドラム１の感光層との接触面積、ｄは感光層の膜厚である。
【００５０】
式（１）より、電流値Ｉが一定である場合、消費電力Ｗは、帯電周波数ｆに反比例することが分かる。つまり帯電周波数ｆが大きいほど、低消費電力にできる。
【００５１】
図４は、帯電周波数ｆと帯電音との関係を示すグラフである。帯電音の測定は、小野測器社製の高機能型騒音計ＬＡ５５６０を用い、ラウドネス測定を行った。ラウドネス（sone）は音の大きさを表す値である。従来の音圧（dB）では、人が耳で聞く音の大きさに対しての相関が取れなかったのに対し、ラウドネス測定では、耳で聞く音の大きさが１/２になると、ラウドネスの値も１/２になるという相関がある。このため、人が感じる騒音としての帯電音を評価する上では、適切な測定方法である。
【００５２】
また、測定は画像形成装置１００の印字中に画像形成装置１００の正面、後方、両側面の４方位それぞれ水平方向に１ｍ離れた場所における帯電周波数ｆの２倍の周波数のラウドネス（ｓｏｎｅ）の値を測定した。
【００５３】
図４に示すように、帯電音は帯電周波数ｆを小さくするほど低くなる。１．６ｋＨｚ以下で通常のオフィス環境下では、帯電音は聞こえなくなった。帯電周波数が１．６ｋＨｚときのラウドネスが３０ｓｏｎｅであった。
【００５４】
このことから、プロセスカートリッジＰの使用開始時の帯電周波数ｆは、帯電音が問題無く、消費電力が最も低くなる周波数としてｆ＝１．６ｋＨｚに設定した。また、この時の帯電ローラ２による帯電の消費電力はＷ＝ＩＶなので、１．３Ｗ／ｈである。
【００５５】
本実施形態では、総プリント枚数Ｎが増え、感光体ドラム１の感光層の膜厚が減っていくにつれて、帯電周波数ｆを低下させる。
【００５６】
図５は、総プリント枚数Ｎと感光層膜厚との関係を示すグラフである。
【００５７】
同図に示すように、総プリント枚数Ｎが増えるにつれて、感光層膜厚が減っていくことが分かる。感光層の膜厚は、プロセスカートリッジＰの使用前は１５μｍであり、製品寿命である６０００枚印字後は、クリーニングブレード４により削られ１０μｍとなる。
【００５８】
図６は、感光層の膜厚が１０μｍ、１２．５μｍ、１５μｍの場合のラウドネスの周波数依存性を示すグラフである。
【００５９】
同図に示すように、帯電周波数ｆが小さくなるにつれて、ラウドネスも小さくなり、また、膜厚が減ると帯電音が大きくなることがわかる。
【００６０】
図７は、図６のグラフより、各膜厚において、ラウドネスが３０ｓｏｎｅ以下になる周波数ｆ３０を求めたグラフである。
【００６１】
図８は、図７のグラフと、図５に示した総プリント枚数Ｎと感光層膜厚との関係から、ラウドネスが３０ｓｏｎｅ以下になる周波数ｆ３０と総プリント枚数Ｎの関係を示したグラフである。
【００６２】
図８のグラフの近似式は、
ｆ３０＝０．０４×Ｎ＋１．６…式（２）
であり、式（２）で、ラウドネスが３０ｓｏｎｅ以下になる周波数ｆ３０と総プリント枚数Ｎの関係が示される。
【００６３】
本実施形態では、式（２）に従い、総プリント枚数Ｎに応じて、帯電周波数ｆを制御することで、帯電音が総プリント枚数Ｎが増えるにつれて、帯電音が悪化することを防止することができる。つまり総プリント枚数Ｎが増えて感光層膜厚が薄くなるほど、帯電周波数ｆを小さくすることで、帯電音が大きくなるのを抑制する。
【００６４】
次に、消費電力Ｗと帯電周波数ｆとの関係について説明する。
【００６５】
図９は、本実施形態における、膜厚が変化しない場合の帯電周波数ｆと消費電力Ｗとの関係を示すグラフである。
【００６６】
帯電ＡＣ出力部２０５が定電流制御し、感光体ドラム１の感光層の膜厚が変化しない場合には、同図に示すように帯電周波数ｆが小さくなるにつれて大きくなる。これは、式（１）からも理解される。
【００６７】
すなわち、帯電音に関しては、帯電周波数ｆを小さくすることで悪化することを防止しているが、前述したように消費電力に関しては、膜厚が変化しない場合には帯電周波数ｆが小さくなるにつれて大きくなる。
【００６８】
次に、感光層の膜厚ｄが変化する場合、すなわち、総プリント枚数Ｎが増えるにつれ、感光層の膜厚が小さくなり、式（２）に従って帯電周波数ｆを制御した場合の消費電力について考える。
【００６９】
消費電力Ｗは、式（１）より、感光層の膜厚ｄと帯電周波数ｆの関数と考えられ、膜厚
ｄに比例し、帯電周波数ｆに反比例する。
【００７０】
図１０は、総プリント枚数Ｎが増えるにつれ、感光層の膜厚が小さくなる場合に、式（２）に従い帯電周波数ｆを制御した場合における消費電力Ｗの総プリント枚数Ｎに対する変化を示すグラフである。このグラフを求める際に、総プリント枚数Ｎと感光層膜厚との関係は、図５に示した関係を用いている。
【００７１】
消費電力Ｗは総プリント枚数Ｎが増えるにつれて減っていき、式（２）に従い、帯電周波数ｆを制御しても、帯電ローラ２による帯電で消費する電力は増加せず、帯電音も通常のオフィス環境下では聞こえないレベルを保つことができることが分かる。すなわち、感光層の膜厚ｄの減少によって消費電力Ｗが低下した低下量（ΔＷ１）よりも、帯電周波数ｆを低下させることで消費電力が増加する増加量（ΔＷ２）を小さくする。このことにより総プリント枚数Ｎが増えるにしたがって消費電力Ｗが減少するように制御することが可能である。
例えば、帯電周波数をｆにした状態でΔｎ枚の画像を形成し、その後、帯電周波数をｆから（ｆ−Δｆ）に変更したとする。
帯電周波数がｆの状態でΔｎ枚の印刷することで膜厚がΔｄ減少し、帯電周波数ｆとした最初の画像形成から最後の画像形成までの間に、帯電バイアス電源２００が消費する消費電力がＷから（Ｗ−ΔＷ１）に変化したとする。また帯電音を抑えるために、帯電周波数を（ｆ−Δｆ）とした際、帯電周波数をΔｆ低下させることで消費電力がΔＷ２増加したとする。
このとき増加量ΔＷ２が、膜厚減少による低下量ΔＷ１よりも小さくなるようにあらかじめΔｆを設定しておけばよい。周波数変更後の消費電力（Ｗ−ΔＷ１＋ΔＷ２）は、最初の消費電力Ｗよりも小さい値となる。
つまりΔＷ２＜ΔＷ１であれば、
Ｗ−ΔＷ１＋ΔＷ２＜Ｗ
であり周波数を低下させることによる消費電力の増加を抑えられる。
【００７２】
この場合は、初期状態の消費電力Ｗを、所定の消費電力として設定しておき、この消費電力Ｗを超えないように帯電電圧を制御するよう設定する。なお、所定の消費電力として設定する値は、初期状態の消費電力Ｗの値でなくてもよい。画像形成装置に求められる省エネ性に応じて適当な値を設定すればよい。
【００７３】
以上、本実施形態の構成を用いることで、均一な帯電性を維持し、かつ、プロセスカートリッジＰの使用開始時の消費電力を超えることなく、帯電音を低減することができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、総プリント枚数Ｎと帯電周波数ｆとの関係を決定する際に式（２）を用いたが、帯電音を鑑み、総プリント枚数Ｎと帯電周波数ｆとの関係を決定する式であれば、これに限るものではない。
【００７５】
また、本実施形態では、総プリント枚数Ｎに応じて所定のラウドネス以下となるように帯電周波数ｆを制御する構成であったが、帯電音と消費電力を鑑み、感光層の膜厚に応じて、帯電周波数を変化させる構成であれば、これに限るものではない。
【００７６】
本実施形態では、不揮発性のメモリを画像形成装置１００の装置本体Ｍ内に備えていたが、プロセスカートリッジＰの総プリント枚数をエンジンコントローラ２０３に伝達できればよく、例えば、プロセスカートリッジＰに備えても良い。
【００７７】
以上説明したように、記録材の総プリント枚数が増えるにつれて、感光体ドラム１の感光層の膜厚が小さくなっていくと帯電音も大きくなる。そこで、本実施形態の画像形成装置においては、感光層の膜厚が小さくなると帯電ローラ２を帯電するための交流の周波数が低くなるように制御して帯電音が所定のレベルを超えないようにしている。
【００７８】
また、感光層の膜厚ｄの減少に度合いに対して帯電周波数ｆの減少の度合いを適切に設定することにより、帯電の消費電力を初期状態から減少させることができる。そして、初期状態に所定の消費電力より小さくしておくことで、以降、この所定の消費電力を超えないように制御することができる。
【００７９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、基本的には、第１実施形態と同様の構成を採用しており、重複する説明は省略する。以下、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００８０】
本実施形態では、モアレを考慮し、第１実施形態に比べ、帯電ローラ２の表面の粗さＲｚｊｉｓ＝２０μｍとしたことを特徴としている。帯電ローラ２の表面層に粗し剤として２０μｍの球形の樹脂粒子を表面層バインダーに対する微粒子の入れ目量が５０ｗｔ％になるように加えた。
【００８１】
モアレは、感光体ドラム１に対する走査露光の画像周波数と、上述のＡＣ電圧の周期で発生する帯電ムラの空間周波数が近接した場合に両者の干渉により画像上でうなりを生じ、画像濃度のモアレパターンとして観測される。第１実施形態の構成のように、帯電ローラ２の表面に凹凸を設けない場合には、放電ニップの最下流のラインが直線になり、ＡＣ成分に基づく感光体層の表面の帯電ムラも直線になる。このため、横線の画像周波数と帯電ムラの空間周波数が近づいたときに干渉をおこしやすくなり、モアレが顕著に発生する。
【００８２】
本実施形態では、帯電ローラ２の表面に凹凸を設けることで、放電ニップの最下流のラインが直線にならず、モアレの発生を抑えることができる。
【００８３】
第１実施形態に示した画像形成装置で、帯電周波数ｆが１．３６ｋＨｚとなるプリント枚数６０００枚時に、解像度６００ｄｐiで横線画像を印字したところ、１．１ｍｍ程度の周期でモアレが発生した。この横線画像は、記録材９の搬送方向に垂直の横線の繰り返し画像であり、印字される黒のラインが１ドット分、印字されない白のラインが３ドット分の４ドット周期の横線の画像である。
【００８４】
このモアレが生じたのは、以下のように考えることができる。画像解像度が６００ｄｐiであり、感光体ドラム１の周速度が２００ｍｍ／ｓであるため４ドット周期の空間周波数は１．１８ｋＨｚとなる。この空間周波数は、帯電の周期１．３６ｋＨｚとの差が０．１８ｋＨｚと近接しているため、この周期でモアレが発生し、画像上で０．１８ｋＨｚに対応する１．１ｍｍ程度の周期でモアレ画像が確認されたと考えられる。
【００８５】
本実施形態において、同様に帯電周波数ｆが１．３６ｋＨｚとなるプリント枚数６０００枚時に、前述の横線画像を印字したところ、モアレは発生しなかった。このことから、本実施形態では、モアレの発生を抑制でき、さらに、帯電周波数ｆを制御することで帯電音を小さくし、消費電力を低く抑えるようにすることが可能である。
【００８６】
本実施形態では、帯電ローラ２の表面の粗さＲｚｊｉｓ＝２０μｍとしたが、モアレが抑制できれば、この限りではない。発明者等が実験した結果、Ｒｚｊｉｓ≧１０μｍであれば、モアレ抑制の効果が得られることが判明した。
【００８７】
なお、本実施形態では、帯電ローラ２の表面層に球形の樹脂粒子を入れることで、帯電ローラ２の表面に凹凸形状を形成したが、凹凸形状が形成できれば、この限りではなく、例えば不定形粒子を用いても良い。さらに、帯電ローラ２の少なくとも表面部分を発泡させ、発泡することにより凹凸形状を形成するようにしても良い。
【００８８】
また、本実施形態の帯電ローラ２は、弾性層と表層を持つ帯電ローラを用いたが、感光体ドラム１の表面が均一に帯電できれば、この限りではなく、弾性層のみでも構わない。またこの場合の表面の凹凸形状の形成方法は、弾性層に樹脂粒子を入れる方法でも、弾性層の少なくとも表面を発泡させる方法でも構わない。
【００８９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、基本的には、第１実施形態と同様の構成を採用しており、重複する説明は省略する。以下、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００９０】
図１１は、本実施形態の画像形成装置の帯電バイアス電源２００ａの構成を示すブロック図である。
【００９１】
第１実施形態では、総プリント枚数Ｎと膜厚ｄとの間の相関をあらかじめデータ化しておくことで、総プリント枚数Ｎから感光層の膜厚ｄを推測した。
【００９２】
本実施形態では、負荷検知回路２０７ａは、第１実施形態の負荷検知回路２０７と同様にプロセスカートリッジＰの感光体ドラム１と帯電ローラ２との負荷を検出して帯電ＡＣ出力部２０５の出力電圧を制御してＡＣ電流が定電流となるように制御している。さらに、負荷検知回路２０７ａは、検出した負荷容量から、感光体ドラム１の感光層の膜厚を推測し、この値から帯電周波数ｆを決定する。
【００９３】
負荷容量と膜厚ｄの関係について説明する。前述したように、Ｒ≫１／（２πｆＣ）であるため、静電負荷Ｚ≒１／（２πｆＣ）とみなせる。ＡＣピーク間電圧ＶとＡＣ電流値Ｉとの関係は、Ｃを静電容量、εを感光層の誘電率、Ｓを帯電ローラと感光層との接触面積とすると、
Ｖ＝ＺＩ（Ｚ＝１／（２πｆＣ）＝ｄ／（２πｆεＳ ））…式（３）
で表わせる。
【００９４】
負荷検知回路２０７ａは、あるピーク間電圧Ｖ、帯電周波数ｆのＡＣ電圧をかけたときの電流値Ｉを測定することにより静電負荷Ｚを検知する。静電負荷Ｚは膜厚ｄに依存するので、あらかじめ静電負荷Ｚと膜厚ｄとの関係をとっておくことで、実際にユーザが使用している最中に静電負荷Ｚを測定する。そして、エンジンコントローラ２０３ａは、静電負荷Ｚから膜厚ｄを推測し、膜厚ｄから第１実施形態と同様に最適な帯電周波数ｆに決定する。
【００９５】
本実施形態の構成にすることで、その時々で実際に測定する負荷容量の値から帯電周波数ｆを決定することができるために、総プリント枚数Ｎを記憶するための不揮発性メモリを搭載する必要がなく、コストダウンが図れる。
【００９６】
本実施形態では、感光層の膜厚ｄを推測する方法として、静電負荷を検知したが、感光層の膜厚ｄが分かれば、この限りではなく、例えば渦電流の誘導電位変化を利用して膜厚を測定するようにしても良い。
【００９７】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、基本的には、第１実施形態と同様の構成を採用しており、重複する説明は省略する。以下、第１実施形態と異なる構成について説明する。
【００９８】
本実施形態では、第１実施形態と同様の画像形成装置１００の装置本体Ｍに装着可能なプロセスカートリッジで、製品寿命が３０００枚のプロセスカートリッジと、第１実施形態で説明した製品寿命が６０００枚のプロセスカートリッジとを使用する。以下、製品寿命が６０００枚のプロセスカートリッジをＬカートリッジ、製品寿命が３０００枚のプロセスカートリッジをＳカートリッジと呼ぶ。Ｓカートリッジは、Ｌカートリッジに対して、トナーの入れ目量が半分であり、カートリッジ使用前の感光層の膜厚が１２．５μｍである。Ｌカートリッジ及びＳカートリッジは複数種類のプロセスカートリッジを構成する。
【００９９】
さらに、カートリッジＬ及びカートリッジＳには、ＬカートリッジかＳカートリッジかを識別できる情報が記憶された不揮発性メモリ（情報保持手段）を具備している。
【０１００】
この情報により、これらカートリッジの初期状態の膜厚の違いが判別可能となっている。そして、これらのカートリッジが装置本体Ｍに装着された場合に、情報読取手段によりこの情報を読取るようになっている。
【０１０１】
Ｓカートリッジが画像形成装置１００の装置本体Ｍに挿入された場合、Ｌカートリッジの場合の帯電周波数ｆとは異なる制御を実行する。
【０１０２】
次に、Ｓカートリッジの帯電周波数ｆの制御について説明する。Ｓカートリッジは感光層の膜厚が１２．５μｍであるので、図５より、Ｌカートリッジにおいて３０００枚プリントした状態と同じであると考えられる。このことから、Ｌカートリッジは式（２）に従い帯電周波数ｆを制御したが、本実施形態では、
ｆ３０＝０．０４×（Ｎ＋３０００）＋１．６…式（４）
に従い、帯電周波数ｆを制御する。
【０１０３】
本実施形態の構成を用いることで、同じ装置本体Ｍに装着でき、製品寿命が異なる複数種類のプロセスカートリッジを用いた場合でも、帯電周波数ｆを帯電音と消費電力に最適な値に制御できる。
【０１０４】
本実施形態では、ＬカートリッジとＳカートリッジでの初期状態の膜厚の違いを不揮発性メモリに記憶させることで行ったが、膜厚の違いを検知できればこの限りではない。例えば、第３実施形態に記載したように、静電負荷を検知して膜厚を測定し、ＬカートリッジとＳカートリッジとでの膜厚の違いに応じて異なる帯電周波数の制御を実行するようにしても良い。
【０１０５】
なお、画像形成装置１００の装置本体Ｍと複数種類のプロセスカートリッジは、画像形成システムを形成する。
【符号の説明】
【０１０６】
１…感光体ドラム
２…帯電ローラ
７…トナー
９…記録材
１００…画像形成装置
２００、２００ａ…帯電バイアス電源
２０１…帯電ＤＣ出力部
２０２…ＤＣトランス
２０３、２０３ａ…エンジンコントローラ
２０４…不揮発性メモリ
２０５…帯電ＡＣ出力部
２０６…ＡＣトランス
２０７、２０７ａ…負荷検知回路
Ｍ…装置本体
Ｐ…プロセスカートリッジ
【図１】
2015200761.tif 000003
【図２】
2015200761.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015200761.tif 000006
【図５】
2015200761.tif 000007
【図６】
2015200761.tif 000008
【図７】
2015200761.tif 000009
【図８】
2015200761.tif 000010
【図９】
2015200761.tif 000011
【図１０】
2015200761.tif 000012
【図１１】
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