(57)【要約】【課題】被帯電部材、帯電部材の機器故障を含む劣化状況を正確に判断可能とすること。【解決手段】帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、交流電圧の電圧波形検出手段と、交流電流の電流波形検出手段と、これらからの情報を入力して交流電圧と交流電流の位相差を決定し、測定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態決定手段を備える。位相差の測定は、信号波形の中点レベルを示す時点をそれぞれの波形検出回路から出力される信号から導出し、前記導出したそれぞれの時点間の間隔に基づいて交流電圧と交流電流の位相差を決定する。また、信号波形の中点レベルを示す時点は、波形検出回路から出力される中点レベルの近傍を示す時点とその信号値から導出する。【選択図】　　　　図１１
2004102079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、
前記帯電部材に印加される交流電圧の信号波形を検知する交流電圧波形検出手段と、
前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出手段と、
前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段から情報を入力し、交流電流と交流電圧の位相差を決定し、決定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態決定手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記負荷状態決定手段は、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電流波形検出手段から出力される信号から導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電圧波形検出手段から出力される信号から導出し、前記導出したそれぞれの情報に基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定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】
前記負荷状態決定手段は、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電流波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電圧波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から導出し、前記導出したそれぞれの情報に基づいて、前記交流電流と交流電圧の位相差を決定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４】
前記負荷状態決定手段は、前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段から信号を入力し、前記交流電圧波形検出手段からの情報に基づいて、前記交流電圧波形検出手段からの情報を複数の時間区分に分割し、分割した時間区分毎に前記情報を積分し、それぞれの積分結果を比較することにより、交流電流と交流電圧の位相差を決定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５】
前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段と、
前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段および前記負荷状態決定手段を動作させて前記被帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を指示する信号を出力する前に、前記電圧設定手段を制御して、前記高圧電源に放電電流が流れない非放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、
前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段と、
前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出手段と、
前記交流電流の信号波形を構成するそれぞれのポイントが時間的に前後するポイントよりも高い値となるピーク・レベルを示すポイントを指示するデータを、前記交流電流波形検出手段から出力される信号から導出し、導出された信号間隔に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態決定手段と、
前記交流電圧検出手段および前記負荷状態決定手段を動作させて前記被帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を指示する信号を出力する際に、前記電圧設定手段を制御して、前記高圧電源に所定の放電電流が流れる放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定する制御手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
前記負荷状態決定手段において、入力する信号を演算処理して、前記高圧電源の負荷の状態を決定するための信号を生成する素子をＤＳＰとしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記被帯電部材は電子写真装置の感光ドラムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記帯電部材として、被帯電部材に当接させたローラ帯電部材を用いたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置の制御方法において、
前記帯電部材に印加される交流電圧の信号波形を検知する交流電圧波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換する第１のステップと、
前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換する第２のステップと、
前記第２および第１のステップからのデータを入力し、交流電流と交流電圧の位相差を決定する位相差決定ステップと、
前記位相差決定ステップで決定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定する負荷状態決定ステップと、
前記負荷状態決定ステップで決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態出力ステップと
を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項１１】
前記位相差決定ステップは、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を前記第２ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記導出したそれぞれのデータに基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法。
【請求項１２】
前記位相差決定ステップは、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点あるいはその近傍を示す時点を前記第２ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルあるいはその近傍を示す時点を前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記導出したそれぞれのデータに基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法。
【請求項１３】
前記位相差決定ステップは、前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータに基づいて、前記第２ステップでＡ／Ｄ変換したデータを複数の時間区分に分割し、分割した時間区分毎に前記データを積分し、それぞれの積分結果を比較することにより、前記交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法。
【請求項１４】
前記画像形成装置は前記前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定部をさらに備え、前記第１と第２のステップを実行するまえに、前記電圧設定部を制御して、前記高圧電源に放電電流が流れない非放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手部を設定するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の画像形成装置の制御方法。
【請求項１５】
被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源、当該高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定部を備えた電子写真方式の画像形成装置の制御方法において、
前記電圧設定部を制御して、前記高圧電源に所定の放電電流が流れる放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定するステップと、
前記ステップを受けて、前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換ステップと、
前記交流電流の信号波形を構成するそれぞれのポイントが時間的に前後するピントよりも高い値となるピーク・レベルを示す複数のポイントを指示するデータを、前記Ａ／Ｄ変換ステップの出力データから導出し、当該導出された複数のデータから交流電流と交流電流の位相差を決定する位相差決定ステップと、
前記位相差決定ステップで決定した位相差を指示するデータに基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定する負荷状態決定ステップと、
前記負荷状態決定ステップで決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態出力ステップと
を備えることを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置およびその制御方法に関し、より詳細には、電子写真プロセスにおける被帯電部材および帯電部材の劣化状況（寿命）及び故障を正確に検出する画像形成装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真装置は周知のように感光体表面を所定の電位に均一帯電処理する工程を含んでおり、その帯電手段の一つとして感光体表面にローラ帯電部材（以下帯電ローラと記す）を当接し、この帯電ローラに直流高圧に正弦波交流高圧を重畳させた電圧を印加する方法がある。この際、安定した帯電を得るためには放電電流量を所定値以上にすると良いことが経験的に判っている。
【０００３】
図１０は、帯電ローラに印加する交流高圧の電圧と電流の波形を示した図である。正弦波交流高圧（Ｖｏ）を帯電ローラに印加すると、この交流高圧（Ｖｏ）と同位相の電流、すなわち、帯電ローラと感光ドラム間の抵抗性負荷に流れる抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）と、交流高圧（Ｖｏ）より９０°位相が進んだ電流、すなわち、帯電ローラと感光ドラム間の容量性負荷に流れる容量負荷電流（Ｉｚｃ）と、交流高圧（Ｖｏ）の電圧振幅ピーク時にパルス的に流れる電流、すなわち、帯電ローラと感光ドラム間の放電電流（Ｉｓ）が流れ、トータルするとＩｏで示した波形の電流が流れる。Ｉｍは帯電ローラから高圧電源に引き込まれる交流電流を検出した場合の検出電流波形である。
【０００４】
また、図１４は、帯電ローラに印加する出力電圧の振幅と出力電流の関係を示した図である。図において右上がりの実線が両者の関係を示し、右上がりの点線は、放電電流を含めない場合の両者の関係を示している。図に示すように、出力電圧の振幅を徐々に上げてゆくと、一定電圧振幅以下では電圧振幅と出力電流はほぼ比例関係にある。これは抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）と容量負荷電流（Ｉｚｃ）は電圧振幅に比例し、かつ電圧振幅が小さいために放電現象が発生せず、放電電流（Ｉｓ）が流れないためである。さらに出力電圧振幅を大きくしてゆくと所定電圧振幅（Ｖｓ）で放電現象が始まり、トータル出力電流（Ｉｏ）も比例関係から外れ、放電電流（Ｉｓ）分だけ多く流れるようになる。
【０００５】
従来はピーク電流を一定とする制御を行うことで、放電電流量を一定にして安定した感光体電位を得られるよう制御を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１５は、従来例の高圧電源の制御回路を示す図である。図１５に基づいて従来例の制御回路を説明する。図中、符号６９は感光ドラム、符号６８は帯電ローラである。プリンタ制御部２０４にあるＣＰＵ２０５からのクロック・パルスを、プルアップ抵抗２０６、ベース抵抗２０７を介して高圧電源部２０３のトランジスタ２０８が受けて、負荷抵抗２０９を有するトランジスタ２０８がスイッチング動作する。このトランジスタの負荷側には、接続されている後述するオペ・アンプ２１１の出力がダイオード２１０を介して接続されており、このオペ・アンプの出力に応じた振幅のクロック・パルスを、トランジスタ２０８の出力部に発生する。この振幅が大きいと後述する高圧トランス２１２に入力される正弦波の駆動電圧振幅も大きくなり、結果として交流電圧振幅も大きくなる。
【０００７】
このクロック・パルスは抵抗２１３〜２２３と、コンデンサ２２４〜２２９と、オペ・アンプ２３０〜２３１によって構成される４次のバタワース・フィルタと１次のハイパス・フィルタからなるフィルタ回路２３２に入力され、該フィルタ回路２３２からは＋１２Ｖを中心とした正弦波が出力される。そしてこの出力は、抵抗２３３〜２３８と、コンデンサ２３９、トランジスタ２４０〜２４２、ツェナー・ダイオード２４３によって構成されるプッシュプルの高圧トランス・ドライブ回路２４４を介して高圧トランス２１２の一次巻線に入力され、二次巻線側に正弦波の交流高圧を発生させる。
【０００８】
また、高圧トランス二次側の一方は抵抗２４５を介して直流高圧発生回路に接続されていることにより、直流高圧に交流高圧が重畳された高圧が出力保護抵抗２４７を介して帯電ローラ２０２に給電されている。ここで、抵抗２４５は、帯電ローラ２０２に流れ込む直流高圧発生回路２４６からの電流で、交流電流を検出するためのものであり、抵抗２４５の両端には、上述した交流電流に比例した交流電圧が生じるが、直流高圧発生回路２４６の出力インピーダンスは抵抗２４５に較べて無視し得る程度の大きさであり、したがって、直流高圧発生回路２４６に接続されていない抵抗２４６の端子部分に、実質的に上述した交流電流に比例した交流電圧が重畳されていることになる。
【０００９】
ピーク電流検出回路２４８には、高圧コンデンサ２４９を介して、上述した交流電流に比例した交流電圧が重畳されている抵抗２４６の端子に現れる信号を入力している。この高圧コンデンサ２４９は直流電流を分離するためであり、この高圧コンデンサ２４９にさらに直列に電流モニタ用の抵抗２５０を接続することにより、この抵抗２５０の両端に、帯電ローラ２０２から高圧電源部へ引き込まれる交流電流成分に比例する電圧、すなわち、検出電圧を生じさせている。この検出電圧のピーク電圧をダイオード２５１とコンデンサ２５２でホールドすることによりピーク電流値を検出する。抵抗２５３はコンデンサ２５２の放電抵抗である。また、ダイオード２５４は電流吐き出し時の保護用である。そして帯電ローラ２０２から引き込まれる電流値を所定の値に制御するために、ピーク電流検出回路２４８の出力をオペ・アンプ２１１の−端子と抵抗２５５、２５６からなる基準電圧をオペ・アンプ２１１の＋端子に入力し、オペ・アンプ２１１の出力端子をダイオード２１０を介してトランジスタのエミッタに接続することにより、前述したフィルタ回路に入力されるクロック・パルスの振幅を制御している。
【００１０】
上述した例は、検出したピーク電流値で、ダイレクトにクロック・パルスの振幅を制御しているが、帯電バイアス印加手段から出力される交流電流の瞬時値を検出する瞬時電流検出手段と、交流電流の半波電流の平均値を検出する平均電流検出手段との出力をＣＰＵのＡ／Ｄポートに入力してソフト処理し、その結果をＤ／Ａポートから出力する信号によって、前述したフィルタ回路に入力されるクロック・パルスの振幅を制御しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
また、ピクセルカウント数と帯電時間の組み合わせで帯電ローラ、感光ドラムのインピーダンスの変化を擬似的に検出して、検出結果に応じて、最終的に帯電バイアス印加手段から出力される交流電流の設定値を変化させることも行われている（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
また、長期にわたり高画質、高品質を安定して維持させること等を目的として、画像形成装置の前回転時、画像形成時、紙間時等において、帯電部材２に対して放電領域・未放電領域のピーク間電圧を印加することで電圧と電流の関係を測定し、その測定値から画像形成時に帯電手段２に印加するピーク間電圧をそのつど補正し印加することも行われている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
また、感光ドラムの劣化となる感光ドラム表面の削れ量は放電電流量に比例して多くなるため、結果として従来の画像形成装置では、積算画像形成枚数が多くなるにしたがって、感光ドラムの削れてゆくスピードが加速的に増してゆく状況に対処するため、印加される交流電圧に同期した固定位相で像担持体１と帯電部材２との間を流れる電流を検出し、予め設定される所定の電流値との差分を演算すると共に、この差分が所定の値となるように交流電源の出力を制御することにより、放電電流量の変動を抑えるようにすることも行われている（例えば、特許文献５参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−２７２６３４号公報
【００１５】
【特許文献２】
特開２００１−３１２１２３号公報
【００１６】
【特許文献３】
特開２００２−２０７３５１号公報
【００１７】
【特許文献４】
特開２００２−２０１９２０号公報
【００１８】
【特許文献５】
特開２００２−０７２６３３号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、帯電ローラの特性バラツキ、一定期間使用後の特性劣化、トナーによる帯電ローラ汚れ、感光ドラムの特性バラツキ、及び特性劣化により、及び負荷故障時には負荷電流を一定にする様制御を実行しているために高圧帯電ＡＣバイアスを大幅に変更してしまい、高精度での故障検知は難しかった。さらに印刷画像を一定保つために感光ドラムを交換する必要が生じた場合においても適切な時期での情報の告知が難しい状況であり、そのために、帯電ローラ及び感光ドラム寿命を短めに設定する方法がとられていた。
【００２０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高圧帯電ＡＣバイアスの負荷としての被帯電部材、被帯電部材表面に具備された帯電ローラ等に代表される帯電部材の機器故障を含む劣化状況を正確に判断可能とする画像形成装置およびその制御方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、前記帯電部材に印加される交流電圧の信号波形を検知する交流電圧波形検出手段と、前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出手段と、前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段から情報を入力し、交流電流と交流電圧の位相差を決定し、決定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態決定手段とを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記負荷状態決定手段は、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電流波形検出手段から出力される信号から導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電圧波形検出手段から出力される信号から導出し、前記導出したそれぞれの情報に基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記負荷状態決定手段は、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電流波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を前記交流電圧波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から導出し、前記導出したそれぞれの情報に基づいて、前記交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記負荷状態決定手段は、前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段から信号を入力し、前記交流電圧波形検出手段からの情報に基づいて、前記交流電圧波形検出手段からの情報を複数の時間区分に分割し、分割した時間区分毎に前記情報を積分し、それぞれの積分結果を比較することにより、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とするものである。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段と、前記交流電流波形検出手段と前記交流電圧波形検出手段および前記負荷状態決定手段を動作させて前記被帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を指示する信号を出力する前に、前記電圧設定手段を制御して、前記高圧電源に放電電流が流れない非放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定する制御手段とをさらに備えることを特徴とするものである。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明は、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段と、前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出手段と、前記交流電流の信号波形を構成するそれぞれのポイントが時間的に前後するポイントよりも高い値となるピーク・レベルを示すポイントを指示するデータを、前記交流電流波形検出手段から出力される信号から導出し、導出された信号間隔に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態決定手段と、前記交流電圧検出手段および前記負荷状態決定手段を動作させて前記被帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を指示する信号を出力する際に、前記電圧設定手段を制御して、前記高圧電源に所定の放電電流が流れる放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定する制御手段とをさらに備えることを特徴とするものである。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記負荷状態決定手段において、入力する信号を演算処理して、前記高圧電源の負荷の状態を決定するための信号を生成する素子をＤＳＰとしたことを特徴とするものである。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の画像形成装であって、前記被帯電部材は電子写真装置の感光ドラムであることを特徴とするものである。
【００２９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置であって、前記帯電部材として、被帯電部材に当接させたローラ帯電部材を用いたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明は、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置の制御方法において、前記帯電部材に印加される交流電圧の信号波形を検知する交流電圧波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換する第１のステップと、前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換する第２のステップと、前記第２および第１のステップからのデータを入力し、交流電流と交流電圧の位相差を決定する位相差決定ステップと、前記位相差決定ステップで決定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定する負荷状態決定ステップと、前記負荷状態決定ステップで決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態出力ステップとを備えることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法であって、前記位相差決定ステップは、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を前記第２ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記導出したそれぞれのデータに基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法であって、前記位相差決定ステップは、前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点あるいはその近傍を示す時点を前記第２ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記交流電圧の信号波形の中点レベルあるいはその近傍を示す時点を前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータから導出し、前記導出したそれぞれのデータに基づいて、交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０に記載の画像形成装置の制御方法であって、前記位相差決定ステップは、前記第１ステップでＡ／Ｄ変換されたデータに基づいて、前記第２ステップでＡ／Ｄ変換したデータを複数の時間区分に分割し、分割した時間区分毎に前記データを積分し、それぞれの積分結果を比較することにより、前記交流電流と交流電圧の位相差を決定することを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の画像形成装置の制御方法であって、前記画像形成装置は前記前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定部をさらに備え、前記第１と第２のステップを実行するまえに、前記電圧設定部を制御して、前記高圧電源に放電電流が流れない非放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手部を設定するステップをさらに備えることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項１５に記載の発明は、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源、当該高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定部を備えた電子写真方式の画像形成装置の制御方法において、前記電圧設定部を制御して、前記高圧電源に所定の放電電流が流れる放電領域内の電圧値となるように前記電圧設定手段を設定するステップと、前記ステップを受けて、前記交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知する交流電流波形検出部からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換ステップと、前記交流電流の信号波形を構成するそれぞれのポイントが時間的に前後するピントよりも高い値となるピーク・レベルを示す複数のポイントを指示するデータを、前記Ａ／Ｄ変換ステップの出力データから導出し、当該導出された複数のデータから交流電流と交流電流の位相差を決定する位相差決定ステップと、前記位相差決定ステップで決定した位相差を指示するデータに基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定する負荷状態決定ステップと、前記負荷状態決定ステップで決定した負荷の状態を指示する信号を出力する負荷状態出力ステップとを備えることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のレーザ・ビーム・プリンタ１００の構成図である。レーザ・プリンタ１００は記録紙Ｐを、収納するデッキ１０１を有し、デッキ１０１内の記録紙Ｐの有無を検知するデッキ紙有無センサ１０２、デッキ１０１内の記録紙Ｐのサイズを検知する紙サイズ検知センサ１０３、デッキ１０１から記録紙Ｐを繰り出すピックアップ・ローラ１０４、前記ピックアップ・ローラ１０４によって繰り出された記録紙Ｐを搬送するデッキ給紙ローラ１０５、前記デッキ給紙ローラ１０５と対をなして記録紙Ｐの重送を防止するためのリタード・ローラ１０６が設けられている。
【００３８】
そして、デッキ給紙ローラ１０５の下流には、デッキ１０１と給紙搬送状態を検知するする給紙センサ１０７、さらに下流へと記録紙Ｐを搬送するための給紙搬送ローラ１０８、記録紙Ｐを同期搬送するレジスト・ローラ対１０９、前記レジスト・ローラ対１０９への記録紙Ｐの搬送状態を検知するレジ前センサ１１０が配設されている。また、レジスト・ローラ対の下流には、後述するレーザ・スキャナ部１１１からのレーザ光に基づいて感光ドラム６９上にトナー像を形成するプロセス・カートリッジ１１２と、感光ドラム６９上に形成されたトナー像を記録紙Ｐ上に転写するためのローラ部材１１３（以後転写ローラと記す）、記録紙Ｐ上の電荷を除去し感光ドラム６９からの分離を促進するための放電部材１１４（以後除電針と記す）が配設されている。
【００３９】
さらに、除電針１１４の下流には、搬送ガイド１１５、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のハロゲン・ヒータ１１６を備えた定着ローラ１１７と加圧ローラ１１８対、定着部からの搬送状態を検知する定着排紙センサ１１９、定着部から搬送されてきた記録紙Ｐを排紙部に搬送するための搬送フラッパ１２０が配設されており、排紙部側の下流には排紙部の紙搬送状態を検知する排紙センサ１２１、記録紙を排紙する排紙ローラ対１２２が配設されている。
【００４０】
また、前記スキャナ部１１１には、後述外部装置から送出される画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザ・ユニット１２９、レーザ・ユニット１２９からのレーザ光を感光ドラム１上に走査するためのポリゴン・ミラー１３０とスキャナ・モータ１３１、結像レンズ群１３２、及び折り返しミラー１３３により構成されている。
【００４１】
そして、前記プロセス・カートリッジ１１２は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム６９、帯電部材である帯電ローラ６８と現像ブレード１３４、トナー格納容器１３５等を具備しており、レーザ・プリンタ１００本体に対して着脱可能に構成されている。
【００４２】
また、図中の符号３は高圧電源部であり、後述する帯電高圧回路の他に、現像ブレード１３４、転写ローラ１１３、除電針１１４に所望の電圧を給電する高圧回路を有している。
【００４３】
さらに、符号１は、レーザ・プリンタ１００を制御するプリンタ制御部であり、ＲＡＭ（符号２ａ）、ＲＯＭ（符号２ｂ）、タイマ（符号２ｃ）、シリアル・コミニュケーションＳＣＩ（符号２ｄ）、デジタル入出力ポート（以下Ｉ／Ｏポートと記す）（符号２ｅ）等を具備したＭＰＵ（マイクロ・コンピュータ）２、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。
【００４４】
前記プリンタ制御部１はインターフェースを介してパーソナル・コンピュータ等の外部装置に接続されている。
【００４５】
次に、図２に示す高圧電源回路を基に説明を進める。図２は、本実施形態の高圧電源回路を示す図である。符号１は、上述したプリンタ制御部であり、画像形成装置の全ての制御を行う。制御部１と高圧電源部３とは、シリアル・クロックＳＣＫ（符号４）、デジタル入力データＤＩ（符号５）及びデジタル出力データＤｏ（符号６）の３本の信号線にて接続されており、高圧電源部３の各種制御は全てこの３本の信号線にて実行される。高圧電源部３は、デジタル・シグナル・プロセッサＤＳＰ（符号７）、ＤＣ高圧発生回路４９、高圧ＡＣトランス４７、フィルタ回路１５、ドライバ回路３５、出力交流電圧検出回路、ＰＷＭフィルタ、オペ・アンプなどにより構成されている。本説明では、帯電交流出力に限定しているものの、ＤＳＰ７での制御はこの限りでは無く、その他のバイアス制御及び、電流検出なども行っている。
【００４６】
画像形成装置１００が印刷動作を開始し、制御部１に配置されるＣＰＵ２からＳＣＩ　２ｄを介在して、高圧電源部３に帯電出力発生命令が出力されるとＤＳＰ　７にて、設定すべき電圧値、周波数、波形情報を判断して、高圧電源部３の動作を開始する。
【００４７】
ＤＳＰ　７は、まず、、ＰＷＭ２出力から、ＣＰＵ２から指示された周波数の交流出力を生成する基準となるＰＷＭ信号を発生し出力する。ＤＳＰ２から出力されたＰＷＭ信号は、３．３Ｖ電圧にプルアップされた抵抗１１及び、抵抗１２に接続される。抵抗１２のもう一方はトランジスタ１３のベースに接続される。トランジスタ１３のエミッタはグランドに接続され、トランジスタ１３のコレクタは抵抗１４に接続され、さらにバタワース４次ローパス・フィルタ部１５に入力される。フィルタ部１５は、オペ・アンプ２１、２７、抵抗１７、１８、１９、２２、２３、２５、２６、３０、３１、コンデンサ２０、２４、２８、２９、により構成され、ＰＷＭ信号を帯電ＡＣ出力波形と同様な波形に整形する。
【００４８】
本実施形態の場合には、ＤＳＰ７のＰＷＭ２から出力される信号の基本周波数は３５．２ＫＨｚであり、フィルタ部１５のカットオフ周波数は約６ｋＨｚに設定してある。ＰＷＭ２出力は、一周期を３２分割してそれぞれの時間軸でのパルス幅の設定を正弦波となるよう設定されているために、ＰＷＭ２の信号は、フィルタ部１５にてフィルタリングされ、フィルタ部１５の出力波形は正弦波となる。このフィルタ部１５にて生成される正弦波は、抵抗３３、３４にて分圧される電位を中心に振幅を与えられる。この正弦波信号をドライバ回路部３５にて電力増幅を行い、ＡＣトランス４７の一次巻線を駆動することにより、ＡＣトランス４７の二次巻線出力に正弦波高圧ＡＣ出力が現れる。ＡＣトランス４７の二次巻線の他の一方は、ＤＣ高圧発生回路４９の出力に接続されておりＤＣ高圧バイアスが乗畳され、帯電ローラ６８により感光ドラム６９を所定バイアスに帯電する。
【００４９】
高圧ＡＣ出力電圧は、コンデンサ５０を介してダイオード５１、５２、コンデンサ５３及びブリーダ抵抗５４により形成される整流回路により直流電圧とされ、さらに抵抗５５、５６及び５７によりレベル調整およびＤＣバイアスが与えられ、オペ・アンプ６６の反転入力端子に接続される。一方オペ・アンプの非反転入力端子にはＤＳＰ７のＰＷＭ１出力を抵抗６３、６４、トランジスタ６２、コンデンサ６４により構成されるローパス・フィルタにて直流電圧とされた制御電圧が印加されている。オペ・アンプ６６はこの非反転入力端子に印加されている電圧と反転入力端子に印加される電圧が同電圧になるよう、出力端子電圧を変動させる動作を行う。すなわち、ＤＳＰ７のＰＷＭ１出力電圧を適切に設定することにより、高圧ＡＣ出力電圧を正しく制御することが可能となる。
【００５０】
さらに、高圧コンデンサ５０は、コンデンサ５８、５９、抵抗６０、６１で構成される分圧回路に入力されており、この分圧回路出力はＤＳＰ７のアナログ−デジタル変換回路入力端子ＡＤＣ１に入力される。なお、高圧コンデンサにはダイオード５１が接続されているので、分圧回路に供給される信号は、その高圧ＡＣ出力交流電圧波形の下端が定常状態においてマイナスにならない様にされ、結果的には、交流電圧波形の下端がグランド・レベルとなる信号となる。分圧回路の分圧比は、抵抗６０、６１及びコンデンサ５８、５８の抵抗及び容量比で決定される。
【００５１】
ＤＳＰ７のＡＤＣ１入力のアナログ−デジタル変換周期を高圧ＡＣ周波数生成用信号ＰＷＭ２の周期の１以上の整数倍として、高圧ＡＣ出力電圧の波形サンプリング検出を行う。
【００５２】
ここでＤＳＰ７は、Ｘ’ｔａｌ８、コンデンサ９、１０により規定される周波数２０ＭＨｚにて動作している。図３は、検出した高圧ＡＣ出力電圧、検出した交流電流に比例する電圧、すなわち、図２中ＤＳＰ７のＡＤＣ１、ＡＤＣ２入力端子電圧、及びＤＳＰ７のＰＷＭ２出力波形を示す図であり、それぞれの出力波形をＤＳＰ７で取り込む（サンプリングする）様子を示す図である。本図を使用して、動作についての説明をさらに進める。
【００５３】
高圧電源制御部２が動作を開始すると、ＤＳＰ７のＰＷＭ２出力端子からは正弦波信号を生成するためのパルス信号３０１が出力される、このパルス信号は、図２中のフィルタ回路１５にて波形整形されて正弦波信号となり、トランス４７を駆動して、そのトランス出力に正弦波出力電圧を出力する。この出力電圧は前述した抵抗６０、６１及びコンデンサ５８、５９により分圧され、ＤＳＰ７のＡＤＣ１入力端子に入力される。ＤＳＰ７のＡＤＣ１入力端子に入力された電圧３０２はＤＳＰ７のＰＷＭ出力周波数の１／２時刻にてデジタル値に変換されＤＳＰ７内部に導入される。
【００５４】
また、感光ドラムに流れる交流電流に比例する信号は、ＤＣ高圧発生回路４９の出力抵抗１４５の両端に発生する。ここで、ＤＣ高圧発生回路４９の出力インピーダンスは低く、その出力端には無視し得る程度の交流電圧しか発生しないので、抵抗１４５の一方の端子から感光ドラムに流れる交流電流に比例する信号が、得られる。この信号は、図２中のコンデンサ８０、８２、抵抗８１、８４、８５、８７、９０、９２、ダイオード８３、８８、９１、オペ・アンプ８６、８９にて構成される全波整流回路にて、電流電圧変換され、交流電圧値３０３としてＤＳＰ７のＡＤＣ２端子に入力される。このＡＤＣ２に印加される波形は、交流出力電流に比例する交流電圧の負方向部分を正方向部分に変換して、正方向部分と合わせた全波整流化された波形の信号である。ＤＳＰ７でのＡＤＣ２入力の取り込みタイミングは、ＡＤＣ１入力と同様にＰＷＭ２出力周期の中央時刻である。
【００５５】
図４は、高圧ＡＣ出力電圧と出力ＡＣ電流の関係を示す図である。高圧ＡＣ出力電圧振幅の低い領域においては、出力電流は電圧振幅の増加にあわせて直線的に増加する。この領域を被放電領域とする。高圧ＡＣ出力電圧振幅があるポイントに到達した時点（放電開始電圧Ｖａｓ）から、出力電流は急激に増加し始め、出力電圧に対する出力電流の間の、直線性は消失する。これは、帯電ローラと感光ドラム間において、放電現象が発生するためである。
【００５６】
本実施形態においては、通常であれば非放電領域となる領域の駆動電圧を発生させて、そのときの電圧と電流の関係から、負荷の異常検出を行っている。
【００５７】
本実施形態では、本発明を適用した画像形成装置の放電開始電圧Ｖａｓは約１、１００Ｖｐｐ（１１００Ｈｚ）であるために、異常検出のための駆動は６００Ｖｐｐ（１１００Ｈｚ）付近で実施している。まず、高圧ＡＣ電圧振幅を６００Ｖｐｐ（１１００Ｈｚ）となるように、ＤＳＰ７によりＰＷＭ１、及びＰＷＭ２からの出力を開始する。このときにＤＳＰ７にて、ＡＤＣ１（電圧検出）、ＡＤＣ２（電流検出）動作を開始して、出力電圧及び出力電流の波形を取り込む。
【００５８】
図５は、通常における、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形Ｖｏと検出交流電流波形、そして交流出力電流Ｉｏの波形を示す図である。出力ＡＣ電圧の周波数は１１００Ｈｚであるために、波形の周期は９０９μＳである。ＤＳＰ７のＡＤＣ２入力端子には、交流出力電流に比例する交流電圧の負方向部分を正方向部分に変換し、全波整流化された形の信号が接続されているため、ＡＤＣ２入力端子電圧が０Ｖに最も近いポイントの時刻を計測する。また、ＤＳＰ７では、ＡＤＣ１入力端子にて検出交流電圧が（１／２）Ｖｐｐ電圧値を通過するポイントの時刻を計測する。言い替えれば、出力交流電流波形の低下方向にある中点から出力交流電圧波形の低下方向にある中点までの時間、あるいはその間の位相変化を測定する。
【００５９】
ここで、ＤＳＰ７は２０ＭＨｚにて動作し、ＤＳＰ７のＰＷＭ２から出力される信号の基本周波数は３５．２ＫＨｚ、生成される交流電圧周波数は１１００Ｈｚであることから、ＤＳＰは、１１００Ｈｚの信号を位相差として約１１．２５７度（０．０９８２ラジアン）毎にサンプリングしていることになる。この仕様から、位相を精度良く、検出する方法を以下に説明する。ＤＳＰのＡＤＣ１の入力は８ビットのデジタル値に変換し、ここに入力される信号は、正弦波であって、簡単化のために２８から２２８までの２００の範囲を変位しているとする。すると、（１／２）Ｖｐｐ付近すなわち１２８の値付近の傾きは一様であるとすることができるので、その付近でＳの変化をする位相変化量は、（Ｓ／２００）×（３６０／π）＝０．５７３Ｓ（度）の計算をすることで、度で表わした位相に置き換えることができる。言い替えれば、２００の振幅の正弦波が１２８よりも大きな値から、たとえば１１０になった時点は、１２８の時点から、（１２８−１１０）×０．５７３＝１０．３度の位相遅延された時点であるとすることができる。
【００６０】
同様なことは、ＤＳＰのＡＤＣ２の入力に対しても実行することができる。実施形態において、ＡＤＣ２も同様に８ビットのデジタル値の変換し、０から２００の間を変位している場合、０の値近辺の一方向の変化Ｐは、（Ｐ／２００×２）×（３６０／３．１４１６）＝０．２８６Ｐ（度）の位相遅延に相当する。したがって、Ａ／Ｄ変換したデジタル値が４９、１０、３０と変化した場合（ここで、１０と３０をサンンプリングした中間に０となるポイントがある。この近辺では、サンプリング間隔ごとに、約３９の変化が生じている）、３０を検出した時点は、０になった時点から、３０×０．２８６＝８．６度位相遅延された時点であることが判る。
【００６１】
上述した例において、ＡＤＣ２の入力が３０を検出した時点から、ＡＤＣ１の入力が１１０になった時点までの３５．２ＫＨｚのクロック数がＮの場合に、実際のＡＤＣ２の入力が０となった時点からＡＤＣ１の入力が１２８になった時点までの位相差は、Ｎ×１１．２５−８．６＋１０．３と計算することで、少なくとも所望の精度を有する位相差データとすることができる。また、このような位相差データを複数回求めて平均化することによってさらに、検出する位相差データの精度を向上させることができる。以下の説明においては、このような方法で位相差あるいは所望のデータ値を有する時点を精度よく特定するものとする。当然ながら、サンプリング間隔を少なくすることによっても、あるいはＤ／Ａ変換のビット数を増加させることにより、検出精度を向上させることができることは言うまでもない。
【００６２】
図５に示すように、通常Ｃローラ及び感光ドラムにて構成される系においては、負荷は（容量＋抵抗）負荷を示し、負荷に対して印加交流電圧と流入交流電流の位相差は約８３度で、交流電圧に対して交流電流が位相的に進んだものとなる。本実施形態での帯電ＡＣ周期は９０９μＳであるために８３度の位相差は時間として約２１０μＳとなる。よって検出交流電圧波形の（１／２）Ｖｐｐポイントと検出交流電流波形の０Ｖポイントは、時間差として２１０μＳとなっていることになる。
【００６３】
これに対して、異常が発生している場合、たとえば、高圧電源からの出力ラインが短絡していた場合においては、高圧電源から見た負荷は、図２中の抵抗４８のみとなり、抵抗負荷のみとなる。よって電圧電流には位相差は生ずることなく検出交流電圧の（１／２）Ｖｐｐポイントと、検出交流電流の０Ｖポイントは同時刻となり、図６に示すような位相関係となる。図６は、このように位相差に相当する時間（測定手法あるいは測定手順によって０度近辺あるいは１８０度近辺と検出することも想定される）を検出することにより、短絡状態となった場合の検出が可能となる。
【００６４】
また、感光ドラムを長く使用して、予想以上に早く感光層が削れた場合においては、感光層の膜厚が薄くなることにより高圧電源から見た負荷は、抵抗性負荷が減少し、容量性負荷が増加したものとなる。したがって、検出交流電圧と検出交流電流との位相差が９０度に近づく。すなわち、ＡＤＣ１とＡＤＣ２との確認ポイントの時間差が２２７μＳに近づく。したがって、この２１０μＳから２２７μＳの間に閾値を設定して、（たとえば２１８μＳ、位相差は約８６．３度）閾値以上にＡＤＣ１とＡＤＣ２との確認ポイントの時間差がなった場合には、感光ドラムの劣化に起因して通常と異なる位相差が発生している、すなわち、感光ドラムの異常と判断することが可能となる。
【００６５】
ＡＤＣ１入力の計測ポイントとＡＤＣ２の計測ポイントの時間差が２００μＳ（位相差の約７９．２度に相当）から２１８μＳ（位相差の約８６．３度に相当）の間に入っていない場合には、エラーとして処理してＤＳＰ７からＣＰＵに通信にて告知することで、高圧電源から見た感光ドラムを含む負荷の異常を告知することが可能となる。このように、交流電圧と交流電流の位相差を検出してその位相差を時間に変換し、時間にあらかじめ設定した閾値を設け、検出した位相差がその範囲内であるか否かをチェックすることにより、高圧電源から見た負荷状態を正確に判断することができるようになる。ここで、時間ではなく位相差としても同様である。
【００６６】
図１１は、上述した処理を説明するフローチャートである。まず、Ｓ１１０１でＤＳＰのＰＷＭ２を制御して、通常であれば非放電領域となる領域の電圧に出力電圧を設定する。次にＳ１１０２でＤＳＰのＡＤＣ２からの交流電流波形データから、上述した特定ポイント（実施形態においては、全波整流された形の波形で、ベースがグランド・レベルの波形になっているので、グランド・レベルとなるポイント）を示す情報を導出する。この導出後Ｓ１１０３で、ＤＳＰのＡＤＣ１からの交流電圧波形データからも同様に上述した特定ポイント（実施形態においては、交流電圧波形の下端がグランドになっているので、振幅をＶｐｐとすると、Ｖｐｐ／２となるポイント）を示す情報を導出する。
【００６７】
次に、Ｓ１１０４で、前のステップで導出した２つのポイントを示す情報から、交流電流波形と交流電圧波形の位相差を算出する。この算出した位相差をＳ１１０５において閾値Ｓ１（実施形態においては、２１８μＳに相当する８６．３度）と比較する。位相差がＳ１よりも大きいとＳ１１０６に進む。位相差がＳ１よりも小さいとＳ１１０７に進む。Ｓ１１０７では、閾値Ｓ２（実施形態においては、２００μＳに相当する７９．２度）と比較する。位相差がＳ２よりも小さいとＳ１１０８に進む。位相差がＳ２よりも大きいと、Ｓ１１０９に進み、この処理結果として出力するデータとして、正常を指示するデータを設定し、次のＳ１１１０で出力データを出力する。この出力データの最終的な出力先としては、画像形成装置１００の操作部の表示装置、あるいはインターフェースを介して外部のパーソナル・コンピュータ等が考えられる。
【００６８】
Ｓ１１０６では、たとえば、感光ドラムの感光層の膜厚が、長期間の使用によって薄くなっていることを指示する、あるいは感光ドラムを含むプロセス・カートリッジの交換を指示する、異常Ａのデータを出力データに設定する。またＳ１１０８では、たとえば、所定値より容量性負荷と抵抗性負荷の比率が減少していることを指示する、あるいは感光ドラムを含むプロセス・カートリッジの交換を指示する、異常Ｂのデータを出力データに設定する。Ｓ１１０６から、あるいはＳ１１０８からは上述したＳ１１１０に進む。
【００６９】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態の回路構成は図２と同じであるために詳細説明は省略する。本実施形態の特徴は、高圧ＡＣ出力交流電圧波形を４分割して、それぞれ区間を（１相）（１／２）Ｖｐｐから０まで、（２相）０から（１／２）Ｖｐｐまで、（３相）（１／２）ＶｐｐからＶｐｐまで、（４相）Ｖｐｐから（１／２）Ｖｐｐまで、とする。なお、これらの区間は、最初の（１／２）Ｖｐｐのポイントを見つけることにより、その後は、この波形周期とサンプリング周波数が所定の関係にあるので、それぞれの区間を決定することができる。
【００７０】
それぞれの区間毎の検出電流を、ＤＳＰ７にて上述した周期でサンプリングし、その値を積分して各区間毎の積分値を算出する。そしてこの各区間毎の積分値の差を算出し、その差を較べることで負荷異常ならびにリークなどを検出する。
【００７１】
図７に基づいて、本実施形態の説明を進める。図７は、図５に示したと同様な場合を示す図であり、通常における、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。本実施形態においても高圧ＡＣ電圧値は非放電領域を使用する。ＤＳＰ７のＡＤＣ１入力にて、検出交流電圧をサンプリングし出力交流電圧のＶＰＰ、１／２Ｖｐｐ、０、１／２Ｖｐｐポイントを検出する。検出交流電圧のＶｐｐから１／２Ｖｐｐまでの期間を１相としてその期間の検出交流電流値をＤＳＰ７のＡＤＣ２入力にてサンプリングしてその値をＤＳＰ７内部にて積分を行う。次に検出交流電圧１／２Ｖｐｐから０付近までの期間を２相としてこの期間内の検出交流電流値をサンプリングしＤＳＰ７にて積分を行う。検出交流電圧０付近から１／２Ｖｐｐまでの期間を３相とし、１／２ＶｐｐからＶｐｐまでの期間を４相として、同様にＤＳＰ７にてサンプリング＆積分を実行する。Ｉ〜ＩＶまでの期間における積分値を比較してエラーの有無を判断する。検出交流電流については感光ドラムへの流入交流電流を電流電圧変換し、全波整流された信号が入力されるために、波形が正弦波であると仮定すると、１相と３相の積分値は同等となり２相と４相の積分値は同等となる。
【００７２】
正常な場合を示す図７においては、１相と２相の積分値の大小関係を見ると、１相の方が大きい値を示している。整理すれば、２相＝４相≪１相＝３相となる。このことは、負荷が容量性負荷＋抵抗性負荷であることにより、交流電流位相が交流電圧位相に比較して進んでいるためである。本実施形態においては２相及び４相の積分値は１相及び３相の積分値の約６０％程度であるために、５５％から８０％までの間であれば正常と判断している。しかしながら、この値は製品毎に変わるものであるためにこの数値に関しては、いくつであっても本発明の範囲内であることとする。
【００７３】
次に、負荷短絡状態での各部の波形を図８にて説明を進める。図８は、異常が発生している場合、たとえば、高圧電源からの出力ラインが短絡していた場合の、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。負荷短絡状態においては、高圧出力は抵抗４８のみとなるために、交流電圧波形と交流電流波形には位相関係は生ずることなく、期間毎の検出電流積分値は、同じものとなる。さらに感光ドラム削れが進行して感光層の膜厚が減少した場合には、負荷の容量成分が増加し抵抗成分が減少するために、位相差は９０度に近づく。すなわち、各期間での積分値の差は減少する方向になる。検出交流電流波形は全波整流された信号であるために、交流電圧と交流電流の位相差０での積分値の期間毎の差分と、位相差９０度の期間毎の積分値の差分は小さくなる。したがって、上記に示すような比率にて異常であるかの判断を行うことにより、正確かつ確実に負荷異常状態あるいは、負荷短絡状態を検出可能である。
【００７４】
図１２は、上述した処理を説明するフローチャートである。まず、Ｓ１２０１でＤＳＰのＰＷＭ２を制御して、通常であれば非放電領域となる領域の電圧に出力電圧を設定する。次にＳ１２０２において、ＤＳＰのＡＤＣ１からの交流電圧波形データから、上述した中点のポイント（実施形態においては、交流電圧波形の下端がグランドになっているので、振幅をＶｐｐとすると、Ｖｐｐ／２となるポイント）を示す情報を導出して、この導出後の１周期の期間を４等分して、それぞれの期間中について、ＤＳＰのＡＤＣ２からの電流波形データを積分し、それぞれの積分値を得る。
【００７５】
次にＳ１２０３で、最初の第１積分値から最後の第４積分値を使用して、位相差を求めるために、図示した演算を実行し、位相差を指示する算出値を得る。この算出した位相差を指示する算出値をＳ１２０４において閾値Ｓ１（実施形態においては、２１８μＳあるいは８６．３度を指示する値）と比較する。位相差がＳ１よりも大きいとＳ１２０５に進む。位相差がＳ１よりも小さいとＳ１２０６に進む。Ｓ１２０６では、閾値Ｓ２（実施形態においては、２００μＳに相当する７９．２度）と比較する。位相差がＳ２よりも小さいとＳ１２０７に進む。位相差がＳ２よりも大きいとＳ１２０８に進み、この処理結果として出力するデータとして、正常を指示するデータを設定し、次のＳ１２０９で出力データを出力する。この出力データの最終的な出力先としては、画像形成装置１００の操作部の表示装置、あるいはインターフェースを介して外部のパーソナル・コンピュータ等が考えられる。
【００７６】
Ｓ１２０５では、たとえば、感光ドラムの感光層の膜厚が、長期間の使用によって薄くなっていることを指示する、あるいは感光ドラムを含むプロセス・カートリッジの交換を指示する、異常Ａのデータを出力データに設定する。またＳ１２０７では、たとえば、所定値より容量性負荷と抵抗性負荷の比率が減少していることを指示する、あるいは感光ドラムを含むプロセス・カートリッジの交換を指示する、異常Ｂのデータを出力データに設定する。Ｓ１２０５から、あるいはＳ１２０８からは上述したＳ１２０９に進む。
【００７７】
なお、この方法は積分処理をしているので、短時間のノイズや過度現象の影響を受け難いという特徴がある。
【００７８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態を説明する。図９に基づき説明を進める。図９は、図４に示す高圧ＡＣ出力電圧ｖｓ出力電流特性の放電領域での検出交流電圧及び電流電圧変換された出力交流電流である検出電流を表わしたものである。本実施形態においては放電領域における交流電流波形をＤＳＰ７のＡＤＣ２にて検出して、負荷の異常及び短絡などの機器の故障検知を行うものである。高圧電源部３のＤＳＰ７のＡＤＣ２入力端子の検出交流電流波形を観測しながら高圧ＡＣ波形生成用クロック信号であるＰＷＭ１を出力し、その後、出力交流電圧制御用信号であるＰＷＭ２信号のＤｕｔｙを増加していく。高圧ＡＣ出力交流電圧振幅が図４で示す非放電領域では、検出交流電流波形は図５〜図８に示すとおり全波整流波形となる。さらに高圧ＡＣ電圧振幅を増加させていくと、放電開始電圧Ｖａｓを超えた時点から放電電流が流れ検出交流電流波形に第二のピークが現れる。高圧電源部３では、この第二のピークＩｐｍ２の値が非放電領域から存在している第一のピークＩｐｍ１の値を超えた時点まで、高圧ＡＣ出力電圧振幅を増加させて、この第一のピークＩｐｍ１と第二のピークＩｐｍ２の位相差を計算して、異常の有無を検出する。第二のピークＩｐｍ２は高圧ＡＣ出力電圧振幅のピークと実質的に同時刻であるとすることができ、第一のピークＩｐｍ１は高圧ＡＣ出力電圧振幅のピークから約８３度位相の進んだ時刻、すなわち、第一のピークＩｐｍ１と第二のピークＩｐｍ２の間には、約２１０μＳの時間差が生ずることになる。この時間差はＤＳＰ７のＡＤＣ２入力端子にて検出される検出交流電流のみで判断可能である。
【００７９】
図１３は、上述した処理を説明するフローチャートである。まず、Ｓ１３０１でＤＳＰのＰＷＭ２を制御して、通常であれば放電領域となる領域の電圧に出力電圧を設定する。次にＳ１３０２において、ＤＳＰのＡＤＣ２からの交流電流波形データから連続する複数のピーク値、少なくとも３個のピークを指示するサンプル値の時刻、またはおよびそのサンプル値を導出する。
【００８０】
次にＳ１３０３で、導出した各ピーク間の位相差を算出し、隣接する位相差を合計する。次のステップＳ１３０４で合計値が、たとえば、１８０度を指示する所定値と比較し、１８０度近傍の値であれば、導出した各ピークは所定のピークであるとしてステップＳ１３０６に進み、そうでない場合は、ステップＳ１３０５に進む。ステップＳ１３０６では、たとえば、第１のピーク値と第２のピーク値の位相差Ａ、あるいは第２のピーク値と第３のピーク値の位相差Ｂが、閾値Ｓ１とＳ２の間にあるか否かを決定する。位相差ＡまたはＢがこの範囲にある場合には、正常な状態にあるとしてステップＳ１３０８で出力データとして正常を指示するデータを設定し、次のＳ１３０９で出力データを出力する。この出力データの最終的な出力先としては、画像形成装置１００の操作部の表示装置、あるいはインターフェースを介して外部のパーソナル・コンピュータ等が考えられる。
【００８１】
ステップＳ１３０６で位相差ＡとＢが共に範囲内でない場合には、ステップＳ１３０７に進む。ステップＳ１３０５、Ｓ１３０７では、出力データとしてそれぞれ異常を表わすデータを設定し、ステップＳ１３０９に進み、設定した出力データを出力する。
【００８２】
上述した方法とは別に、ステップＳ１３０５あるいはＳ１３０７に進んだ場合は、ステップＳ１３０２に進んで、再度交流電流波形のピークを算出してその都度結果を記録して、記録した結果から出力データを決定することも考えられる。たとえば、５回の測定をしてその内の４回の記録が正常であり、残りの１回が異常の場合は、正常として出力することも考えられる。逆に１回でも異常の場合は、閾値近辺の状態にあるとして、すなわち、異常として出力することも考えられる。
【００８３】
なお、本実施形態の場合、上述した実施形態と異なり、ＤＳＰのＡＤＣ２から取り込む周波数のみが所望の精度と関係するため、ＡＤＣ２からのデータ取り込み周期を高くする必要がある。さらに、データの変化態様から、周期単位より細かい精度で、取り込み周期の内部に存在する実際のピーク点を決定する処理が必要になる。
【００８４】
これまでは負荷及び画像形成装置に故障の無い状態の説明を進めていた。次に故障検知の方法に関して説明を行う。何らかの原因により故障発生し、負荷自体の容量性負荷要因が無くなってしまった場合には、前述した第一のピークＩｐｍ１と第二のピークＩｐｍ２の区別が無くなる。高圧ＡＣ出力電圧振幅が明らかに放電開始電圧Ｖａｓを超えているにも係わらず、２つのピークが現れない場合には、負荷あるいは画像形成装置に故障があると判断できる。また、感光ドラムに電位を与えるためのＣローラの耐久及び特性劣化により、放電特性が劣化した場合には、高圧ＡＣ出力電圧振幅を上げ、放電開始電圧Ｖａｓを超える電圧を印加した場合においても第二のピークＩｐｍ２を検出することができなくなる。したがって、このような場合においても、所定の期間内に２個のピークを検出できないために、故障検知可能である。
【００８５】
感光ドラム耐久によりの感光層の膜厚が極度に薄くなった場合には、第二のピークＩｐｍ２の発生時刻には変化が無いものの、容量性負荷により大きく左右される第一のピークＩｐｍ１の位相進みが９０度に近くなる。すなわち、第一のピークＩｐｍ１と第二のピークＩｐｍ２との時間差が通常時の２１０μＳから増加し、２２７μＳとなる。このときに本実施形態では、この時間差を２００μＳ〜２１８μＳ（位相差の場合は、約７９．２度〜約８６．３度）の間にならない場合を故障範囲としているために、故障として判別可能となる。
【００８６】
本発明では、検出素子をＤＳＰとして説明を進めてきたものの、高速ＣＰＵあるいは、ゲート・アレイ、ＡＳＩＣなどに代表されるハードウェア素子あるいはハードウェア回路にて置き換えても本発明の範囲を超えることはない。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、負荷状態決定手段は、交流電圧波形検出手段が帯電部材に印加される交流電圧の信号波形を検知した情報と、交流電流波形検出手段が交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知した情報とを入力し、交流電流と交流電圧の位相差を決定し、決定した位相差を指示する値とあらかじめ設定した閾値との比較結果に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力するので、抵抗性負荷と容量性負荷の比率の変化状況を示す位相差と、所定の比率を示す閾値を比較することになり、高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００８８】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、負荷状態決定手段が、交流電流波形検出手段から出力される信号から交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を導出し、交流電流圧波形検出手段から出力される信号から前記交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を導出し、導出したそれぞれの情報に基づいて、交流電圧と交流電流の位相差を決定するので、中点レベル以外のポイントの時点を導出する場合に較べて、正確に位相差を検出することができ、高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００８９】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、負荷状態決定手段は、交流電圧波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から交流電圧の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を導出し、電流波形検出手段から出力される中点レベルあるいはその近傍を示す時点とその信号値から交流電流の信号波形の中点レベルを示す時点を指示する情報を導出し、導出したそれぞれの情報に基づいて、交流電圧と交流電流の位相差を決定するので、たとえば、波形検出手段からの信号をＡ／Ｄ変換した際に、サンプル数が少ない場合でも、高精度に位相差を検出することを可能とし、したがって高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９０】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、負荷状態決定手段は、交流電流波形検出手段と交流電圧波形検出手段から信号を入力し、交流電圧波形検出手段からの情報に基づいて、交流電流波形検出手段からの情報を複数の時間区分に分割し、分割した時間区分毎に情報を積分し、それぞれの積分結果を比較することにより、交流電流と交流電圧の位相差を測定するので、たとえば、波形検出手段からの信号をＡ／Ｄ変換した際に、サンプル数が少ない場合でも、高精度に位相差を検出することを可能とし、したがって高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、交流電流検出手段と交流電圧検出手段および負荷状態決定手段を動作させて被帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を指示する信号を出力する前に、高圧電源に放電電流が流れない非放電領域内の電圧値となるように、高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段を、制御手段が設定するので、帯電部材を含む高圧電源の負荷の状態を決定するにあたり、その決定に影響を与える放電電流を発生させず、したがって高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９２】
また、請求項６に記載の発明によれば、被帯電部材、該被帯電部材表面に具備された帯電部材、該帯電部材に交流電圧を印加する高圧電源を備えた電子写真方式の画像形成装置において、制御手段が前記高圧電源から出力される交流電圧の大きさを設定する電圧設定手段を制御して、高圧電源に所定の放電電流が流れる状態として、その間に、負荷状態決定手段が、交流電圧波形検出手段から出力される、交流電圧に起因して流れる交流電流の信号波形を検知した信号から、交流電流の信号波形を構成するそれぞれのポイントが時間的に前後するポイントよりも高い値となるピーク・レベルを示す複数のポイントを指示するデータを導出し、導出された信号間隔に基づいて前記高圧電源の負荷の状態を決定し、決定した負荷の状態を指示する信号を出力するので、交流電圧の電圧波形検出手段を必要とせずに、放電電流のピーク値を電圧のピーク値として電圧と電流の位相差を求めることができ、これにより、高圧発生手段の負荷としての被帯電部材あるいは帯電部材の特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９３】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の発明において、ＤＳＰを、負荷状態決定手段における、入力する信号を演算処理して高圧電源の負荷の状態を決定するための信号を生成する素子としているので、演算処理を高速で実行することを可能とすることができる。
【００９４】
また、請求項８に記載の発明によれば、請求項１乃至７の発明において、被帯電部材は電子写真装置の感光ドラムであるので、感光ドラムを含むプロセス・カートリッジの特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９５】
また、請求項９に記載の発明によれば、請求項１乃至８の発明において、前記帯電部材として、被帯電部材に当接させたローラ帯電部材を用いたので、ローラ帯電部材を含むプロセス・カートリッジの特性劣化を高精度に検出可能として、これらの部品の交換時期を適切に使用者に告知することができる。
【００９６】
また、請求項１０乃至１５のそれぞれに記載の発明も、請求項１乃至６に記載のそれぞれの発明と同様の効果を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のレーザ・ビーム・プリンタ１００の構成を示す図である。
【図２】本実施形態の高圧電源回路を示す図である。
【図３】検出した高圧ＡＣ出力電圧、検出した交流電流に比例する交流電圧、すなわち、図２中ＤＳＰ７のＡＤＣ１、ＡＤＣ２入力端子電圧、及びＤＳＰ７のＰＷＭ２出力波形を示す図である。
【図４】高圧ＡＣ出力電圧と出力ＡＣ電流の関係を示す図である。
【図５】通常における、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。
【図６】異常が発生している場合、たとえば、高圧電源からの出力ラインが短絡していた場合の、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。
【図７】図５に示したと同様な場合を示す図であり、通常における、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。
【図８】異常が発生している場合、たとえば、高圧電源からの出力ラインが短絡していた場合の、ＤＳＰ７のＡＤＣ１とＡＤＣ２が入力する検出交流電圧波形と検出交流電流波形、そして交流出力電流の波形を示す図である。
【図９】図４に示す高圧ＡＣ出力電圧ｖｓ出力電流特性の放電領域での検出電圧及び電流電圧変換された出力電流である検出電流を表わした図である。
【図１０】帯電ローラに印加する交流高圧の電圧と電流の波形を示した図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の処理を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態の処理を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施形態の処理を説明するフローチャートである。
【図１４】帯電ローラに印加する出力電圧の振幅と出力電流の関係を示した図である。
【図１５】従来例の高圧電源の制御回路を示す図である。
【符号の説明】
１　　プリンタ制御部
２　　ＭＰＵ
３　　高圧電源部
７　　ＤＳＰ
１５　　フィルタ回路
３５　　ドライバ回路
４９　　ＤＣ高圧発生回路
６８　　帯電ローラ
６９　　感光トラム
１００　　レーザ・ビーム・プリンタ
１１２　　プロセス・カートリッジ
１１３　　転写ローラ
１１４　　除電針
１３４　　現像ブレード
１３５　　トナー格納容器
【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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