(57)【要約】【課題】  放電電流が極端に小さい場合にリアルタイムで制御を行うと制御が不安定になる場合がある。【解決手段】  帯電ローラ２１に印加された電圧の振幅値を第１検出値として検出し、帯電電圧の微分波形の振幅値を第２検出値として検出し、帯電ローラ２１から感光体に流れる交流電流を第３検出値として検出する。これら第１乃至第３検出値に基づいて、帯電ローラ２１における放電電流値を算出し、この演算した放電電流値と目標放電電流値とに基づいて帯電電圧を制御する。【選択図】  図３
2007148154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体を帯電する帯電部材に振動電圧を印加する電圧印加手段と、
前記帯電部材に印加された電圧の振幅値を第１検出値として検出する電圧振幅値検出手段と、
前記振動電圧の微分波形の振幅値を第２検出値として検出する微分振幅値検出手段と、
前記帯電部材から前記像担持体に流れる交流電流を第３検出値として検出する交流電流値検出手段と、
前記第１乃至第３の検出値のうちの少なくとも一つの検出値が略一定になるような第１制御を行う第１制御手段と、
前記第１乃至第３検出値に基づいて、前記帯電部材における放電電流値を算出する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記放電電流値と目標放電電流値とに基づいて、前記電圧印加手段により印加される前記振動電圧を制御する第２制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
少なくとも前記像担持体と前記帯電部材は、前記画像形成装置の本体に着脱可能なカートリッジに設けられてい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】
前記カートリッジは、前記振動電圧と前記目標放電電流値を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
像担持体を帯電する帯電部材に振動電圧を印加する電圧印加工程と、
前記帯電部材に印加された電圧の振幅値を第１検出値として検出する電圧振幅値検出工程と、
前記振動電圧の微分波形の振幅値を第２検出値として検出する微分振幅値検出工程と、
前記帯電部材から前記電子写真感光体に流れる交流電流を第３検出値として検出する交流電流値検出工程と、
前記第１乃至第３の検出値のうちの少なくとも一つの検出値が一定になるような第１制御を行う第１制御工程と、
前記第１乃至第３検出値に基づいて、前記帯電部材における放電電流値を算出する演算工程と、
前記演算工程により演算された前記放電電流値と目標放電電流値とに基づいて、前記電圧印加工程により印加される前記振動電圧を制御する第２制御工程と、
を有することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
【請求項５】
少なくとも前記像担持体と前記帯電部材は、前記画像形成装置の本体に着脱可能なカートリッジに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置の制御方法。
【請求項６】
前記カートリッジは、前記振動電圧と前記目標放電電流値を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置とその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式により画像を印刷する印刷装置では、ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラム）の表面を帯電ユニットにより所定の電位に均一に帯電している。この帯電ユニットは、細いコロナ放電ワイヤに高電圧を印加して発生するコロナを感光ドラムの表面に作用させて帯電する、非接触帯電であるコロナ帯電が一般的であった。近年は、低電圧プロセス、低オゾン発生量、低コスト等の点で有利な接触帯電方式が主流となりつつある。この接触帯電方式は、例えばローラ帯電部材（以下、帯電ローラ）を感光ドラムの表面に当接し、この帯電ローラに電圧を印加して感光ドラムを帯電する方式である。この帯電ローラに印加する電圧は直流電圧のみでも良いが、交流電圧を印加しプラス側、マイナス側への放電を交互に発生させることにより均一に帯電している。例えば、直流電圧を印加した時の感光ドラムへの放電開始閾値電圧（帯電開始電圧）の２倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧と直流電圧とを重畳した振動電圧を印加することにより、被帯電体の帯電を均一にできることが知られている。この帯電ローラに正弦波電圧を印加すると、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と、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と、帯電ローラと感光ドラム間の放電電流とが発生する。こうして、これらが合計された電流が帯電ローラに流れることになる。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知られている。
【０００３】
図１５は、帯電ローラに交流電圧Ｖcを印加した際、帯電ローラに流れる電流Ｉcの特性を表した図である。尚、交流電圧Ｖcは、交流電圧のピーク電圧値、電流Ｉcは交流電流の実効値で表している。
【０００４】
交流電圧Ｖcの振幅を徐々に上昇させると、これに伴って帯電電流が多く流れる。いま所定電圧Ｖhの２倍以下では、交流電圧の振幅と帯電電流とは略比例している。これは抵抗負荷電流と容量性負荷電流が電圧振幅に比例し、且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が流れないためである。そして更に交流電圧大きくしていくと所定電圧Ｖhの２倍で放電現象が始まり、帯電電流Ｉcは比例関係から外れ、放電電流Ｉs分だけ多く流れる。ここで安定して帯電させるためには、この放電電流Ｉsが所定値以上になるように交流電圧Ｖcを設定すればよい。しかしながら感光ドラムへの放電電流Ｉsが増えると感光ドラムの劣化が促進する。これは放電によるエネルギーによって感光ドラムの表面が磨耗することによると考えられる。感光ドラムの磨耗が進むと感光ドラムの帯電性能等が低下し、異常画像の発生といった問題を引き起こす。従って、安定した帯電が得られ、かつ上述の問題を解決するためには、必要最小限の電圧を帯電ローラに印加し、プラス側、マイナス側へ交互に起こす放電を最小限にする必要がある。
【０００５】
しかし実際は、帯電ローラへの印加電圧と放電量との関係は常に一定ではなく、感光ドラムの感光体層や誘電体層の膜厚、帯電部材や空気の環境変動等により変化する。特に低温低湿環境では、材料が乾燥して抵抗値が上昇して放電しにくくなる。このため、均一な帯電を得るためには一定値以上のピーク間電圧が必要となる。また、この低温低湿環境において均一な帯電が得られる最低の電圧値であっても、高温高湿環境で帯電動作を行った場合は、逆に材料が吸湿し抵抗値が低下するため帯電部材が必要以上の放電を起こすことになる。その結果、放電量が増加して画像不良の発生、トナー融着の発生、感光ドラムの表面の劣化による感光ドラム削れ、短命化などの問題が起こる。
【０００６】
このような放電量の変化による不具合は、前述の環境変動による原因の他に、帯電部材の製造ばらつきや汚れによる抵抗値の変動、耐久性による感光ドラムの静電容量の変動、画像形成装置本体の高圧発生装置の特性ばらつき等でも発生することが知られている。このような放電量の変化を抑制するために、帯電電圧と帯電電流の特性曲線から算出される放電電流値を制御する方式が提案されている（特許文献１参照）。この方式は、帯電部材に印加する交流電圧を可変にし、放電現象が開始する閾値電圧Ｖhの２倍以下での電圧レベルと、閾値電圧Ｖhの２倍以上である電圧レベルの少なくとも２点以上において、それぞれの交流電流値を電流検出手段で検出する。そして、その検出した交流電流値から、最適な放電量となる交流電圧値を算出し、帯電部材に印加する交流電圧の電圧レベルを決定する方法である。
【０００７】
図１５において、丸印で示したＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点のそれぞれは、この交流電流値を検出するポイントを示している。放電現象が開始する電圧２Ｖh以下の電圧でＡ，Ｂの２点をサンプルすることで、放電電流が発生しない領域の交流印加電圧Ｖcと、帯電電流の実効値Ｉcの特性ラインLINE-Aが得られる。同様に、Ｃ，Ｄの２点をサンプルすることで、放電電流が発生する領域における交流印加電圧Ｖcと帯電電流値Ｉcの特性ラインLINE-Bが得られる。このような方法で得られた２つの特性ラインの関係から、放電電流値を所定レベルにするための交流電圧レベルを算出し、これに応じて交流電圧Ｖcを設定して放電電流を所望の値にする制御を行う。この方式は複数回のサンプリングを行う必要があるため、通常、定着器のウォームアップやスキャナの回転数を安定させるのに設けている画像形成前工程で制御するようにしている。
【０００８】
また、帯電電圧のピーク電圧とその微分波形のピーク電圧を検出し、放電電流値を算出して制御する方式も提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
図１６（Ａ）（Ｂ）は、出力電圧波形（Ａ）とその微分波形（Ｂ）の関係を示す図である。
【００１０】
図１６（Ｂ）の微分電圧波形は、図１６（Ａ）に示す出力電圧波形に対して位相が９０°遅れている。また図１６（Ａ）の出力電圧波形では、放電電流の発生するピーク付近のレベルが下がった（Ｖp2）形状になっている。これに対して微分波形のピークレベル（Ｖp1）は放電の影響を受けない。従って、微分波形のピークレベルＶp1は、放電電流が発生しない場合の出力電圧波形のピークレベルに相当している。
【００１１】
図５は、帯電交流電圧と帯電電流の実効値との特性曲線を示す図である。
【００１２】
２×Ｖh以上で放電電流値が加わることで帯電電流値Ｉcが増加する。一方、前述のように微分波形のピークレベル（Ｖp1）は電流値との比例関係を維持する。従って、特性曲線の図形的な関係から、放電電流値Ｉsは、帯電交流電流値Ｉcと出力電圧ピーク値Ｖaと微分波形の電圧ピーク値Ｖbを用いて次式（１）で表わせる。
【００１３】
Ｉs＝Ｉc×（Ｖb−Ｖa）／Ｖb      ...式（１）
即ち、これによれば１回のサンプリングで放電電流値Ｉsを検出できる。この検出した放電電流値Ｉsに基づいて、画像形成工程及び非画形成工程での放電電流値Ｉsをリアルタイムで制御できる。
【特許文献１】特開２００１−２０１９２１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前者の画像形成前工程で帯電電流値を複数回サンプリングして得られた特性曲線から放電電流値を制御する方式では、高温環境下で大量の記録紙に連続して印刷した場合等で、印刷動作中に放電電流値が変動するという問題があった。この問題は連続印刷中に感光ドラム周辺の温度が上昇して、帯電ローラへの印加電流値と放電電流値との関係が変化した場合に発生する。即ち、図１５におけるLINE-AとLINE-Bで示す特性が印刷動作中に変動し、印刷前の検出工程で調整した帯電電流値に設定しても、放電電流値が所望の値に制御できなくなる。この問題の対策として感光ドラムの周辺を冷却する専用の冷却装置（ファン）を設けることにより温度上昇を防止する方法が考えられる。しかし、この方法は装置がコストアップし大型化する場合がある。また放電電流値の制御は、後者のようにリアルタイムで行うのが望ましい。
【００１５】
また、放電電流が極端に小さい場合には放電現象が不安定になる傾向があり、この様な場合にリアルタイムで制御を行うと制御が不安定になる場合がある。放電電流は帯電部材の表面から感光ドラムの表面に向かって流れる。このため、放電電流が小さい場合、帯電部材の微小な抵抗ムラや表面形状のばらつきによって放電電流値が変動する。従って、放電電流が小さい場合、特に、微分回路などの検出値等を用いた放電電流値制御では、放電電流の変動の影響により高精度での制御が難しくなる傾向がある。
【００１６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。
【００１７】
本発明の特徴は、環境変動や製造時の帯電部材の特性のばらつきに拘わらず、高精度で所定の放電電流値に制御して均一な帯電を行って画像不良の問題を発生させないことにある。
【００１８】
また本発明の特徴は、放電電流値の制御範囲によらずに制御を安定化して、画像不良の防止や感光体の長寿命化を達成させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、
電子写真感光体に近接した帯電部材に振動電圧を印加する電圧印加手段と、
前記帯電部材に印加された電圧の振幅値を第１検出値として検出する電圧振幅値検出手段と、
前記振動電圧の微分波形の振幅値を第２検出値として検出する微分振幅値検出手段と、
前記帯電部材から前記電子写真感光体に流れる交流電流を第３検出値として検出する交流電流値検出手段と、
前記第１乃至第３の検出値のうちの少なくとも一つの検出値が一定になるような第１制御を行う第１制御手段と、
前記第１乃至第３検出値に基づいて、前記帯電部材における放電電流値を算出する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記放電電流値と目標放電電流値とに基づいて、前記電圧印加手段により印加される前記振動電圧を制御する第２制御手段と、
を有することを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る画像形成装置の制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
電子写真感光体に近接した帯電部材に振動電圧を印加する電圧印加工程と、
前記帯電部材に印加された電圧の振幅値を第１検出値として検出する電圧振幅値検出工程と、
前記振動電圧の微分波形の振幅値を第２検出値として検出する微分振幅値検出工程と、
前記帯電部材から前記電子写真感光体に流れる交流電流を第３検出値として検出する交流電流値検出工程と、
前記第１乃至第３の検出値のうちの少なくとも一つの検出値が一定になるような第１制御を行う第１制御工程と、
前記第１乃至第３検出値に基づいて、前記帯電部材における放電電流値を算出する演算工程と、
前記演算工程により演算された前記放電電流値と目標放電電流値とに基づいて、前記電圧印加工程により印加される前記振動電圧を制御する第２制御工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、放電電流値の制御範囲に拠らずに制御を安定化して画像不良の防止や感光体の長寿命化が達成できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態の画像形成装置は、電子写真方式、プロセスカートリッジ着脱式のレーザプリンタの場合で説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
感光ドラム１は、潜像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（感光体ドラム）である。この感光体ドラム１は、負帯電性の有機感光体で構成されており、不図示の駆動用モータによって矢印の時計回り方向に所定の周速度で回転駆動される。この感光体ドラム１は、その回転過程で帯電ユニットによって負の所定電位に一様に帯電される。本実施の形態では、帯電ユニットは、帯電部材として帯電ローラ２１を用いた接触帯電ユニットである。この帯電ローラ２１は感光体ドラム１に対して従動回転する。この帯電ローラ２１に対しては、帯電バイアス電源２から帯電バイアス電圧が印加される。この帯電バイアス電圧には、放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧（Ｖpp）を有する交流電圧に、所望のドラム１上の電位Ｖdに相当する直流電圧Ｖdcを重畳して印加する方式が用いられている。この帯電方法は、直流電圧に交流電圧を重畳印加することによって、感光体ドラム１上の局所的な電位ムラを解消し、感光体ドラム１上を直流印加電圧Ｖdcにほぼ等しい電位Ｖdに均一帯電することを狙いとしている。
【００２５】
次いで露光装置３０による像露光を受ける。この露光装置３０は、均一に帯電された感光体ドラム１に、画像信号に応じた静電潜像を形成する。本例では、半導体レーザスキャナを用いている。この露光装置３０は、画像形成装置内のホスト装置（不図示）から送られてくる画像信号に対応して変調されたレーザ光ｂを出力して、反射鏡３１と、後述するプロセスカートリッジＣの露光窓部ａを介して感光体ドラム１の均一帯電面を走査露光（像露光）する。これにより感光体ドラム１の表面では、露光箇所の電位の絶対値が帯電電位の絶対値に比べて低くなる。こうして画像情報に応じた静電潜像が順次形成される。
【００２６】
次にその静電潜像は反転現像装置４０により現像されてトナー像として顕像化される。本実施の形態では、ジャンピング現像方式を用いた。この方式では、不図示の現像バイアス電源から現像スリーブ４１に対して交流と直流を重畳した現像バイアス電圧を印加する。これにより現像剤層厚規制部材４２と現像スリーブ４１の接触箇所で摩擦帯電により負極性に帯電されたトナーを感光体ドラム１の表面の静電潜像に適用して静電潜像を反転現像する。
【００２７】
その感光体ドラム１の面のトナー像は、給紙部から給送された紙等の記録媒体（転写材）に対して転写装置にて転写される。本実施の形態では、転写ローラ５を用いた接触転写装置である。この転写ローラ５は、感光体ドラム１に対して感光体ドラム１の中心方向に不図示の押圧バネなどの付勢手段によって押圧されている。転写材が搬送されて転写工程が開始されると、転写バイアス電源から転写ローラ５に対して正極性の転写バイアス電圧が印加される。これにより負極性に帯電している感光体ドラム１上のトナーが転写材上に転写される。こうしてトナー像が転写された転写材は、感光体ドラム１の面から分離されて定着装置７０へ導入されてトナー像の定着処理を受け、排紙トレイ８５上に排出される。この定着装置７０は、転写材に転写されたトナー像を熱や圧力などの手段を用いて永久画像に定着するものである。
【００２８】
こうして転写材がドラム１から分離された後の感光体ドラム１の面は、クリーニング装置６０により転写残トナーが掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。本実施の形態に係るクリーニング装置６０は、クリーニングブレード６１を用いたものである。このクリーニングブレード６１は、転写工程時に感光体ドラム１から転写材に転写しきれなかった転写残トナーを回収するもので、一定の圧力で感光体ドラム１に当接し転写残トナーを回収することによって感光体ドラム１の表面を清掃する。こうしてクリーニング工程が終了した後、感光体ドラム１の表面は再び帯電工程で帯電される。この画像形成装置は、上記の手段を用い、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返して画像形成を行う。尚、８６はプロセスカートリッジＣを装置内に着脱するための本体ドアである。
【００２９】
次に図２を参照して本実施の形態に係るプロセスカートリッジについて説明する。ここでプロセスカートリッジは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段の少なくとも１つ、或は少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化したものである。そして、このカートリッジを電子写真方式の画像形成装置本体に対して着脱可能としたものをいう。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係るプロセスカートリッジＣを説明する図で、前述の図１と共通する部分は同じ記号で示している。
【００３１】
このカートリッジＣは、画像形成装置本体Ｌに対して着脱交換自在のプロセスカートリッジである。このプロセスカートリッジＣは、潜像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１に対する接触帯電部材としての帯電ローラ２１と、現像装置４０と、クリーニング装置６０の４つのプロセス機器を内包させたプロセスカートリッジである。またこのプロセスカートリッジＣは、記憶部であるメモリ９０を有している。このメモリ９０には、画像形成装置本体側の通信部（不図示）を介して情報の読み書きが行われる。
【００３２】
このプロセスカートリッジＣは、画像形成装置本体Ｌの本体ドア（カートリッジドア）８６（図１）を開閉して画像形成装置本体Ｌに対して着脱される。このカートリッジの装着は、ドア８６を開いて画像形成装置本体Ｌ内にプロセスカートリッジＣを所定の要領で挿入し装着して本体ドア８６を閉じ込むことでなされる。更に、プロセスカートリッジＣは位置決め部９７と金属接点９６とを有し、画像形成装置本体Ｌに対して装着される。こうしてメモリ９０が本体Ｌの読み書き手段に正しく適合して電気信号の通信が可能になる。即ち、位置決め部９７と金属接点９６により、メモリ９０が画像形成装置本体Ｌと電気的に連結された状態になる。
【００３３】
また本実施の形態によれば、メモリ９０には、本体Ｌの演算値と比較される閾値情報が書き込まれて記憶される。この閾値情報は、工場出荷時等で予め本体内のメモリ（記憶部３０２（図３））に記憶される。この閾値情報は帯電制御方法を切り替える、例えば、放電電流値、帯電電流値、帯電電圧値等に関する情報である。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置における動作シーケンスの概略を説明する。
【００３５】
画像形成装置内の電源がオンになると初期工程が始まる。この初期工程では、メインモータが感光体ドラム１を回転駆動している間に、プロセスカートリッジＣの有り無し検知、転写ローラ５のクリーニング等が行われる。この初期工程が終了し、ホストコンピュータ（不図示）等から画像情報（プリント信号）が送られてこない場合は、この画像形成装置は待機（スタンバイ）状態に入り、感光ドラム１の回転駆動を停止して画像情報を待つ。また、初期工程中に画像情報を受信するとメインモータの回転駆動を継続し、初期工程から連続して画像形成前工程に入る。この画像形成前工程では、諸プロセス機器の準備動作が行われる。ここで主として、感光体ドラム１の予備帯電、レーザスキャナの立ち上げ、転写バイアスの決定、定着装置７０の温度調節等が行われる。こうして画像形成前工程が終了すると画像形成工程が開始される。この画像形成工程では、所定タイミングで転写材の給紙、感光体ドラム１への像露光、現像等が行われる。そして画像形成工程が終了すると、次の画像情報がある場合、次の転写材が到達するまでの間の紙間工程に入り、次の画像形成動作を待つ。また、画像形成動作の終了後、次の画像情報がない場合は、画像形成装置は画像形成後工程に入る。この画像形成後工程では、感光体ドラム１の表面の除電や、転写ローラ５に付着したトナーを感光体ドラム１へ吐き出す処理（転写ローラのクリーニング）等が行われている。こうして画像形成後工程が終了すると、画像形成装置は、再び待機（スタンバイ）状態となり、感光ドラム１の回転駆動が停止して次の画像情報を待つ。
【００３６】
図３は、本実施の形態に係る画像形成装置による放電電流制御を実現する機能構成を説明するブロック図で、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。
【００３７】
図において、制御部３００はメモリ９０へのデータの書込み及びメモリ９０からのデータの読出しを制御している。この制御部３００は、演算部３０１、記憶部３０２、交流電圧用駆動信号発生部３０３を有している。記憶部３０２は、画像形成時の放電電流値Ｉso及び紙間放電電流値Ｉso'を記憶している。また放電電流回路２００は、交流電流検出部２０１、電圧印加部２０２、制御部２０３、電圧振幅検出部２０４、微分振幅値検出部２０５を有している。これら各部の動作に関しては詳しく後述する。
【００３８】
図４は、本実施の形態に係る画像形成装置の放電電流回路２００による放電電流制御を説明する図で、前述の図面と共通する部分は同じ記号で示している。尚、この放電電流回路２００は、増幅回路４０２、フィルタ回路４０７、トランス２０７を含む正弦波電圧印加部２０２と交流電流検知部２０１等を有している。
【００３９】
制御部３００のＣＰＵがクロックパルス４００を出力すると、このクロックパルス４００は、プルアップ抵抗２１１とベース抵抗２１２を介して、トランジスタ２１３、プルアップ抵抗２１４からなる増幅器回路４０２に入力される。ここではオペアンプ２１６の出力に応じた振幅に増幅される。こうして増幅されたクロックパルスは、コンデンサ２１７を介して、抵抗２１８〜２２８、コンデンサ２２９〜２３３、オペアンプ２３５，２３６からなるフィルタ回路４０７に入力されて正弦波になる。この正弦波出力は、抵抗２３７〜２４１、コンデンサ２４２、ダイオード２４３、トランジスタ２４４〜２４６からなるドライブ回路２０６を介してトランス２０７に入力される。これによりトランス２０７から正弦波の交流高圧が発生する。このトランス２０７には、抵抗２４８を介して直流高圧回路２０８が接続されており、この直流電圧にトランス２０７から出力される正弦波を重畳した振動電圧が帯電ローラ２１に供給されている。
【００４０】
また交流電流検出部２０１は、コンデンサ２４９を介し、ダイオード２５０，２５１と、抵抗２５３とコンデンサ２５２を含む積分回路で構成され、抵抗２５４を介してオペアンプ２１６に電圧を入力する。オペアンプ２１６には、制御部３００のＣＰＵから出力制御信号４０１が抵抗２５５を介して入力されている。この出力制御信号４０１の電圧レベルに応じて増幅回路４０２から出力される電圧振幅が調整され、一定の出力電圧レベルとなるように交流電流値が制御されている。
【００４１】
また、この放電電流回路２００は、電圧振幅値検出部２０４であるピーク電圧検出回路４０３と微分振幅値検出部２０５である微分波形ピーク電圧検出回路４０４とを有することを特徴としている。帯電交流電圧は、コンデンサ２５３を介してダイオード２５７と２５８で分流されて、ピーク電圧検出回路４０３のオペアンプ２５９と抵抗２６０，２６１、コンデンサ２６２で構成された積分回路に入力される。この積分回路の出力は、ピーク電圧値に応じた直流電圧信号４０５として制御部３００に入力される。これにより制御部３００は、出力する交流電圧のピーク値を検出することができる。
【００４２】
また微分波形ピーク電圧検出回路４０４では、コンデンサ２５３のインピーダンスを、抵抗２６５の抵抗値に対して十分大きく設定している。これによりオペアンプ２６６の入力部に微分波形の半波形を発生させることができる。こうして微分された波形は、オペアンプ２６６，２６７、ダイオード２６８，２６９、抵抗２７０〜２７３、コンデンサ２７４で構成されたピーク電圧検出回路４０４によって直流電圧信号４０６に変換されて制御部３００に入力される。
【００４３】
制御部３００は、ＣＰＵと、ＣＰＵにより実行されるプログラムを記憶しているＲＯＭ３１０、ＣＰＵによる制御時にワークエリアとして使用されるＲＡＭ３１１、入出力ポート３１２、電圧出力用のＤ／Ａ変換器３１３、電圧値をデジタル化して入力するためのＡ／Ｄ変換器３１４とを有している。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る放電電流の検出方法について説明する。本実施の形態に係る画像形成装置では、帯電交流電圧のピーク値と帯電交流電圧の微分波形のピーク値（以下、微分波形ピーク電圧値）とを検出して放電電流値を算出することを特徴としている。
【００４５】
図５は、帯電ローラ２１に印加される交流電圧のピーク値及び微分波形のピーク値と帯電交流電流値（実効値）の特性を示す図である。
【００４６】
帯電交流電圧が放電開始電圧（Ｖh）の２倍以下の領域では、帯電電流値の帯電交流電圧に対する関係式は原点を通るほぼ比例の直線で表される。この領域では帯電ローラ２１と感光ドラム１との間の抵抗性負荷と容量性負荷に応じた電流が流れる。これに対して帯電交流電圧が放電開始電圧（Ｖh）の２倍以上の領域では、帯電ローラ２１と感光ドラム１との間に放電電流が発生し、この放電電流値が加算された帯電電流値Ｉcが流れる。放電開始領域では、交流電圧のピーク値は５００で表され、微分波形のピーク値は５０１で表される。ここで特性５００と５０１との関係から放電電流値を算出することができる。ここで交流電圧のピーク値Ｖa、微分波形のピーク値Ｖb、帯電電流Ｉcの場合に、放電電流値Ｉsは、下記の関係式（１）により求められる。
【００４７】
Ｉs＝Ｉc×（Ｖb−Ｖa）／Ｖb    ...式（１）
本実施の形態に係る画像形成装置では、交流電圧のピーク電圧値Ｖaをピーク電圧検出回路４０３で、微分波形のピーク値Ｖbを微分波形ピーク電圧検出回路４０４で検出する。また出力制御信号４０１の電圧レベルに応じて増幅回路４０２から出力される電圧振幅を調整して、その結果に基づいて帯電電流値Ｉcを調整して放電電流値を制御する。
【００４８】
次に本実施の形態に係る画像形成装置における制御シーケンスを図６〜図９のフローチャートと図３の機能ブロック図を参照して説明する。
【００４９】
図６〜図９は、本実施の形態に係る画像形成装置における制御処理を説明するフローチャートで、この処理を実行するプログラムは制御部３００のＲＯＭ３１０に記憶されており、ＣＰＵの制御の下で実行される。
【００５０】
まずステップＳ１０２で、この画像形成装置（レーザビームプリンタ）本体Ｌの電源がオンされるとステップＳ１０３に進み、定着装置７０を所定温度まで立ち上げる初期工程を実行する。その後、ステップＳ１０４で、プリント信号が入力されるかどうかを判定し、プリント信号が入力されるとステップＳ１０６に進み画像形成前工程を実行する。一方、プリント信号が入力されないとステップＳ１０５で、スタンバイ状態を維持してステップＳ１０４に戻る。
【００５１】
ステップＳ１０６での画像形成前工程の後ステップＳ１０７に進み、プロセスカートリッジＣのメモリ９０から放電電流の閾値Ｉst、制御電流の初期値Ｉciを読み込む。次にステップＳ１０８で、記憶部３０２から、画像形成時の放電電流の目標値Ｉsoを読み込む。次にステップＳ１０９で、（画像形成時の放電電流の目標値Ｉso−放電電流の閾値Ｉst≧０）かどうか、即ち、放電電流の目標値Ｉsoが放電電流の閾値Ｉstより大きいかどうかを判定する。目標値Ｉsoの方が大きい場合はステップＳ１１０に進み、目標値Ｉsaを放電電流の目標値Ｉsoに設定し、帯電電流値Ｉcaを初期値Ｉciに設定する。一方、目標値Ｉsoの方が小さい場合はステップＳ１１８（図７）に進む。
なお、ステップＳ１０９において、目標値Ｉsoと閾値Ｉstを比較して制御を変更しているのは以下の理由による。
目標値が閾値より大きい場合は、放電現象が安定していることを意味する。また、目標値が閾値以下の場合は、放電現象が不安定であることを意味している。つまり、放電現象の状態に応じて制御を変更している。特に、目標値が閾値以下の場合には放電現象が不安定であるため、後述する図７に示すような制御を行うのである。
ステップＳ１１０を実行した後ステップＳ１１１に進み、帯電電流Ｉcaの決定処理ルーチンを呼び出して、放電電流の目標値Ｉsoに収束する帯電電流値Ｉcaを求める。この帯電電流値Ｉcaは、画像形成工程を開始する時の制御電流の初期値になる。この制御電流の決定処理は、図８のフローチャートを参照して後述する。次にステップＳ１１２に進み、画像形成工程を開始する。ここでは放電電流の目標値Ｉsoを一定にするように制御する。次にステップＳ１１３で、放電電流の目標値ＩsbをＩsoに、帯電電流値Ｉcbを電流値Ｉcaに設定する。そしてステップＳ１１４で、帯電電流値Ｉcbとなるように出力制御信号４０１を出力（画像形成工程の帯電出力）して帯電ローラ２１による感光ドラム１の帯電を開始する。次にステップＳ１１５で、帯電電流Ｉcbの決定処理を実行して、放電電流の目標値Ｉsoに近づけるような帯電電流値Ｉcbを求める。尚、この帯電電流Ｉcbの決定処理は図９のフローチャートを参照して後述する。次にステップＳ１１６で、画像形成処理を終了するかどうかを判断して、終了するときはステップＳ１１７で、この処理を終了するが、そうでないときはステップＳ１１４に進み、前述した帯電処理を実行してステップＳ１１５に進む。
【００５２】
一方、前述のステップＳ１０９で、放電電流の目標値Ｉsoが放電電流の閾値Ｉstより小さいときはステップＳ１１８（図７）に進み、放電電流の目標値ＩsaをＩsoに設定し、帯電電流値Ｉcaを初期値Ｉciに設定する。そしてステップＳ１１９で、ステップＳ１１１と同様に帯電電流Ｉcaの決定処理を実行し、放電電流値Ｉstに収束する帯電電流値Ｉcaを求める。次にステップＳ１２０に進み、放電電流の目標値Ｉsaを放電電流値Ｉstに設定し、帯電電流値ＩctをＩcaに設定する。次にステップＳ１２１で、帯電電流値Ｉc1が（電流値Ｉct＋ΔＩc）となるように出力制御信号４０１を出力する。次にステップＳ１２２で、ピーク電圧検出回路４０３による検出値Ｖa1（４０５）をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ１２３で、微分波形ピーク電圧検出回路４０４の検出値Ｖb1（４０６）をＡ／Ｄ変換して読み込む。そしてステップＳ１２４で、ピーク検出値Ｖa1と微分波形のピーク検出値Ｖb1とから演算値Ｉs1を算出する。この演算は前述の式（１）に従って｛Ｉs1＝Ｉc1×（Ｖb1−Ｖa1）／Ｖb1｝により求められる。次にステップＳ１２５で、放電電流値Ｉst，帯電電流値Ｉct，演算値Ｉs1，帯電電流値Ｉc1から帯電電流値Ｉcoを算出する。これは式（２）により求められる。
【００５３】
Ｉc＝（（Ｉc1−Ｉct）／（Ｉs１−Ｉst））×（Ｉso−Ｉst）＋Ｉct    ...式（２）
次にステップＳ１２６に進み、画像形成工程を開始する。ここでは出力制御信号４０１により帯電電流値Ｉcoを一定にする制御を開始する。次にステップＳ１２７で、制御信号４０１により帯電電流値Ｉcoに設定する。これは画像形成工程における帯電電流である。そしてステップＳ１２８で、画像形成が終了したかどうかを判断し、終了すればこの処理を終了するが、そうでないときはステップＳ１２７に戻って、前述の処理を実行する。
【００５４】
次に図８のフローチャートを参照して、前述のステップＳ１１１，Ｓ１１９で実行する帯電電流Ｉcaを決定する処理を説明する。
【００５５】
まずステップＳ２０１で、出力制御信号４０１により帯電電流値Ｉcaを設定し、次にステップＳ２０２で、ピーク電圧検出回路４０３の検出値Ｖa（４０５）をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ２０３で、微分波形ピーク電圧検出回路４０４の検出値Ｖb（４０６）をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ２０４で、検出値Ｖaと検出値Ｖbから演算値Ｉsを｛Ｉs＝Ｉca×（Ｖb−Ｖa）／Ｖb｝に基づいて算出する。次にステップＳ２０５で、｜演算値Ｉs−目標値Ｉsa｜＜ΔＩsかどうかを判定し、そうであればこのままこの処理を終了する。
【００５６】
一方、そうでないときはステップＳ２０６に進み、（演算値Ｉs−目標値Ｉsa）＜０かどうか、即ち、演算値Ｉsが放電電流の目標値Ｉsa以下かどうかを判定し、そうであればステップＳ２０７に進み、帯電電流値Ｉcaを（Ｉc−ΔＩc）に設定してステップＳ２０１に戻る。一方、ステップＳ２０６で、演算値Ｉsが放電電流の目標値Ｉsa以上のときはステップＳ２０８に進み、帯電電流値Ｉcaを（Ｉc＋ΔＩc）に設定してステップＳ２０１に進む。
【００５７】
次に図９のフローチャートを参照して、前述のステップＳ１１５で実行する帯電電流Ｉcbの決定処理を説明する。
【００５８】
まずステップＳ２１０で、ピーク電圧検出回路４０３の検出値Ｖa（４０５）をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ２１１で、微分波形ピーク電圧検出回路４０４の検出値Ｖb（４０６）をＡ／Ｄ変換して読み込む。そしてステップＳ２１２で、これら検出値Ｖaと検出値Ｖbから演算値Ｉsを算出する。これは式｛Ｉs＝Ｉcb×（Ｖb−Ｖa）／Ｖb｝に基づいて求められる。次にステップＳ２１３で、（演算値Ｉs−目標値Ｉsb）＜０かどうか、即ち、演算値Ｉsが目標値Ｉsa以下かどうかを判定し、そうであればステップＳ２１４に進み、帯電電流値Ｉcbを（Ｉcb−ΔＩc）に設定してメインルーチンに戻る。一方、ステップＳ２１３で、演算値Ｉsが放電電流の目標値Ｉsa以上であればステップＳ２１５に進み、帯電電流値Ｉcbを（Ｉcb＋ΔＩc）に設定してメインルーチンに戻る。
【００５９】
ここで放電電流値制御と定電流値制御を切り換えるための放電電流の閾値Ｉstは、帯電ローラ２１ごとに設定するのが好ましい。
【００６０】
図１０は、帯電ローラ２１の帯電電流値と放電電流値のばらつきとの関係を説明する図である。
【００６１】
放電しない領域と、放電電流が大きく安定している領域では放電電流値のばらつきが小さい。これに対して、放電電流が小さい領域では、放電電流値のばらつきが大きい。これは、放電電流値が小さいと帯電ローラ２１の微少な抵抗ムラや表面形状のばらつきによって放電電流値が変動してしまうためと考えられる。従って、放電電流値のばらつきは、帯電ローラ２１によって異なり、カートリッジＣのメモリ９０に、制御を切り換える閾値を放電電流値のばらつきが少なくなる値に設定して記憶することが好ましい。
【００６２】
以上説明したように本実施の形態１によれば、放電電流値が小さい場合には、算出された放電電流値になるように定電流値制御を行うことで、帯電制御を安定化することができる。本実施の形態による効果を明確化するために、以下の評価を行った。
【００６３】
＜実験１＞
本実施の形態と比較例１と２について、電流値のばらつきと画像評価及び感光体ドラムの寿命評価を行った。
【００６４】
＜評価条件＞
環境：温度２５℃、湿度５０％Ｒｈ
プロセススピード（感光体表面の移動速度）：１５０ｍｍ／秒
帯電交流周波数：１６００Ｈｚ
感光体ドラム直径：３０φ
感光体ドラム表面層膜厚：１５μｍ
帯電ローラ  １−１
帯電ローラ長手長さ：３２０ｍｍ
クリーニングブレードの感光体ドラムに対する当接圧：４０ｇｆ／ｃｍ2
評価モード：２枚連続通紙後に休止時間を設ける間欠モード
図１７は、以上の条件の下での実験結果の比較例を示す図である。
【００６５】
「実施例１」は、放電電流値Ｉst＝５０μＡ、放電電流の目標値Ｉso＝４０μＡ、制御電流（帯電電流）の初期値Ｉci＝１９００μＡ、ΔＩs＝５μＡ、ΔＩc＝１０μＡとしている。「比較例１」は、放電電流制御（４０μＡ（一定））、「比較例２」は、放電電流制御（８０μＡ（一定））の場合である。
【００６６】
図において、画像のランクの「Ａ」は砂地画像が発生しない状態を示し、「Ｂ」は軽度の砂地画像が発生した状態をそれぞれ示している。
【００６７】
実施例１と比較例１と比較すると、小さい放電電流値で制御しているのにも拘わらず、放電電流値（算出値）と帯電電流値のばらつきを小さくできる。これにより、帯電不良時に発生する砂地画像の発生を抑えることができる。また、放電電流値のばらつきが小さい領域（大きな放電電流値）で制御を行った比較例２と比較すると、感光体ドラム１に対する放電のダメージを少なくできるので、感光ドラム１を長寿命化することができる。
【００６８】
このように本実施例１では、比較例１と比較して、放電電流値のばらつきを約４０％に抑えることができた。また比較例２と比較しても、感光体ドラム１の寿命を約２５％延ばすことができた。
【００６９】
以上説明した本実施の形態１では、帯電電流値による放電電流の制御を画像形成処理の前工程で行う場合を説明したが、電源投入時などの初期工程で行うこともできる。
【００７０】
また本実施の形態１では、放電電流の閾値を放電電流値が安定になる領域の最小値に設定しているので、定電流値制御に切り替わる時でも、高い精度で目標の放電電流値に合わせることができる。
【００７１】
以上説明したように本実施の形態１によれば、放電電流が小さい場合には、算出された放電電流値になるように定電流値制御を行うことで帯電制御を安定化できる。これにより、小型で安価な装置構成においても、放電電流値の制御範囲に拠らずに安定した制御を行うことができ、これにより画像不良の防止や感光ドラムの長寿命化を達成できる。
【００７２】
［実施の形態２］
次に本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、画像形成工程と、連続通紙時の通紙間工程（以下、紙間工程）で放電電流値を切り換える画像形成装置に適用される例で説明する。本実施の形態２に係る画像形成装置も画像形成工程と紙間工程の放電電流値を本体内の記憶部３０２に記憶して、プロセスカートリッジＣに備わったメモリ９０に記憶された放電電流値の閾値によって制御の手段の切り換えを行う。尚、この実施の形態２に係る画像形成装置のハードウェア構成は前述の実施の形態１のハードウェア構成と同じであるため、その説明を省略する。
【００７３】
図１１〜図１４は、本発明の実施の形態２に係る画像形成装置における処理を説明するフローチャートである。
【００７４】
尚、図１１及び図１２のステップＳ３０２〜Ｓ３１６，Ｓ３１８〜Ｓ３２８の処理は、前述の実施の形態１におけるステップＳ１０１〜Ｓ１１６，Ｓ１１８〜Ｓ１２８の処理と同じであるため、それらの処理ステップの説明を省略する。また帯電電流Ｉcaの決定処理は図８のフローチャートで、また帯電電流Ｉcbの決定処理は図９のフローチャートで実行される点は前述の実施の形態１と同様である。
【００７５】
ステップＳ３１６（図１１）で画像形成を終了するとステップＳ３３１（図１３）に進み、画像形成工程の終了後に、プリント信号があるか否かを判定する。ここでプリント信号がなければ処理を終了するが、プリント信号があるときはステップＳ３３２に進み、紙間工程を開始する。次にステップＳ３３３で、カートリッジＣのメモリ９０から放電電流の閾値Ｉst'、帯電電流の初期値Ｉci'を読み込む。次にステップＳ３３４で、本体の記憶部３０２から放電電流の目標値Ｉso'を読み込む。次にステップＳ３３５で、（目標放電電流値Ｉso'−閾値Ｉst'）≧０であるかどうかを判定し、そうであればステップＳ３３６に進み、Ｉsb＝Ｉso'、Ｉcb＝Ｉci'に設定する。次にステップＳ３３７に進み、出力制御信号４０１により帯電電流値Ｉcbに設定し、次にステップＳ３３８で、帯電電流Ｉcbの決定処理を実行して、放電電流の目標値Ｉsoに近づけるような帯電電流値Ｉcbを求める。そしてステップＳ３３９で、紙間工程を終了するかどうかを判定し終了するときはステップＳ３０７（図１１）に進み、前述の処理を実行する。一方、ステップＳ３３９で、紙間工程を終了しないときはステップＳ３３７に戻り、前述の処理を実行する。
【００７６】
またステップＳ３３５で、（目標放電電流値Ｉso'−閾値Ｉst'）≧０でないとき、即ち、目標放電電流値Ｉso'が閾値Ｉst'よりも小さいときはステップＳ３４１（図１４）に進み、Ｉsa＝Ｉst'，Ｉca＝Ｉci'に設定する。次にステップＳ３４２で、前述のステップＳ１１１の帯電電流Ｉcaの決定処理を実行し、放電電流値Ｉst'に収束する帯電電流値Ｉcaを求める。次にステップＳ３４３で、Ｉct'＝Ｉcaに設定する。次にステップＳ３４４で帯電電流値Ｉc1'を（Ｉct'＋ΔＩc）とし、ステップＳ３４５で、ピーク電圧検出回路Ａの検出値Ｖa1'をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ３４６で、微分波形ピーク電圧検出回路４０４の検出値Ｖb1'をＡ／Ｄ変換して読み込む。次にステップＳ３４７で、検出値Ｖa1'と検出値Ｖb1'から演算値Ｉs1'を、式｛Ｉs1'＝Ｉc1'×（Ｖb1'−Ｖa1'）／Ｖb1'｝に基づいて算出する。そしてステップＳ３４８で、Ｉst'，Ｉct'，Ｉs1'，Ｉc1'からＩco'を算出する。この算出式は、
Ｉco'＝（（Ｉc1'−Ｉct'）／（Ｉs1'−Ｉst'））×（Ｉso'−Ｉst'）＋Ｉct'
である。次にステップＳ３４９で、出力制御信号４０１により帯電電流値Ｉco'を設定する。そしてステップＳ３５０で、紙間工程を終了するかどうかを判定する。終了しないときはステップＳ３４９に戻るが、終了するときはこの処理を終了する。
【００７７】
紙間工程での放電電流値の切り換えは、特に定着装置７０における定着性を維持するために通紙間隔を調整するように制御する画像形成装置に適用すると、感光体ドラム１の寿命維持ができるので有効である。
【００７８】
また本実施の形態２では、紙間工程での放電電流値の切り換えを行う例を示したが、その他初期工程、画像形成前工程、画像形成後工程等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係るプロセスカートリッジを説明する図である。
【図３】本実施の形態に係る画像形成装置による放電電流制御を実現する機能構成を説明するブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る画像形成装置の放電電流回路による放電電流制御を説明する図である。
【図５】帯電ローラに印加される交流電圧のピーク値及び微分波形のピーク値と帯電交流電流値（実効値）の特性を示す図である。
【図６】、
【図７】、
【図８】、
【図９】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置による制御処理を説明するフローチャートである。
【図１０】帯電ローラの帯電電流値と放電電流値のばらつきとの関係を説明する図である。
【図１１】、
【図１２】、
【図１３】、
【図１４】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置における処理を説明するフローチャートである。
【図１５】帯電ローラに帯電交流電圧Ｖcを印加した際、帯電ローラに流れる電流Ｉcの特性を表した図である。
【図１６】出力電圧波形（Ａ）とその微分波形（Ｂ）の関係を示す図である。
【図１７】本実施の形態における実験結果の比較例を示す図である。
【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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【図１６】
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【図１７】
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