(57)【要約】【課題】接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において発生することのある砂地状の画像不良を抑制することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体２と、第１の帯電手段１１と、第１の帯電手段よりも感光体の移動方向において下流側の第２の帯電手段１２と、第１の帯電手段に電圧を印加する第１の電源Ｓ１と、第２の帯電手段に電圧を印加する第２の電源Ｓ２と、露光手段３と、現像手段４と、を有し、第１の電源Ｓ１は直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を第１の帯電手段１１に印加し、第２の電源Ｓ２は、第１の電源Ｓ１が第１の帯電手段１１に印加する直流電圧との電位差が放電開始電圧Ｖｔｈ未満となる直流電圧を第２の帯電手段１２に印加する構成とする。【選択図】図１
2012132948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
移動する前記感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第１の帯電手段と、
前記第１の帯電手段よりも前記感光体の移動方向において下流側で、移動する前記感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第２の帯電手段と、
前記第１の帯電手段に電圧を印加する第１の電源と、
前記第２の帯電手段に電圧を印加する第２の電源と、
帯電処理された前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
を有し、
前記第１の電源は直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を前記第１の帯電手段に印加し、前記第２の電源は、前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差が放電開始電圧未満となる直流電圧を前記第２の帯電手段に印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第２の電源が前記第２の帯電手段に印加する直流電圧と前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差をΔＶ２、前記放電開始電圧をＶｔｈとしたとき、
Ｖｔｈ−２００［Ｖ］≦ΔＶ２≦Ｖｔｈ−５０［Ｖ］
の関係を満たす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】
更に、前記第２の帯電手段よりも前記感光体の移動方向において下流で、移動する前記感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第３の帯電手段と、前記第３の帯電手段に電圧を印加する第３の電源と、を有し、前記第３の電源は、前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差が放電開始電圧未満となり、且つ、該電位差が、前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧を基準として、前記第２の電源が前記第２の帯電手段に印加する直流電圧と前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差とは逆極性の電位差となる直流電圧を前記第３の帯電手段に印加することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第３の電源が前記第３の帯電手段に印加する直流電圧と前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差をΔＶ３、前記放電開始電圧をＶｔｈとしたとき、
Ｖｔｈ−２００［Ｖ］≦ΔＶ３≦Ｖｔｈ−５０［Ｖ］
の関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
環境と前記放電開始電圧との関係を示す情報を記憶する記憶手段を有し、前記放電開始電圧として、当該画像形成装置の雰囲気環境に対応して前記記憶手段から読み出した前記放電開始電圧の情報を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第１の電源から前記第１の帯電手段に電圧を出力する際に前記第１の帯電手段に流れる電流値を測定する電流値測定手段を有し、前記放電開始電圧として、前記電流値測定手段の測定結果から算出された前記放電開始電圧の情報を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項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、電子写真方式を用いた複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、より詳細には、電子写真感光体に接触してこれを帯電処理する接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置において、電子写真感光体（感光体）を帯電処理する帯電手段としては、一般に、スコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を利用した非接触帯電方式の帯電装置が多用されてきた。
【０００３】
このような接触帯電方式に対して、最近では導電性のローラ型の帯電部材を感光体に接触させて、その帯電部材に帯電電圧（帯電バイアス）を印加する接触帯電方式が利用されている。
【０００４】
例えば、導電性ゴムのローラ（帯電ローラ）をドラム型の感光体である感光ドラムに接触させ、感光ドラムの回転とともに従動回転させる。この帯電ローラの軸となる芯金に電圧を供給することにより、感光ドラムを一様に帯電処理する。このとき、帯電ローラと感光ドラムとの間に生じている微小ギャップでの放電により感光ドラムの外周面が帯電処理される。このような帯電ローラを用いた接触帯電方式は、非接触帯電方式に比べて放電間隔が狭いため、オゾンの発生がほとんどなく、又印加電圧も非接触帯電方式に比べ小さくて済むという利点がある。
【０００５】
具体的には、帯電電圧として、放電開始電圧Ｖｔｈに、必要とされる感光ドラムの帯電電位Ｖｄ（目標帯電電位）を足した直流電圧を印加する、ＤＣ帯電方式がある。例えば、放電開始電圧Ｖｔｈは、ＯＰＣ感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、温度２３℃、湿度５０％の環境で約５５０Ｖとなる。
【０００６】
又、環境や装置の使用量の増加による電位の変動を改善する目的として、次のようなＡＣ帯電方式がある（特許文献１）。ＡＣ帯電方式では、帯電電圧として、必要とされる感光ドラムの帯電電位Ｖｄ（目標帯電電位）に相当する直流電圧（直流成分）と、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧Ｖｐｐを持つ交流電圧（交流成分）と、を重畳した振動電圧を印加する。この振動電圧の交流成分の波形は、正弦波、矩形波、三角波などとされる。或いは、この振動電圧は、直流電源を周期的にオン・オフすることによって形成された矩形波電圧とされることもある。
【０００７】
一般に、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して、消費電力が少量で安価であり、装置も小型で省スペース化を図ることができるという利点がある。しかしながら、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比べて、放電領域が狭く、ＡＣ放電電流の均し効果がないために、帯電ローラの微小な電気抵抗値のムラに起因したスジ状の帯電不良が発生し易い。又、ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比べて、所望の帯電電位Ｖｄに制御することが難しくなり、感光ドラムの表面電位の安定性が悪くなることがある。環境や帯電ローラの材料などの製造時の電気抵抗値の振れ、装置の使用量の増加などによって、所望の帯電電位Ｖｄにするために必要な印加電圧が変わるためである。この対策として、感光ドラムの表面電位を常に測定する電位センサを感光ドラムの近傍に設置し、測定した電位に基づいて帯電電圧を設定する手段がある。しかし、この手段では電位センサを設置するスペースが必要であり、コストも高くなるという課題がある。
【０００８】
一方、ＡＣ帯電方式は、均一な帯電（除電）処理をすることが可能であり、高画質化に対して有効である。又、帯電電圧の交流電圧（交流成分）が放電する条件であれば、帯電後の感光ドラムの表面電位が、帯電電圧の直流電圧（直流成分）と同電位に収束するという特性があるため、電位センサが不要となる。しかしながら、ＡＣ帯電方式は、ＤＣ帯電方式に比べて放電電流量が多くなり、感光ドラムの劣化を促進するとともに、放電生成物に起因する「画像流れ」といわれる画像不良が発生し易い。この対策として、帯電電圧の交流電圧を必要最小限とすること（即ち、交流電圧のピーク間電圧の最小化）により、ＡＣ放電を最小限とすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−１４９６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述のように帯電電圧の交流電圧のピーク間電圧の最小化を行うと、帯電ローラと感光ドラムとの間に流れるＡＣ放電電流は減るが、放電が不安定となり、局所的に過剰に放電（異常放電）することに起因する砂地状の画像不良が発生し易い。
【００１１】
上述の異常放電が発生する原因は、次のように考えられる。即ち、帯電ローラと感光ドラムとの接触部（ニップ）及びその近傍の微小空隙内で放電が発生し始める程度の電圧が、帯電ローラに印加される。この場合、帯電ローラの電気的な物性の分布、或いは帯電ローラや感光ドラムの表面の凹凸などの幾何学形状などの要因により、帯電ローラと感光ドラムとの間の放電が発生し得る領域内の一部でのみ放電が発生することがある。この一部分での放電によりインピーダンスが下がった放電空間に集中的に電流が流れ、部分的に過剰放電することがある。
【００１２】
そして、このような異常放電によって、感光ドラムが局所的に異常な電位となり、その部分にはトナーが付着しなくなったり、逆にトナーが大量に付着したりするため、画像を出力した際に砂地状の画像不良となる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において発生することのある砂地状の画像不良を抑制することの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】
【００１４】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、感光体と、移動する前記感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第１の帯電手段と、前記第１の帯電手段よりも前記感光体の移動方向において下流側で、移動する前記感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第２の帯電手段と、前記第１の帯電手段に電圧を印加する第１の電源と、前記第２の帯電手段に電圧を印加する第２の電源と、帯電処理された前記感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、を有し、前記第１の電源は直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を前記第１の帯電手段に印加し、前記第２の電源は、前記第１の電源が前記第１の帯電手段に印加する直流電圧との電位差が放電開始電圧未満となる直流電圧を前記第２の帯電手段に印加することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において発生することのある砂地状の画像不良を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る画像形成装置に設けられた帯電ローラの概略構成を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る画像形成装置の動作シーケンス図である。
【図４】（ａ）本発明の一実施例に係る画像形成装置に設けられた第１の帯電ローラ、（ｂ）第２の帯電ローラ、（ｃ）第３の帯電ローラのそれぞれに対する帯電電圧印加系のブロック回路図である。
【図５】本発明の一実施例に係る画像形成装置における第１の帯電部を通過した後の感光ドラムの表面電位を模式的に示すグラフ図である。
【図６】図５に示す感光ドラムの表面電位の状態で形成されたハーフトーン画像のイメージ図である。
【図７】（ａ）感光ドラムの表面電位と第２の帯電ローラに印加される帯電電圧との関係、（ｂ）第２の帯電部を通過した後の感光ドラムの表面電位を模式的に示す説明図である。
【図８】図７（ｂ）の右図に示す感光ドラムの表面電位の状態で形成されたハーフトーン画像のイメージ図である。
【図９】（ａ）感光ドラムの表面電位と第３の帯電ローラに印加される帯電電圧との関係、（ｂ）第３の帯電部を通過した後の感光ドラムの表面電位を模式的に示す説明図である。
【図１０】図９（ｂ）の右図に示す感光ドラムの表面電位の状態で形成されたハーフトーン画像のイメージ図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る第１の帯電ローラに対する帯電電圧印加系のブロック回路図である。
【図１２】放電開始電圧を検出する方法を説明するための第１の帯電ローラに印加した交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐと第１の帯電ローラに流れるＤＣ電流値との関係を示すグラフ図である。
【図１３】帯電ローラと感光ドラムとの空隙の距離と、電位の関係を模式的に示す説明図である。
【図１４】異常電流が発生する条件での、時間に対する帯電ローラに流れるＡＣ電流の関係を示すグラフ図である。
【図１５】（ａ）感光ドラムの表面電位と現像バイアスの直流成分の電位との関係、（ｂ）出力されるハーフトーン画像の模式図である。
【図１６】帯電電圧の交流電圧の周波数と、砂地消失電流値との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１８】
実施例１
１．画像形成装置の全体構成及び動作
図１は、本発明の一実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１は、接触帯電方式を採用した電子写真方式のレーザビームプリンタである。
【００１９】
画像形成装置１は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（感光体）、即ち、感光ドラム２を有する。本実施例では、感光ドラム２は、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）感光体ドラムである。本実施例では、感光ドラム２の外径は３０ｍｍであり、中心支軸を中心に１３０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で図中矢印Ｒ１方向（反時計回り）に回転駆動される。本実施例では、感光ドラム２は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）の表面に、光電荷発生層と、電荷輸送層（厚さ約２０μｍ）と、を下から順に塗り重ねた構成を有する。
【００２０】
画像形成装置１は、感光ドラム２の表面を帯電処理する接触帯電方式の帯電手段として、ローラ型の帯電部材である、第１の帯電ローラ１１、第２の帯電ローラ１２及び第３の帯電ローラ１３を有する。第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３は、それぞれ感光ドラム２に対して接触している。又、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３は、感光ドラム２の表面の移動方向において、上流側から下流側にこの順番で配設されている。第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３は、それぞれ感光ドラム２との間の微小ギャップにて生じる放電現象を利用して、感光ドラム２の表面を帯電処理する。第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３と感光ドラム２との接触部（接触領域）が、それぞれ第１、第２、第３の帯電ニップである。各帯電ローラ１１、１２、１３は、感光ドラム２の表面の移動方向において、各帯電ニップの上流側及び下流側に、それぞれ各帯電ローラ１１、１２、１３の表面と感光ドラム２の表面との間の微小空隙（帯電ギャップ）を形成する。各帯電ローラ１１、１２、１３は、その上流側の微小空隙及び下流側の微小空隙のうち少なくとも一方で生じる放電により感光ドラム２の表面の帯電処理を行う。ここでは、便宜的に、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３の各帯電ニップ並びにその上流側及び下流側の放電が生じる微小空隙を含む領域をそれぞれ、感光ドラム２の帯電処理が行われる第１、第２、第３の帯電部（帯電位置）ａ１、ａ２、ａ３とする。尚、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３は、それぞれの回転軸線が感光ドラム２の回転軸線と略平行になるように感光ドラム２に接触して配設される。
【００２１】
図２を参照して、第１の帯電ローラ１１を例に、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３の構成について説明する。本実施例では、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３として、それぞれ実質的に同一の寸法、材質のものを用いた。
【００２２】
第１の帯電ローラ１１は、導電性の弾性ローラである。第１の帯電ローラ１１は、芯金１１ａと、この芯金１１ａの外周に同心一体にローラ状に形成した、下層（導電性弾性層）１１ｂと、その外周面に形成した中間層（高抵抗被覆層）１１ｃと、更にその外周面に形成した表層（保護被覆層）１１ｄと、を有する。中間層１１ｃは、帯電不良を防止するなどのためのものである。表層１１ｄは、感光ドラム２に対する第１の帯電ローラ１１の固着を防止するなどのためのものである。
【００２３】
第１の帯電ローラ１１は、芯金（支持部材）１１ａの長手方向の両端部が、それぞれ軸受部材１１ｅによって回転可能に支持されると共に、付勢手段としての押圧ばね１１ｆにより感光ドラム２の表面に対して所定の圧力で押圧される。これにより、第１の帯電ローラ１１は、感光ドラム２の表面に圧接され、本実施例では感光ドラム２の回転に従動して図中矢印Ｒ２方向（時計回り）に回転する。感光ドラム２と第１の帯電ローラ１１との圧接部（接触領域）が第１の帯電ニップである。
【００２４】
より詳細には、本実施例では、第１の帯電ローラ１１は長手方向の長さが３２０ｍｍ、直径が１４ｍｍである。又、上述のように、第１の帯電ローラ１１は、芯金１１ａの外回りに、下層１１ｂと、中間層１１ｃと、表層１１ｄと、を下から順次に積層した３層構成である。芯金１１ａは、直径が６ｍｍのステンレス製の丸棒で形成されている。下層１１ｂは、カーボンが分散された発泡ＥＰＤＭで形成され、比重が０．５ｇ／ｃｍ3、体積抵抗値が１０2〜１０9Ωｃｍであり、層厚は約３．５ｍｍである。中間層１１ｃは、カーボンが分散されたＮＢＲゴムで形成され、体積抵抗値が１０2〜１０5Ωｃｍであり、層厚は約５００μｍである。表層１１ｄは、フッ素化合物のアルコール可溶性ナイロン樹脂に酸化錫、カーボンを分散した構成であり、体積抵抗値は１０7〜１０10Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲｚ）は１．５μｍ、層厚は約５μｍである。下層１１ｂの材料としては、ＳＢＲなどに導電性カーボンを分散したものを用いることもできる。
【００２５】
尚、上述のように、本実施例では、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３として、実質的に同一の寸法、材質のものを用いた。第２、第３の帯電ローラ１２、１３はそれぞれ、概略、芯金１２ａ、１３ａ、下層１２ｂ、１３ｂ、中間層１２ｃ、１３ｃ、表層１２ｄ、１３ｄを有し、軸受け１２ｅ、１３ｅによって軸支されると共に、押圧ばね１２ｆ、１３ｆで感光ドラム２の表面に圧接される。但し、各帯電部材の構成は、本実施例のものに限定されるものではない。
【００２６】
図１に示すように、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３の芯金１１ａ、１２ａ、１３ａには、それぞれ帯電電圧印加手段としての第１の電源Ｓ１、第２の電源Ｓ２、第３の電源Ｓ３から、所定の条件の帯電電圧（帯電バイアス）が印加される。本実施例では、第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３には、押圧ばね１１ｆ、１２ｆ、１３ｆ、及び芯金１１ａ、１２ａ、１３ａを介して、第１、第２、第３の電源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３から帯電電圧が印加される。
【００２７】
本実施例では、第１の電源Ｓ１は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を第１の帯電ローラ１１に印加する。一方、本実施例では、第２の電源Ｓ２及び第３の電源Ｓ３は、それぞれ直流電圧のみを第２の帯電ローラ１２、第３の帯電ローラ１３に印加する。回転する感光ドラム２の表面は、主に第１の帯電ローラ１１に印加される帯電電圧によって、所定の極性の所定の電位に略一様に帯電処理される。本実施例では、感光ドラム２の表面は、−６００Ｖに略一様に帯電処理される。第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３に印加する帯電電圧の設定については後述して詳しく説明する。
【００２８】
画像形成装置１は、帯電処理された感光ドラム２の表面に静電潜像（静電像）を形成する露光手段（情報書き込み手段）としての露光装置３を有する。本実施例では、露光装置３は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。露光装置３は、画像形成装置１に接続された画像読み取り装置（図示せず）などのホスト処理装置から画像形成装置１に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光Ｌを出力する。そして、露光装置３は、帯電処理された回転する感光ドラム２の表面を、露光部（露光位置）ｂにおいて、上記レーザ光Ｌで走査露光（イメージ露光）する。これにより、感光ドラム２の表面のレーザ光Ｌで照射された部分の電位が低下し、回転する感光ドラム２の表面に画像情報に対応した静電潜像が順次に形成される。
【００２９】
画像形成装置１は、現像手段としての現像装置４を有する。現像装置４は、感光ドラム２上の静電潜像に応じて感光ドラム２上にトナーを供給し、静電潜像をトナー像（現像剤像）として現像する。本実施例では、現像装置４は、帯電処理された後に露光により電位が低下させられた感光ドラム２上の露光部（明部）に、感光ドラム２の帯電極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを付着させる反転現像方式により、静電潜像の現像を行う。又、本実施例では、現像装置４は、トナー（非磁性トナー粒子）とキャリア（磁性キャリア粒子）とを備えた二成分現像剤による磁気ブラシを、感光ドラム２に接触させながら静電潜像の現像を行う二成分接触現像方式を採用している。
【００３０】
現像装置４は、現像容器４ａと、二成分現像剤を担持して感光ドラム２との対向部である現像部（現像位置）ｃに搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ４ｂと、を有する。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露出させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置されている。現像スリーブ４ｂは、非磁性材料で形成されている。現像スリーブ４ｂ内には、現像容器４ａに対して非回転に固定されたマグネットローラ４ｃが挿設されている。又、現像スリーブ４ｂに対向して、現像スリーブ４ｂ上に二成分現像剤をその量を規制しながら塗布する現像剤規制手段としての現像ブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、二成分現像剤４ｅを収容しており、現像容器４ａ内の底部側には現像剤攪拌部材４ｆが配設されている。又、補給用トナーが補給現像剤容器としてのトナーホッパー（図示せず）に収容されている。
【００３１】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅは、主にトナー（非磁性トナー粒子）とキャリア（磁性キャリア粒子）との混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。本実施例では、キャリアは、体積抵抗率が約１０13Ωｃｍ、粒径（体積平均粒径）が約４０μｍである。レーザ回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定し、体積５０％メジアン径をもって、上記キャリアの粒径（体積平均粒径）とした。又、本実施例では、トナーは、通常は、キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。即ち、本実施例では、トナーの正規の帯電極性は、負極性である。
【００３２】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム２との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）が３５０μｍに保持されて、感光ドラム２に対向して配設されている。この感光ドラム２と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部（現像位置）ｃである。本実施例では、現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおける現像スリーブ４ｂの表面の移動方向と感光ドラム２の表面の移動方向とが逆方向になるように回転駆動される。現像スリーブ４ｂ内のマグネットローラ４ｃの磁気により、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅの一部が現像スリーブ４ｂの外周面に吸着され、磁気ブラシ層として保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴って搬送され、現像ブレード４ｄにより所定の薄さの層に整層される。そして、この磁気ブラシ層は、現像部ｃにおいて感光ドラム２の表面に接触して、感光ドラム２の表面を適度に摺擦する。
【００３３】
現像スリーブ４ｂには、現像電圧印加手段としての現像電源Ｓ４から、所定の条件の現像電圧（現像バイアス）が印加される。本実施例では、現像電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、−４５０Ｖの直流電圧と、周波数９．０ｋＨｚ、ピーク間電圧１．８ｋＶ、矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。
【００３４】
回転する現像スリーブ４ｂ上に薄層としてコーティングされ、現像部ｃに搬送された現像剤４ｅ中のトナーが、現像電圧により感光ドラム２と現像スリーブ４ｂとの間に形成される電界によって、感光ドラム２の表面に静電潜像に対応して選択的に付着する。これにより、感光ドラム２上の静電潜像がトナー像として現像される。感光ドラム２上に形成されたトナー像のトナーの帯電量は、温度２３℃、絶対水分量１０．６ｇ／ｍ3の環境下では、約−２５μＣ／ｇである。現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の二成分現像剤の薄層は、引き続く現像スリーブ４ｂの回転に伴って現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００３５】
本実施例では、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度は、次のようにして略一定の範囲内に維持される。即ち、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度が、光学式のトナー濃度センサなどによって検知され、その検知情報に応じてトナーホッパーの駆動が制御されて、トナーホッパー内のトナーが現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅに補給される。二成分現像剤４ｅに補給されたトナーは、攪拌部材４ｆにより攪拌される。
【００３６】
画像形成装置１は、転写手段としてのローラ型の転写部材である転写ローラ５を有する。転写ローラ５は、感光ドラム２に所定の押圧力をもって圧接されている。この転写ローラ５と感光ドラム２との圧接部（ニップ）が転写部（転写位置）ｄである。この転写部ｄに、記録材Ｐの給送機構部（図示せず）から、所定の制御タイミングにて、記録材Ｐが給送される。
【００３７】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、感光ドラム２と転写ローラ５との間に挟持されて搬送される。その間、転写ローラ５には、転写電圧印加手段としての転写電源Ｓ５から、トナーの正規の帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写電圧（転写バイアス）が印加される。本実施例では、転写電圧として＋６００Ｖの直流電圧が転写ローラ５に転写電源Ｓ５から印加される。これにより、感光ドラム２と転写ローラ５とに挟持されて搬送されていく記録材Ｐの表面に、感光ドラム２上のトナー像が順次に静電的に転写されていく。
【００３８】
トナー像が転写された記録材Ｐは、感光ドラム２の表面から順次に分離されて、定着手段としての定着装置６へと搬送される。本実施例では、定着装置６は、熱ローラ定着装置である。記録材Ｐは、この定着装置６によってトナー像の定着処理を受けた後に、画像形成物（プリント、コピー）として画像形成装置１から出力される。
【００３９】
又、転写紙Ｐへのトナー像の転写後に感光ドラム２の表面に残留したトナー（転写残トナー）は、クリーニング部ｅにおいて、クリーニング装置７によって感光ドラム２の表面から除去されて回収される。転写残トナーを除去する手段として、クリーニング装置７を用いる代わりに、転写残トナーの電荷を適正化する手段を設けて、これにより電荷が適正化された転写残トナーを現像装置４において現像動作と同時に回収するクリーナレス方式を採用してもよい。
【００４０】
次に、図３を参照して、画像形成装置１の動作シーケンスについて更に説明する。
【００４１】
（１）初期回転動作（前多回転工程）
画像形成装置１の起動時の始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。電源スイッチのオンにより、感光ドラム２が回転駆動され、又定着装置６の所定温度への立ち上げなど、所定のプロセス機器の準備動作が実行される。
【００４２】
（２）印字準備回転動作（前回転工程）
プリント信号のオンから実際に画像形成（印字）工程動作がなされるまでの間の画像形成前の準備回転動作期間である。この動作は、初期回転動作中にプリント信号が入力されたときには、初期回転動作に引き続いて実行される。プリント信号の入力がないときには、初期回転動作の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて、感光ドラム２の回転駆動が停止され、画像形成装置１はプリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保たれる。プリント信号が入力されると、印字準備回転動作が実行される。本実施例では、この印字準備回転動作期間において、印字工程の帯電工程において第１の帯電ローラ１１に印加される交流電圧のピーク間電圧値を演算及び決定するプログラムが実行される。この帯電電圧の値の演算及び決定の制御については後述して詳しく説明する。
【００４３】
（３）印字工程（画像形成工程、作像工程）
所定の印字準備回転動作が終了すると、引き続いて、前述のような感光ドラム２上のトナー像の形成、感光ドラム２上に形成されたトナー像の記録材Ｐへの転写、定着装置６によるトナー像の定着処理などがなされて、画像形成物が画像形成装置１から出力される。連続印字（連続プリント）モードの場合は、印字工程は、設定された所定のプリント枚数（ｎ枚）分繰り返して実行される。
【００４４】
（４）紙間工程
連続印字モードにおいて、一の記録材Ｐの後端部が転写部ｄを通過した後、次の記録材Ｐの先端部が転写部ｄに到達するまでの間の、転写部ｄにおける記録材Ｐの非通紙状態期間である。
【００４５】
（５）後回転動作
１枚だけのプリントの場合は１枚の記録材Ｐ（連続印字モードの場合は最後の記録材Ｐ）に対する印字工程が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動が継続されて、感光ドラム２が回転駆動され、所定の準備動作が実行される期間である。
【００４６】
（６）スタンバイ
所定の後回転動作が終了すると、メインモータの駆動が停止されて、感光ドラム２の回転駆動が停止され、画像形成装置１は次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。１枚だけのプリントの場合は１枚の記録材Ｐ（連続印字モードの場合は最後の記録材Ｐ）に対するプリント終了後、画像形成装置１は後回転動作を経て、スタンバイ状態になる。スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力されると、画像形成装置１は前回転工程に移行する。
【００４７】
上記（３）の印字工程時が画像形成時であり、上記（１）の初期回転動作、上記（２）の前回転動作、上記（４）の紙間工程及び上記（５）の後回転動作が非画像形成時である。
【００４８】
２．帯電電圧印加系
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第１、第２、第３の帯電ローラ１１、１２、１３に対する帯電電圧印加系のブロック回路図である。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、第１の帯電ローラ１１に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段である第１の電源Ｓ１は、直流電源（ＤＣ電源）１１ｇと交流電源（ＡＣ電源）１１ｈとを有する。第１の電源Ｓ１から、直流電圧と交流電圧とを重畳した所定の振動電圧が、芯金１１ａを介して第１の帯電ローラ１１に印加される。これにより、回転する感光ドラム２の周面が所定の電位に略一様に帯電処理される。
【００５０】
図４（ｂ）に示すように、第２の帯電ローラ１２に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段である第２の電源Ｓ２は、直流電源１２ｇを有している。即ち、交流電源は有していない。第２の電源Ｓ２から、直流電圧が、芯金１２ａを介して第２の帯電ローラ１２に印加される。これにより、感光ドラム２の周面における所望の帯電電位Ｖｄよりも第１の極性（本実施例では負極性）側に大きく帯電していた部分の電位を所望の帯電電位Ｖｄに近づける。
【００５１】
図４（ｃ）に示すように、第３の帯電ローラ１３に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段である第３の電源Ｓ３は、直流電源１３ｇを有している。即ち、交流電源は有していない。第３の電源Ｓ３から、直流電圧が、芯金１３ａを介して第３の帯電ローラ１３に印加される。これにより、感光ドラム２の周面における所望の帯電電位Ｖｄよりも第２の極性（本実施例では正極性）側に大きく帯電していた部分の電位を所望の帯電電位Ｖｄに近づける。
【００５２】
第２の電源Ｓ２と第３の電源Ｓ３とは、出力する直流電圧の値が異なるが、同様の構成とされている。
【００５３】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示すように、第１、第２、第３の電源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の動作は、制御手段としての共通の制御回路１４によって制御される。即ち、制御回路１４は、直流電源１１ｇから第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧値、及び交流電源１１ｈから第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧値を制御する機能を有する。又、制御回路１４は、直流電源１２ｇから第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧値を制御する機能を有する。更に、制御回路１４は、直流電源１３ｇから第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧値を制御する機能を有する。
【００５４】
又、制御回路１４は、環境に対して予め放電開始電圧Ｖｔｈを求めた環境テーブルなどが記憶された記憶手段としてのメモリ部（図示せず）を備えている。又、制御回路１４には、画像形成装置１に設けられた環境検知手段としての環境センサ（温湿度センサ）（図示せず）が接続されている。そして、制御回路１４は、印字工程の帯電工程において第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧値を演算及び決定するプログラムを実行する機能を有する。本実施例では、制御回路１４は、制御回路１４は、メモリ部に記憶された環境テーブルの情報と、環境センサから入力される画像形成装置１の雰囲気環境の温湿度情報とから、上記交流電圧のピーク間電圧値を演算及び決定する。
【００５５】
ここで、図１３を参照して、放電開始電圧Ｖｔｈについて説明する。図１３は、帯電ローラと感光ドラムとの間の空隙の距離と、電位との関係を模式的に示した図である。
【００５６】
上記空隙の距離をＺ、感光ドラムの膜厚をｄ、感光ドラムの比誘電率をεｒとして、帯電ローラにＶｐなる直流電圧を印加するものとしたとき、上記空隙における電圧Ｖｇは、下記式（１）で表現される。
Ｖｇ＝Ｚ／（Ｚ＋ｄ／εｒ）×Ｖｐ  ・・・（１）
【００５７】
この系において、放電が開始されるときの上記空隙における電圧をＶｇ０とすると、帯電ローラに印加する直流電圧が放電開始電圧Ｖｔｈとなるため、上記式（１）は、下記式（２）のように書き換えられる。
Ｖｇ０＝Ｚ／（Ｚ＋ｄ／εｒ）×Ｖｔｈ  ・・・（２）
【００５８】
一方、上記空隙における電圧Ｖｇは、パッシェンの法則により、下記式（３）のように、上記空隙の気圧ｐと上記空隙の距離Ｚとの関数で表される。
Ｖｇ＝ｆ（ｐ，Ｚ）  ・・・（３）
【００５９】
放電開始電圧Ｖｔｈを印加した際には、上記式（２）、上記式（３）でＶｇ０＝Ｖｇであるから、下記式（４）が導かれる。
Ｖｔｈ＝（Ｚ＋ｄ／εｒ）／Ｚ×ｆ（ｐ，Ｚ）  ・・・（４）
【００６０】
このように、放電開始電圧Ｖｔｈは、上記空隙の距離Ｚ、感光ドラムの膜厚ｄ、感光ドラムの比誘電率εｒ、上記空隙の気圧ｐなどから決定される値である。
【００６１】
３．第１の帯電ローラに対する帯電電圧の制御
次に、印字工程時に第１の帯電ローラ１１に印加する帯電電圧の制御方法について説明する。
【００６２】
本実施例では、第１の帯電ローラ１１に印加する帯電電圧は、−６００Ｖの直流電圧と、ピーク間電圧Ｖｐｐが１２００Ｖで周波数ｆが１．５ｋＨｚの交流電圧と、を重畳した振動電圧とした。
【００６３】
尚、ここでは、温度２３℃、湿度５０％の環境で制御が行われるものとする。
【００６４】
本実施例では、上述のように、環境に対して予め放電開始電圧Ｖｔｈを求めた環境テーブルが、制御回路１４のメモリ部に記憶されている。又、上述のように、制御回路１４には、環境センサから画像形成装置１の雰囲気環境の温湿度情報が入力される。そして、制御回路１４は、現在の環境に対応して環境テーブルから読み出したＶｔｈの値を用いて、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、次式によって決定する。
Ｖｐｐ＝２×Ｖｔｈ＋１００［Ｖ］
【００６５】
上記環境（温度２３℃、湿度５０％）では、Ｖｔｈ＝５５０Ｖであるため、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは１２００Ｖである。
【００６６】
このようにして決定された第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは、放電電流を必要最小限としたときの設定値であり、ＡＣ放電電流量は２０μＡ程度となる。
【００６７】
この条件で感光ドラム２の帯電処理を行うと、前述のように、放電が不安定となるため、砂地状の画像不良が発生することがある。即ち、この場合、第１の帯電ローラ１１と感光ドラム２との間の放電が発生し得る領域内の一部でのみ放電が発生することがある。この一部分での放電によりインピーダンスが下がった放電空間に集中的に電流が流れ、部分的に過剰放電することがある。このようにして発生した異常放電によって、感光ドラム２が局所的に異常な電位となり、砂地状の画像不良となる。
【００６８】
図５は、上記設定で感光ドラム２を帯電処理した際の、第１の帯電部ａ１を通過した後の感光ドラム２の表面電位を模式的に示す。同図は、感光ドラム２の表面電位を縦軸、感光ドラム２の回転軸線方向のある位置（この位置に後述の負極性側及び正極性側の異常電位があるものとする。）における感光ドラム２の周方向の位置を横軸にとっている。尚、図７、図９及び図１５に示す感光ドラムの表面電位の模式図も同様に表している。
【００６９】
図５に示すように、感光ドラム２の表面電位は、全体的には所望の帯電電位Ｖｄである−６００Ｖ（正常電位）に収束している。しかし、ＡＣ放電電流量が小さいために、異常放電を受けて、局所的に異常電位となっている。このときの異常電位は、正常電位との電位差が１０００Ｖ程度であり、負極性側（トナーの正規の帯電極性側）の異常電位が−１６００Ｖ程度、正極性側（トナーの正規の帯電極性とは逆極性側）の異常電位が＋４００Ｖ程度となっている。
【００７０】
この状態のまま画像形成を行うと、画像上に白い斑点状の部分と、高濃度の斑点状の部分とが存在する、図６に示すような砂地状の画像不良となる。
【００７１】
４．砂地状の画像不良
次に、砂地状の画像不良が発生する際のメカニズムについて更に詳しく説明する。ここでは、本実施例に則して、感光ドラムを帯電ローラで一様に負極性に帯電処理し、露光装置によって除電された部分に、負極性に帯電したトナーを現像装置によって付着させる反転現像方式の画像形成装置をモデルとする。
【００７２】
図１４は、ＡＣ帯電方式により帯電ローラを用いて感光ドラムを帯電させる際の、時間に対する帯電ローラに流れるＡＣ電流の関係を示す。ここでは、帯電ローラに印加する交流電圧の波形として正弦波を用いた。
【００７３】
ここで、図１４は、帯電ローラにＡＣ放電が最小限となる程度の交流電圧を印加したときに帯電ローラに流れる電流を示す。帯電ローラに印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは、放電開始電圧Ｖｔｈの２倍を僅かに超える程度（好ましくは、５０Ｖ〜３００Ｖ、より好ましくは１００Ｖ〜２００Ｖ、更に好ましくは１００Ｖ）となっている。
【００７４】
この場合、図１４に示すように、帯電ローラに正弦波の交流電圧を印加していても、帯電ローラに流れるＡＣ電流の波形のピークの直後には放電による短いピークが存在し、該ＡＣ電流の波形は正弦波とならない。
【００７５】
更に、この場合、ＡＣ電流の波形のうち、放電によるピークの付近に、Ａ、Ｂで示すような異常放電が発生する場合がある。図１４に示すように、Ａのような負極性側（トナーの正規の帯電極性側）の異常放電と、Ｂのような正極性側（トナーの正規の帯電極性とは逆極性側）の異常放電との両方が発生する場合がある。
【００７６】
図１５（ａ）は、上記の条件で感光ドラムの帯電処理を行って、ハーフトーン画像を出力する際の、感光ドラムの表面電位と現像スリーブの電位（現像電圧の直流成分の電位）との間の電位差と、形成されるトナー像との関係を模式的に示す。又、図１５（ｂ）は、その結果として出力される画像を模式的に示す。ハーフトーン画像は、例えば、２５６階調における１２５レベルとする。
【００７７】
感光ドラム上のＡのような負極性側の異常放電を受けた部分は、負極性側に異常に大きな絶対値の電位を持つ。そのため、ハーフトーン画像やベタ画像を形成したとしても、現像部において電位的にトナーが感光ドラム側に移動せず、その部分の画像が白く抜けてしまう。一方、感光ドラム上のＢのような正極性側の異常放電を受けた部分は、正極性側に異常に大きな絶対値の電位を持つ。そのため、ハーフトーン画像やベタ白画像を形成したとしても、現像部において電位的にトナーが感光ドラム側に大量に移動し、その部分の画像がベタのような高濃度の点状になってしまう。これが、画像を出力した際に砂地状の画像不良となる。
【００７８】
このように、ＡＣ帯電方式を用いた接触帯電方式の画像形成装置において、感光体の劣化や画像流れを抑えるためにＡＣ放電電流量を最小限とすると、砂地状の画像不良が発生することがある。
【００７９】
又、図１６には、帯電ローラに印加する交流電圧の周波数と、砂地状の画像不良を発生させないために必要なＡＣ放電電流量（以下「砂地消失電流値」ともいう。）との関係を示す。周波数に対する砂地消失電流値は、二次関数的に上昇している。これは、砂地状の画像不良が、交流電圧の周波数が高くなるほど顕著になることを示している。
【００８０】
画像形成装置の出力速度を上げると、潜像形成時のスクリーン処理との画像モアレを引き起こさないために、帯電ローラに印加する交流電圧の周波数を上昇させることが行われる。この場合、上述の周波数と砂地消失電流値との関係より、砂地状の画像不良が発生し易い条件となる。従って、画像形成装置の高速化、高画質化を達成するためには、ＡＣ放電電流を最小限としても砂地状の画像不良を発生させないようにすることが強く望まれる。即ち、本実施例の目的の一つは、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において発生することのある砂地状の画像不良を抑制することである。本実施例のより詳細な目的の一つは、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において、高速化、高画質化を達成しつつ、ＡＣ放電電流を最小限としても砂地状の画像不良の発生を抑制できるようにすることである。
【００８１】
５．砂地状の画像不良の抑制
そこで、本実施例では、砂地状の画像不良の原因となる異常電位を解消するために、第２の帯電ローラ１２及び第３の帯電ローラ１３に、それぞれ以下に説明するような電圧を印加する。
【００８２】
先ず、図７（ａ）は、第１の帯電部ａ１を通過した後の感光ドラム２の表面電位と、第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との関係を示す。一方、図７（ｂ）は、第２の帯電部ａ２を通過する際の感光ドラム２の表面電位の変化と、第２の帯電部ａ２を通過した後の感光ドラム２の表面電位との関係を示す。
【００８３】
本実施例では、第２の帯電ローラ１２は、負極性側の異常電位を解消する目的で配置されている。そして、第２の帯電ローラ１２には、帯電電圧として−１００Ｖの直流電圧が印加される。
【００８４】
即ち、第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧は、第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧（所望の帯電電位Ｖｄ）と、第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧と、の電位差ΔＶ２が、Ｖｔｈ−５０［Ｖ］となるように設定する。ここでは、帯電電位Ｖｄが−６００Ｖ、放電開始電圧Ｖｔｈが５５０Ｖであるため、第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧は、−６００Ｖに対して正極性側（異常電位の極性とは逆極性側）に５００Ｖ（＝５５０Ｖ−５０Ｖ）の電位差を有する−１００Ｖとした。
【００８５】
前述のように、第１の帯電部ａ１を通過した後の感光ドラム２の表面電位は、全体的には所望の帯電電位Ｖｄである−６００Ｖ（正常電位）に収束しており、この正常電位と第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２は５００Ｖである。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第２の帯電ローラ１２から感光ドラム２上の正常電位の部分にはＤＣ放電は発生しない。そして、この部分は、表面電位が−６００Ｖのまま第２の帯電部ａ２を通過する。
【００８６】
一方、感光ドラム２上の負極性側に異常電位となっている部分は、−１６００Ｖ程度の電位であり、この電位と第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２ｍは１５００Ｖ程度である。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第２の帯電ローラ１２から感光ドラム２上の負極性側に異常電位となっている部分にはＤＣ放電が発生する。そして、この部分が第２の帯電部ａ２を通過した後は、その表面電位は、負極性側の異常電位と第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２ｍ’が放電開始電圧Ｖｔｈと同等になるように収束し、ここでは−６５０Ｖとなる。
【００８７】
又、感光ドラム２上の正極性側に異常電位となっている部分は、＋４００Ｖ程度の電位であり、この電位と第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２ｐは５００Ｖ程度である。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第２の帯電ローラ１２から感光ドラム２上の正極性側に異常電位となっている部分にはＤＣ放電が発生しない。そして、この部分は、表面電位が＋４００Ｖ程度のまま第２の帯電部ａ２を通過する。
【００８８】
従って、第２の帯電部ａ２を通過した後の感光ドラム２の表面電位は、図７（ｂ）の右図のようになる。この状態で画像形成を行うと、感光ドラム２上の負極性側の異常電位は軽減されているため、画像上の白い斑点状の部分は軽減されているが、感光ドラム２上の正極性側の異常電位に起因する高濃度の斑点状の部分が存在し、図８に示すような砂地状の画像不良となる。
【００８９】
次に、図９（ａ）は、第２の帯電部ａ２を通過した後の感光ドラム２の表面電位と、第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧との関係を示す。一方、図９（ｂ）は、第３の帯電部ａ３を通過する際の感光ドラム２の表面電位の変化と、第３の帯電部ａ３を通過した後の感光ドラム２の表面電位との関係を示す。
【００９０】
本実施例では、第３の帯電ローラ１３は、正極性側の異常電位を解消する目的で配置されている。そして、第３の帯電ローラ１３には、帯電電圧として−１１００Ｖの直流電圧が印加される。
【００９１】
即ち、第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧は、第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧（即ち、所望の帯電電位Ｖｄ）と、第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧と、の電位差ΔＶ３が、Ｖｔｈ−５０［Ｖ］となるように設定する。ここでは、帯電電位Ｖｄが−６００Ｖ、放電開始電圧Ｖｔｈが５５０Ｖであるため、第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧は、−６００Ｖに対して負極性側（異常電位の極性とは逆極性側）に５００Ｖ（＝５５０Ｖ−５０Ｖ）の電位差を有する−１１００Ｖとした。
【００９２】
第１の帯電部ａ１及び第２の帯電部ａ２を通過した後の感光ドラム２の表面電位は、全体的には所望の帯電電位Ｖｄである−６００Ｖ（正常電位）に収束しており、この正常電位と第３の帯電ローラに印加する直流電圧との電位差ΔＶ３は５００Ｖである。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第３の帯電ローラ１３から感光ドラム２上の正常電位の部分にはＤＣ放電は発生しない。そして、この部分は、表面電位が−６００Ｖのまま第３の帯電部ａ３を通過する。
【００９３】
又、感光ドラム２上の第１の帯電部ａ１を通過した後に負極性側に異常電位となっていた部分は、上述のように、第２の帯電部ａ２を通過した際にその表面電位は−６５０Ｖに収束している。そのため、この電位と第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧との電位差ΔＶ３ｍは４５０Ｖである。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第３の帯電ローラ１３から感光ドラム２上の負極性側に異常電位となっていた部分にはＤＣ放電は発生しない。そして、この部分は、表面電位が−６５０Ｖのまま第３の帯電部ａ３を通過する。
【００９４】
一方、感光ドラム２上の第１の帯電部ａ１を通過した後に正極性側に異常電位となっている部分は、上述のように、第２の帯電部ａ２を通過した後も＋４００Ｖ程度の電位である。そのため、この電位と第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧との電位差ΔＶ３ｐは１５００Ｖ程度である。ここでは、放電開始電圧Ｖｔｈは５５０Ｖであるため、第３の帯電ローラ１３から感光ドラム２上の正極性側に異常電位となっている部分にはＤＣ放電が発生する。そして、この部分が第３の帯電部ａ３を通過した後は、その表面電位は、正極性側の異常電位と第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧との電位差ΔＶ３ｐ’が放電開始電圧Ｖｔｈと同等になるように収束し、ここでは−５５０Ｖとなる。
【００９５】
従って、第３の帯電部ａ３を通過した後の感光ドラム２の表面電位は、図９（ｂ）の右図のようになる。この状態で画像形成を行うと、感光ドラム２上の負極性側の異常電位及び正極性側の異常電位はともに軽減されているため、画像上の白い斑点状の部分及び高濃度の斑点状の部分はともに軽減されており、図１０に示すような良好な画像が得られる。
【００９６】
ここで、本実施例では、第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧と、第２の帯電ローラ１２に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２を、Ｖｔｈ−５０［Ｖ］とした。同様に、本実施例では、第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧と、第３の帯電ローラ１３に印加する直流電圧との電位差ΔＶ３を、Ｖｔｈ−５０［Ｖ］とした。しかし、感光ドラム２上の異常電位による砂地状の画像不良を軽減するための電位差ΔＶ２及びΔＶ３は、放電開始電圧Ｖｔｈ未満であればよく、適宜選択することができる。
【００９７】
第１、第２、第３の帯電部ａ１、ａ２、ａ３を通過した後の感光ドラム２上における正常電位と異常電位との電位差を小さくするためには、電位差ΔＶ２及びΔＶ３は大きい方がよい。
【００９８】
但し、電位差ΔＶ２又はΔＶ３が放電開始電圧Ｖｔｈに近すぎると、急激な環境変動などに伴うインピーダンスの変化によって、電位差ΔＶ２又はΔＶ３が放電開始電圧Ｖｔｈを超えてしまうという懸念がある。電位差ΔＶ２又はΔＶ３が放電開始電圧Ｖｔｈを超えてしまうと、第２の帯電ローラ１２又は第３の帯電ローラ１３から感光ドラム２上の正常電位へのＤＣ放電が発生してしまう。そのため、感光ドラム２の電位変動による濃度の変化や、電位ムラに起因する画像濃度ムラなどが発生することがある。
【００９９】
表１は、電位差ΔＶ２を変動させたときの、ハーフトーン画像上の白斑点のレベルと、正常電位へのＤＣ放電レベルと、を評価した結果を示す。
【０１００】
【表１】
2012132948.tif 000003
【０１０１】
電位差ΔＶ２が、Ｖｔｈ−２５０［Ｖ］の場合には、負極性側の異常電位を十分に軽減できていないため、ハーフトーン画像上の白斑点が目立ち、画像不良となっている。これに対して、電位差ΔＶ２を、Ｖｔｈ−２００［Ｖ］からＶｔｈ［Ｖ］までの範囲に設定してハーフトーン画像出力した場合には、負極性側の異常電位を十分に軽減できているため、白斑点は、許容できるレベルであるか、又は見られなかった。
【０１０２】
一方、電位差ΔＶ２がＶｔｈ［Ｖ］の場合には、第２の帯電ローラ１２から正常電位へのＤＣ放電によって、ハーフトーン画像の濃度が高く変動する場合があった。これに対して、電位差ΔＶ２を、Ｖｔｈ−２５０［Ｖ］からＶｔｈ−５０［Ｖ］までの範囲に設定してハーフトーン画像出力した場合には、ハーフトーン画像の濃度の変動は、許容できるレベルであるか、又は起こらなかった。
【０１０３】
又、表２は、電位差ΔＶ３を変動させたときの、ハーフトーン画像上の高濃度斑点のレベルと、正常電位へのＤＣ放電レベルと、を評価した結果を示す。
【０１０４】
【表２】
2012132948.tif 000004
【０１０５】
電位差ΔＶ３が、Ｖｔｈ−２５０［Ｖ］の場合には、正極性側の異常電位を十分に軽減できていないため、ハーフトーン画像上の高濃度斑点が目立ち、画像不良となっている。これに対して、電位差ΔＶ３を、Ｖｔｈ−２００［Ｖ］からＶｔｈ［Ｖ］までの範囲に設定してハーフトーン画像出力した場合には、正極性側の異常電位を十分に軽減できているため、高濃度斑点は許容できるレベルであるか、又は見られなかった。
【０１０６】
一方、電位差ΔＶ３がＶｔｈ［Ｖ］の場合には、第３の帯電ローラ１３から正常電位へのＤＣ放電によって、ハーフトーン画像の濃度が低く変動する場合があった。これに対して、電位差ΔＶ３を、Ｖｔｈ−２５０［Ｖ］からＶｔｈ−５０［Ｖ］までの範囲に設定してハーフトーン画像出力した場合には、ハーフトーン画像の濃度の変動は、許容できるレベルであるか、又は起こらなかった。
【０１０７】
以上の結果から、電位差ΔＶ２、ΔＶ３は、次のように設定することが好ましい。
Ｖｔｈ−２００［Ｖ］≦ΔＶ２≦Ｖｔｈ−５０［Ｖ］
Ｖｔｈ−２００［Ｖ］≦ΔＶ３≦Ｖｔｈ−５０［Ｖ］
【０１０８】
この範囲であれば、砂地状の画像不良を軽減する一方、第２、第３の帯電ローラ１２、１３によるＤＣ放電によって、感光ドラム２の電位変動による濃度の変化や電位ムラに起因する画像濃度ムラなどが発生せず、十分に良好な画像を形成することができる。
【０１０９】
尚、本実施例では、第２、第３の帯電ローラ１２、１３を設けて、感光ドラム２上の負極性側及び正極性側の両方の異常電位を所望の帯電電位Ｖｄに近づける制御を行う。これにより、上述のように、両極性側の異常電位に起因する砂地状の画像不良を効果的に抑制することができる。しかし、上述のように、一方の極性側の異常電位を所望の帯電電位に近づけるだけでも、ある程度の砂地状の画像不良を抑制する効果が得られる。従って、所望により、第１の帯電ローラ１１よりも感光ドラム２の表面の移動方向下流側に更に一つだけ帯電ローラを設け、上述のようにして、負極性側又は正極性側の異常電位の一方のみを所望の帯電電位Ｖｄに近づける制御を行うようにしてもよい。
【０１１０】
即ち、画像形成装置１は、少なくとも、移動する感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第１の帯電手段１１と、第１の帯電手段よりも感光体の移動方向において下流側で、移動する感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第２の帯電手段１２と、を有する。又、画像形成装置１は、少なくとも、第１の帯電手段１１に電圧を印加する第１の電源Ｓ１と、第２の帯電手段１２に電圧を印加する第２の電源Ｓ２と、を有する。そして、第１の電源Ｓ１は直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を第１の帯電手段１１に印加する。又、第２の電源Ｓ２は、第１の電源Ｓ１が第１の帯電手段１１に印加する直流電圧との電位差ΔＶ２が放電開始電圧未満となる直流電圧を第２の帯電手段１２に印加する。好ましくは、画像形成装置１は、更に、第２の帯電手段１２よりも感光体の移動方向において下流で、移動する感光体の表面に接触してこれを帯電処理する第３の帯電手段１３と、第３の帯電手段１３に電圧を印加する第３の電源Ｓ３と、を有する。そして、第３の電源Ｓ３は、次のような直流電圧を第３の帯電手段１３に印加する。即ち、第１の電源Ｓ１が第１の帯電手段１１に印加する直流電圧との電位差が放電開始電圧未満となり、且つ、該電位差が、第１の電源Ｓ１が第１の帯電手段１１に印加する直流電圧を基準として、上記電位差ΔＶ２とは逆極性の電位差となる直流電圧である。
【０１１１】
以上説明したように、本実施例によれば、放電開始電圧から算出される適切な帯電電圧を複数の帯電ローラ（本実施例では、第１、第２、第３の帯電ローラ１２、１３、１４）に印加する。これにより、本実施例によれば、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において発生することのある砂地状の画像不良を抑制することができる。例えば、ＡＣ帯電方式の画像形成装置において高速化に対応するために帯電電圧の交流電圧の周波数を上昇させ、ＡＣ放電電流量を最小限として高画質化を図る場合でも、砂地状の画像の発生を効果的に抑制することができる。従って、本実施例によれば、接触帯電方式の帯電手段を有する画像形成装置において、高速化、高画質化を達成しつつ、ＡＣ放電電流値を最小限としても砂地状の画像不良の発生を抑制することができる。
【０１１２】
実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。従って、実施例１と同一の機能、構成を有する要素には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【０１１３】
実施例１では、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、予め各環境で求められた放電開始電圧Ｖｔｈの値を基に決定した。これに対して、本実施例では、画像形成装置１は、第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値を測定する機構を有し、その電流値の測定結果に基づいてＶｔｈの値を決定する。
【０１１４】
図１１は、本実施例における第１の帯電ローラ１１に対する帯電電圧印加系のブロック回路図である。
【０１１５】
第１の帯電ローラ１１に帯電電圧を印加する帯電電圧印加手段である第１の電源Ｓ１は、直流電源（ＤＣ電源）１１ｇと交流電源（ＡＣ電源）１１ｈとを有する。第１の電源Ｓ１から、直流電圧と交流電圧とを重畳した所定の振動電圧が、芯金１１ａを介して第１の帯電ローラ１１に印加される。これにより、回転する感光ドラム２の周面が所定の電位に略一様に帯電処理される。又、本実施例では、画像形成装置１は、感光ドラム２を介して第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値を測定するＤＣ電流測定手段としてのＤＣ電流値測定回路（以下、単位「測定回路」ともいう。）１５を有する。この測定回路１５から制御回路１４に、測定回路１５によって測定された直流電流値の情報が入力される。
【０１１６】
制御回路１４は、直流電源１１ｇから第１の帯電ローラ１１に印加する直流電圧値、及び交流電源１１ｈから第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧値を制御する機能を有する。又、本実施例では、制御回路１４は、測定回路１５から入力されたＤＣ電流値の情報から、印字工程の帯電工程において第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧値を演算及び決定するプログラムを実行する機能を有する。
【０１１７】
次に、印字工程時に第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧値を決定する制御について更に説明する。この制御は、印字準備回転動作（前回転工程）において次のようにして行われる。
【０１１８】
直流電源１１ｇから第１の帯電ローラ１１に印字工程時と同等の直流電圧（ここでは−６００Ｖ）を印加した状態で、交流電源１１ｈから第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを上昇させながら印加する。このとき、画像は作成せずに画像形成装置１を動作させる。又、このとき、転写ローラ５には直流電圧が印加され、転写部ｄを通過した後には、感光ドラム２の表面電位は−３５０Ｖ程度となる。
【０１１９】
図１２は、第１の帯電ローラ１１に印加した交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐに対して第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値をプロットしたものである。
【０１２０】
図１２に示すように、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが低い場合には（図１２ではＶｐｐ≦４００Ｖ）、第１の帯電部ａ１を通過する前後で感光ドラム２の表面電位は変わらない。そのため、第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値は０である。
【０１２１】
第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを上昇させると（図１２では４００Ｖ≦Ｖｐｐ≦１１００Ｖ）、第１の帯電部ａ１を通過した後の感光ドラム２の表面電位は変化し始める。第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐの上昇に伴って、感光ドラム２の表面電位の変化量も大きくなり、第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値も上昇する。
【０１２２】
更に第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを上昇させると（図１２ではＶｐｐ≧１１００Ｖ）、第１の帯電部ａ１を通過後の感光ドラム２の表面電位は、第１の帯電ローラ１１に印加している直流電圧（ここでは−６００Ｖ）と同等となる。これ以上第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを上昇させても、感光ドラム２の表面電位の変化量は変わらなくなる。従って、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐに対する第１の帯電ローラ１１に流れるＤＣ電流値は一定となる。
【０１２３】
ここで、ＤＣ電流値が変化しなくなるときの印加電圧に注目すると、このときの第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは、負極性側、正極性側ともに、放電開始電圧Ｖｔｈの触れ幅で振動している。即ち、このときＶｐｐがＶｔｈの２倍となっていることがわかる。従って、この特性を利用することにより、この環境における放電開始電圧Ｖｔｈを検出することができる。
【０１２４】
実際の動作としては、制御回路１４が、第１の帯電ローラ１１に、−６００Ｖの直流電圧を印加させ、又ピーク間電圧Ｖｐｐを５０Ｖ刻みで上昇させながら交流電圧を印加させる。このとき、制御回路１４は、測定回路１５によって測定されて入力されるＤＣ電流値を検知する。ここでは、図１２に示す通り、Ｖｐｐ＝１１００ＶのときにＤＣ電流値が３５μＡとなり、それ以降のＤＣ電流値の上昇は見られなかったものとする。制御回路１４は、ＤＣ電流値が変化しなくなったときのＶｐｐ（この環境では１１００Ｖ）を２で除することによって、Ｖｔｈを算出する。即ち、この環境では、Ｖｔｈ＝５５０Ｖである。制御回路１４は、算出されたＶｔｈをメモリ部に記憶させる。そして、制御回路１４は、メモリ部から読み出したＶｔｈの値を用いて、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、実施例１と同様に、次式によって決定する。
Ｖｐｐ＝２×Ｖｔｈ＋１００［Ｖ］
【０１２５】
ここでの環境では、Ｖｔｈ＝５５０Ｖであるため、第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは１２００Ｖである。
【０１２６】
このようにして決定された第１の帯電ローラ１１に印加する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは、放電電流を必要最小限としたときの設定値であり、ＡＣ放電電流量は２０μＡ程度となる。
【０１２７】
尚、本実施例では、砂地状の画像不良を軽減するための第２、第３の帯電ローラ１２、１３に印加する帯電電圧は、実施例１と同様にして設定する。
【０１２８】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏し得るとともに、画像形成装置において検出された放電開始電圧に基づいて、画像形成装置の現在の状況により即した帯電電圧に制御することができる。
【０１２９】
以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。例えば、画像形成装置は、感光体からトナー像を直接記録材に転写する構成ではなく、感光体からトナー像を一時的に保持し搬送する中間転写体に転写し、中間転写体から記録材に転写する構成であってもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
２          感光ドラム
１１        第１の帯電ローラ
１２        第２の帯電ローラ
１３        第３の帯電ローラ
Ｓ１        第１の帯電ローラの電源
Ｓ２        第２の帯電ローラの電源
Ｓ３        第３の帯電ローラの電源
【図１】
2012132948.tif 000005
【図２】
2012132948.tif 000006
【図３】
2012132948.tif 000007
【図４】
2012132948.tif 000008
【図５】
2012132948.tif 000009
【図７】
2012132948.tif 000010
【図９】
2012132948.tif 000011
【図１１】
2012132948.tif 000012
【図１２】
2012132948.tif 000013
【図１３】
2012132948.tif 000014
【図１４】
2012132948.tif 000015
【図１６】
2012132948.tif 000016
【図６】
2012132948.tif 000017
【図８】
2012132948.tif 000018
【図１０】
2012132948.tif 000019
【図１５】
2012132948.tif 000020