(57)【要約】【課題】適切な交流電圧を設定できる構成を提供する。【解決手段】帯電ローラ２は、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧が印加されることで、感光ドラム１の表面を帯電させる。電流検出回路２１０は、帯電ローラ２から感光ドラム１に流れる電流を検出する。制御回路２２０は、非画像形成時に帯電ローラ２に所定の交流電圧を印加したときに電流検出回路２１０により検出した電流データの所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域のそれぞれの電流値を取得する。そして、これらの電流値に基づいて、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧を調整する。【選択図】図３
2017167429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧が印加されることで、前記感光体の表面を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材に前記電圧を印加する電源と、
前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を検出する電流検出手段と、
非画像形成時に前記帯電部材に所定の交流電圧を印加したときに前記電流検出手段により検出した電流データの所定の周波数帯域及び前記所定の周波数帯域に隣接する隣接周波数帯域のそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に前記帯電部材に印加する交流電圧を調整する調整手段と、を備えた、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記所定の周波数帯域の電流値に対する前記隣接周波数帯域の電流値の比率が閾値を超えた場合に、その時に印加した前記所定の交流電圧のピーク間電圧よりも高いピーク間電圧を、画像形成時に前記帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧とする、
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】
画像形成装置が設置されている環境の温度及び湿度を検出する環境検出手段を備え、
前記調整手段は、前記環境検出手段の検出結果に基づいて前記所定の交流電圧のピーク間電圧を設定する、
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】
前記所定の交流電圧の周波数は、画像形成時に直流電圧に重畳して印加する交流電圧の周波数よりも低い、
ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記所定の周波数帯域は、Ｎを２以上の整数としたとき、前記所定の交流電圧の周波数のＮ倍の周波数の値を中心とした所定の範囲である、
ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記Ｎは、３である、
ことを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記隣接周波数帯域は、前記所定の周波数帯域の下限値と、前記所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ−１倍の値との中央値との間の範囲である、
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記隣接周波数帯域は、前記所定の周波数帯域の上限値と、前記所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ＋１倍の値との中央値との間の範囲である、
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記隣接周波数帯域は、前記所定の周波数帯域の下限値と、前記所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ−１倍の値との中央値との間の第１の範囲と、前記所定の周波数帯域の上限値と、前記所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ＋１倍の値との中央値との間の第２の範囲であり、前記隣接周波数帯域の電流値は、前記第１の範囲の電流値と前記第２の範囲の電流値との和である、
ことを特徴とする、請求項５又は６に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記調整手段は、前記電流検出手段により検出した電流データをフーリエ変換することで、前記所定の周波数帯域及び前記隣接周波数帯域の電流値を取得する、
ことを特徴とする、請求項１ないし９のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記調整手段は、前記電流検出手段により検出した電流データを、前記所定の周波数帯域及び前記隣接周波数帯域に分離可能なバンドパスフィルタを有する、
ことを特徴とする、請求項１ないし９のうちの何れか１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、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を有する複合機などの電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、感光体の表面を帯電部材により帯電させ、帯電した感光体の表面を露光することで静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。このような感光体の表面の帯電方式として、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を帯電部材に印加することで行う方式が、従来から知られている。
【０００３】
このような帯電方式では、過剰な交流電圧を印加した場合、帯電部材と感光体との間に流れる交流放電電流量が増えて、感光体の削れなどによる感光体の劣化が促進されたり、放電生成物が増加したりする。放電生成物が増加すると、感光体に放電生成物が付着することで画像流れと呼ばれる画像不良が生じ易くなる。一方、過小な交流電圧を印加した場合、帯電部材と感光体との間に流れる交流放電電流量は減るが、感光体の全域に対する放電量が安定せず、感光体に局所的に過剰に放電されることで画像不良が生じる可能性がある。
【０００４】
このため、異常放電を抑制するために交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを設定する構成が提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載の構成では、Ｖｐｐを変化させて、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下となるＶｐｐを求めて実際に印加する交流電圧を決定することで、異常放電を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５４９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように特定周波数の電流のみを考慮しただけでは、適切な放電量の交流電圧を設定できない可能性がある。例えば、低温環境において帯電部材の抵抗が上昇した場合、特定周波数の電流値が良好であっても、全体として十分な放電量が得られていない可能性がある。この場合、微小な帯電ムラが生じ、画像不良が発生する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、適切な交流電圧を設定できる構成を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、感光体と、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧が印加されることで、前記感光体の表面を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に前記電圧を印加する電源と、前記帯電部材から前記感光体に流れる電流を検出する電流検出手段と、非画像形成時に前記帯電部材に所定の交流電圧を印加したときに前記電流検出手段により検出した電流データの所定の周波数帯域及び前記所定の周波数帯域に隣接する隣接周波数帯域のそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に前記帯電部材に印加する交流電圧を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、適切な交流電圧を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】実施形態に係る画像形成部の概略構成図。
【図３】実施形態に係る帯電バイアス印加系のブロック回路図。
【図４】実施形態の別例に係る帯電バイアス印加系のブロック回路図。
【図５】（Ａ）放電波形が安定している場合の電流波形の模式図、（Ｂ）（Ａ）の波形を周波数領域に変換した模式図。
【図６】（Ａ）放電波形が不安定な場合の電流波形の模式図、（Ｂ）（Ａ）の波形を周波数領域に変換した模式図。
【図７】実施形態に係る放電量制御のフローチャート。
【図８】実施形態に係る放電量制御の開始電圧（Ｖｐｐ）と環境雰囲気の水分量との関係を示す図。
【図９】実施形態に係る放電量制御の目標放電量と環境雰囲気の水分量との関係を示す図。
【図１０】実施形態に係る放電量制御における交流電圧（Ｖｐｐ）の上昇幅Δと環境雰囲気の水分量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態について、図１ないし図１０を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。
【００１２】
［画像形成装置］
画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１の水平部に画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが直列状に配置されたタンデム型中間転写方式の画像形成装置である。このような画像形成装置１００は、パーソナルコンピュータなどの外部機器から送信された画像信号や原稿読み取り装置からの画像信号などに応じて、電子写真方式によりシート（用紙、ＯＨＰシートなど）などの記録材Ｓにフルカラー画像を形成する。
【００１３】
４つの画像形成部（画像形成ステーション）Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ、像担持体である感光ドラム（感光体）１、帯電部材である帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置５などを備える。各画像形成部の感光ドラム１には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が形成され、各トナー像は、中間転写ベルト１１上の同一画像位置に順次一次転写される。中間転写ベルト１１は、複数の張架ローラにより張架されて回転する。
【００１４】
中間転写ベルト１１上に転写されたトナー像は、二次転写装置１２において、カセット１４から搬送された記録材Ｓへ二次転写される。そして、定着部９にて加熱及び加圧されることにより、トナー像が記録材Ｓに定着される。その後、記録画像として、画像形成装置１００の装置本体１１０の外に排出される。また、記録材Ｓへの二次転写位置の中間転写ベルト１１の回転方向下流には中間転写ベルト１１表面に付着した二次転写残トナーなどをクリーニングするためのベルトクリーニング装置１３が配置されている。ベルトクリーニング装置１３は、クリーニングブレードを中間転写ベルト１１に当接させることで、中間転写ベルト１１上の転写残トナーを清掃する。
【００１５】
［画像形成部］
次に、各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの詳細な構成について、図２を用いて説明する。各画像形成部の構成は同じであるため、図２では、代表して画像形成部Ｐａについて説明する。感光ドラム１は、ドラム型の電子写真感光体である負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）が使用されている。感光ドラム１全体は、外径３０ｍｍに構成され、モータなどの駆動機構（不図示）により、中心軸を中心に、矢印Ｒ１方向に３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって回転駆動される。また、感光ドラムの内周であるアルミニウム製シリンダは、接地されている。なお、本実施形態の画像形成装置１００は、１分間にＡ４用紙にして５０枚の画像形成を行うことができる。
【００１６】
回転駆動する感光ドラム１は、高圧電源１０１から直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧（バイアス）が供給された帯電ローラ２によって帯電される。帯電した感光ドラム１は、露光装置３によってドラム表面に静電潜像を形成する。露光装置３は、光源装置およびポリゴンミラーからなり、画像信号に応じて光源装置から発せられたレーザ光を、ポリゴンミラーを回転して走査する。そして、その走査光の光束を複数の反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズにより感光ドラム１の母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【００１７】
静電潜像が形成された感光ドラム１の表面は、現像装置４と対向する。現像装置４は、現像スリーブ４１に印加された高圧の現像バイアスと感光ドラムの表面電位との電位差に応じて感光ドラム上の潜像をトナーで現像してトナー像を形成する。より詳しく説明すると、現像スリーブ４１には、高圧電源１０２から所定の現像バイアスが印加される。現像バイアス電圧は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。より具体的には、−５５０Ｖの直流電圧と、周波数９.０ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１．８ｋＶの矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この現像バイアスと、感光ドラム１表面に形成された静電潜像の電界によって静電潜像が反転現像される。
【００１８】
ここで、各画像形成部の現像装置４には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの非磁性トナーと磁性キャリアが所定の混合比で混合された２成分現像剤が所定量充填されている。また、トナー補給装置としてのトナーカートリッジ６には、トナーが充填されており、現像装置４内のトナー使用量に応じて現像装置へ補給が行なわれる。
【００１９】
現像装置によって、感光ドラム１の表面に形成されたトナー像は、一次転写装置７によって中間転写ベルト１１上にトナー像が一次転写される。一方、感光ドラム１上に残留した一次転写残トナーなどは、クリーニング装置５により回収される。クリーニング装置５は、クリーニングブレードを感光ドラム１に当接させることで、感光ドラム１上の転写残トナーを清掃する。
【００２０】
［帯電ローラ］
次に、帯電ローラ２について、より詳しく説明する。帯電ローラ２は、金属製の芯金の周囲に導電性ゴムのゴム層を有する。このような帯電ローラ２は、帯電ローラ清掃部材２２により表面が清掃される。帯電ローラ清掃部材２２は、芯金の周囲にウレタン等のスポンジ状の弾性層が形成され、表面を帯電ローラ２の表面に当接させている。帯電ローラ２及び帯電ローラ清掃部材２２は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材（図示せず）により一定の軸間距離を保って回転自在に保持されている。そして、帯電ローラ２及び帯電ローラ清掃部材２２は、押圧ばね２１によって感光ドラム１に向かって付勢され、帯電ローラ２が感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されている。
【００２１】
帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転に従動して回転し、帯電ローラ２の芯金には、高圧電源１０１により所定の条件の帯電バイアス電圧が印加される。これにより、回転する感光ドラム１表面は、所定の極性・電位に接触帯電処理される。帯電ローラ２に対する帯電バイアス（帯電電圧）は、直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧である。例えば、温度２３℃、相対湿度５０％の常温環境での画像形成時においては、−７００Ｖの直流電圧と、周波数２．０ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１．５ｋＶの正弦波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この帯電バイアス電圧により、感光ドラム１表面は、帯電ローラ２に印加した直流電圧と同じ−７００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に帯電される。なお、このように画像形成時に印加する交流電圧のピーク間電圧は、後述する放電量制御において設定する。
【００２２】
このような接触帯電方式では、感光ドラムに接触又は近接させた帯電ローラに所定の帯電バイアスを印加することによって、感光ドラムと帯電ローラとの間の微小ニップ部において放電を起こすことにより、感光ドラムの表面を帯電させる。ここで、感光ドラムを帯電させる帯電部材としては、ローラ状の帯電ローラやブレード状の帯電ブレードがあるが、特に帯電ローラは、長期にわたって感光ドラムを安定して帯電させることができるという利点がある。
【００２３】
なお、帯電ローラなどの帯電部材は、感光ドラムの表面に必ずしも接触している必要はない。帯電ローラと感光ドラムとの間に、ギャップ間電圧と補正パッシェンカーブで決まる放電可能領域さえ保証されれば、例えば数１０μｍの空隙（間隙）を有して非接触に近接配置されていてもよい。ここでは、帯電ローラを感光ドラムに接触又は近接させて、微小な空隙で発生する放電により感光ドラムを帯電させる方式を単に接触帯電方式と呼ぶ。
【００２４】
接触式帯電方式には、帯電部材に対して、直流電圧を印加して感光ドラムを帯電する「ＤＣ帯電方式」と、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加して感光ドラムを帯電する「ＡＣ帯電方式」がある。何れの方式においても、帯電バイアスが印加された帯電部材により感光ドラムの表面が所定の電位に帯電されるが、本実施形態では、「ＡＣ帯電方式」を採用している。
【００２５】
このＡＣ帯電方式においては、帯電ローラは、感光ドラムと接触する接触領域と、この接触領域よりも感光ドラムの移動方向（回転方向）下流側で被帯電面（感光ドラム表面）との距離が大きくなっていく離間面領域とを有する。そして、離間面領域に振動電界を形成することで、交流成分が被帯電面の帯電電位を均一にでき、感光ドラムの表面を所定の電位に収束させることができる。交流電圧の波形として、本実施形態では正弦波が用いているが、矩形波、三角波、パルス波でも良い。
【００２６】
ＡＣ帯電方式では、前述したように、過剰な交流電圧を用いると交流放電電流が増えて、画像流れなどの画像不良が発生し、過小な交流電圧を用いると、局所的に過剰に放電されることで、砂地や横スジなどと呼ばれる局所的な画像不良が発生する。このため、感光ドラムを均一に帯電できる必要最小限の交流電圧を用いて、帯電部材と感光ドラムとの間に流れる交流放電電流を最小限にすることが好ましい。
【００２７】
ここで、帯電部材に印加する交流電圧と、帯電部材と感光ドラムとの間に流れる交流放電電流の関係は、一定ではなく、感光ドラムの抵抗や膜厚・誘電率等の状態、帯電部材の抵抗や誘電率・表面の汚れ具合等の状態、温度や湿度等の環境に依存する。例えば、感光ドラムの膜厚が減少すると、帯電部材に直流電圧を印加して感光ドラムの帯電が開始する電圧Ｖｔｈは小さくなる。これに伴い、帯電部材と感光ドラムとの間に交流放電電流が流れ始める電圧も小さくなる。
【００２８】
また、帯電開始電圧Ｖｔｈは、低温低湿（Ｌ／Ｌ）環境では大きくなり、高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境では小さくなる。これに伴い、帯電部材と感光ドラムとの間に交流放電電流が流れ始める電圧も変化し、Ｌ／Ｌ環境では大きくなり、Ｈ／Ｈ環境では小さくなる。
【００２９】
また、帯電部材や高圧電源の製造のばらつきなどによっても、交流放電電流が増減する。交流放電電流の増減を抑制する方法として、感光ドラムの状態変化、帯電部材の状態変化、温度や湿度等の環境変化、及び個体差のばらつきに起因した変化を抑制することが考えられる。しかしながら、これらの変化を抑制するためには、製造コストが高くなってしまう。
【００３０】
そこで、これらの問題を解決するために、帯電部材に交流電圧を印加することで流れる放電電流値を一定に制御する方法が提案されている。このＡＣ定電流制御方式を用いると、感光ドラムの膜厚が変化したり、温度や湿度等の環境が変化しても、必要最小限の放電量を使って画像形成を行うことが可能となる。
【００３１】
但し、放電電流を精度良く得るには、帯電部材の抵抗ムラなどを考慮して、多数のサンプリング点を取得して放電電流を決定することが好ましく、制御に多大な時間を要する。このような放電電流制御は、画像形成開始前の前回転時、画像形成終了時の後回転時、それぞれが１枚の記録材に対応する画像と画像との間（所謂、紙間）などの非画像形成時に行う。このため、制御の時間が長いと画像形成を行えない時間も長くなり、生産性が低下してしまう。
【００３２】
一方、特許文献１では、Ｖｐｐを変化させて、特定周波数電流の最大瞬時電流が０．２ｍＡ以下となるＶｐｐを求めて実際に印加する交流電圧を決定している。但し、上述したように、特定周波数の電流のみを考慮しただけでは、適切な交流電圧を設定できない可能性がある。特に、低温環境でしばらく放置された場合、例えば、画像形成装置が停止された状態で一晩放置され、翌朝の最初の起動時には、帯電部材の抵抗が上昇している可能性がある。そして、この場合には、環境に応じた交流電圧を印加したとしても、十分な放電電流が得られずに砂地などの画像不良が発生する可能性がある。
【００３３】
そこで、本実施形態では、以下のように、画像形成時に帯電部材（帯電ローラ２）に印加する交流電圧を決定するための放電量制御を実行するようにしている。
【００３４】
［放電量制御］
本実施形態では、図３に示すように、高圧電源１０１は、直流電圧を印加するＤＣ電源２０１と、交流電圧を印加するＡＣ電源２０２とを有する。そして、高圧電源１０１により直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を帯電ローラ２に印加する。帯電ローラ２に電圧が印加されると、帯電ローラ２から感光ドラム１に電流が流れ、この電流は、電流検出手段としての電流検出回路２１０により検出される。
【００３５】
調整手段としての制御回路２２０は、非画像形成時に帯電ローラ２に所定の交流電圧を印加したときに電流検出回路２１０より検出した電流データの所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域の電流値を取得する。そして、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域のそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧を調整する。所定の交流電圧、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域については後述する。本実施形態では、制御回路２２０は、電流検出回路２１０により検出した電流データをフーリエ変換することで、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域を取得する。
【００３６】
なお、このような所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域の電流値の取得は、図４に示すようなバンドパスフィルタ２１１を用いて行っても良い。即ち、調整手段としての調整回路２３０は、電流検出回路２１０により検出した電流データを、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域に分離可能なバンドパスフィルタ２１１を有する。バンドパスフィルタ２１１に分離された各周波数帯域は、制御回路２２０Ａにて演算処理され、制御回路２２０Ａは、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域のそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧を調整する。
【００３７】
図３、４は、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域の取得を、フーリエ変換による演算で行うのか、バンドパスフィルタ２１１を用いて行うかの違いがあるだけで、以下に説明する帯電ローラ２の交流電圧の決定の方法は同じである。したがって、以下、図３の方法を用いて説明する。
【００３８】
まず、本実施形態では、非画像形成時に帯電ローラ２にＡＣ電源２０２から所定の交流電圧のみを印加する。そして、電流検出回路２１０により帯電ローラ２と感光ドラム１との間に生じた電流値のデータ（電流データ）を検出し、制御回路２２０は、このように検出した電流データをフーリエ変換することで、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域の電流値を取得する。
【００３９】
ここで、非画像形成時とは、例えば、前回転時、紙間、後回転時などである。前回転時とは、画像形成ジョブ開始の信号を受けて感光ドラムの回転を開始してから感光ドラム１に露光が開始されるまでの期間で、この期間で、各種電圧の印加の開始などの動作を行う。また、紙間とは、記録材に対応した画像領域と画像領域との間の期間であり、この紙間時に各種調整作業を行う場合には、適宜、紙間の期間を延ばす場合もある。後回転時とは、画像形成ジョブの最後の画像形成が終了してから、継続して回転する感光ドラムの回転が停止するまでの期間で、この期間で、例えば、各種電圧の停止などの動作を行う。
【００４０】
また、所定の周波数帯域とは、所定の交流電圧の周波数に対応した周波数帯域で、隣接周波数帯域とは、所定の周波数帯域に隣接する周波数帯域である。以下、具体的に説明する。本実施形態では、非画像形成時に印加する所定の交流電圧は、画像形成時に直流電圧に印加する交流電圧の周波数よりも低い周波数としている。上述したように、画像形成時の交流電圧の周波数が２．０ｋＨｚなので、所定の交流電圧の周波数は、これよりも低い、例えば１．５０ｋＨｚとする。周波数を画像形成時よりも低くするのは、検出される電流データの波形が、より整った形状となるからである。所定の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは、後述するように、環境に応じた電圧とする。なお、所定の交流電圧の波形は、画像形成時と同様に正弦波である。
【００４１】
このような所定の交流電圧をＡＣ電源２０２から帯電ローラ２に印加すると、図５（Ａ）又は図６（Ａ）に示すような波形の電流データが電流検出回路２１０により検出される。そして、この電流データをフーリエ変換すると、図５（Ｂ）又は図６（Ｂ）に示すように、１．５ｋＨｚの整数倍でピークを示すような波形が得られる。
【００４２】
ここで、元々、ＡＣ電源２０２からは一定の周波数（１．５ｋＨｚ）でＡＣバイアスが印加されているが、放電が生じている場合、図５（Ａ）又は図６（Ａ）に示すようにｓｉｎ波形に対して放電分が重畳される。このため、この波形を周波数別に分離した場合、波形の歪みに応じて異なる周波数成分に電流量を検出することができる。この周波数別の電流成分において、元々のＡＣ帯電周波数の帯域以外で取得された電流成分が放電電流量と判断することができる。
【００４３】
より具体的に説明する。所定の交流電圧を印加した場合に、帯電ムラが少ない或いは生じないような十分な放電電流を得られると、図５（Ａ）に示したような波形の電流データが検出される。図５（Ａ）は、時間（ｔ）に対する交流電流（Ｉ）の変化を示したもので、帯電ムラが少ないような良好な電流データを簡易的に示したものである。図５（Ａ）から明らかなように、帯電ムラが少ない場合、ｓｉｎ波形のα部に比較的なめらかな形状を有する放電電流が重畳された波形（放電波形）が得られる。これをフーリエ変換すると、図５（Ｂ）に示すような波形が得られる。即ち、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のデータを、周波数（ｆ）に対する交流電流（Ｉ）の変化に変換したものである。
【００４４】
一方、所定の交流電圧を印加した際に、放電電流が局所的に印加されて帯電ムラが生じてしまう程不安定である場合、図６（Ａ）に示したような波形の電流データが検出される。図６（Ａ）は、時間（ｔ）に対する交流電流（Ｉ）の変化を示したもので、帯電ムラが生じるような電流データを簡易的に示したものである。図６（Ａ）から明らかなように、帯電ムラが生じる場合、比較的大きなノイズが重畳されるため、ｓｉｎ波形のβ部に三角形状に尖った形状を有する放電電流が重畳された波形（放電波形）が得られる。これをフーリエ変換すると、図６（Ｂ）に示すような波形が得られる。即ち、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のデータを、周波数（ｆ）に対する交流電流（Ｉ）の変化に変換したものである。
【００４５】
図５（Ｂ）と図６（Ｂ）とを比較すると、放電電流が不安定な場合に、３．０、４．５、６．０ｋＨｚの帯域の波形が、横軸の広がりが大きいことが分かる。上述のように、印加した所定の交流電圧の周波数は、１．５０ｋＨｚなので、１．５０ｋＨｚの帯域は、この周波数に対応した交流電流であり、３．０、４．５、６．０ｋＨｚの帯域の周波数は、放電による電流である。
【００４６】
上述のように、帯電ローラの抵抗ムラなどにより局所的に放電が生じる場合、比較的大きなノイズが重畳されるため、図６（Ａ）のように放電波形が不安定になって、図５（Ａ）の放電波形と異なる形状の波形となってしまう。したがって、図６（Ａ）の電流データをフーリエ変換すると、図６（Ｂ）に示すように、放電電流に対応した３．０、４．５、６．０ｋＨｚの帯域において広い範囲の周波数で電流が検出される。そして、これらの帯域で電流が検出される周波数の広がりが大きいことは、放電電流が不安定なことを示している。このため、このような電流が検出される周波数の広がりが分かれば、放電電流が不安定であるか否かを判断できる。
【００４７】
そこで、所定の周波数帯域は、Ｎを２以上の整数としたとき、所定の交流電圧の周波数のＮ倍の周波数の値を中心とした所定の範囲（±Ｘ％）とする。本実施形態では、Ｎ＝３、所定の範囲をＸ＝５としている。即ち、所定の周波数帯域ａを、例えば、１．５０ｋＨｚの３倍である４．５０ｋＨｚの±５％（４．２７５ｋＨｚ以上４．７２５ｋＨｚ以下）の範囲としている。
【００４８】
なお、Ｎ＝３としたのは、後述する隣接周波数帯域を考える場合、Ｎ＝２とすると、所定の周波数帯域ａのＮ＝１側の隣接周波数帯域の電流値が、Ｎ＝１である所定の交流電圧の周波数に対応した帯域の電流値の影響を受ける可能性があるためである。即ち、Ｎ＝１側の隣接周波数帯域の電流値が放電電流だけでなく、印加された電圧の周波数の帯域の電流値の影響を受けているのか否かを判別しにくいからである。一方、Ｎの数が大きくなると、電流値が小さくなっていくため、検出精度が低下してしまう。そこで、本実施形態では、Ｎ＝３としている。なお、所定の周波数帯域の電流値を、Ｎ＝３側の隣接周波数帯域の電流値のみと比較する場合には、Ｎ＝２としても良い。また、検出精度を確保できるのであれば、Ｎを４以上としても良い。
【００４９】
また、所定の範囲（±Ｘ％）のＸは、５〜１０の何れかの値、即ち、±５％〜±１０％の何れかにすることが好ましい。Ｘが５よりも小さいと、後述するように、所定の周波数帯域の電流値と隣接周波数帯域の電流値とを比較した場合に差が出にくくなる。一方、Ｘが１０よりも大きいと、所定の周波数帯域の電流値と隣接周波数帯域の電流値とを比較した場合の差が大きくなり過ぎてしまう。そして、何れの場合も、放電電流が不安定であるか否かの判断がしにくくなる。したがって、Ｘは５以上１０以下の何れかの値とすることが好ましい。
【００５０】
隣接周波数帯域（サイドバンド域）ｂ、ｃは、所定の周波数帯域ａに隣接した範囲である。例えば、隣接周波数帯域ｂを、所定の周波数帯域の下限値と、所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ−１倍の値との中央値との間の範囲（第１の範囲）とする。また、隣接周波数帯域ｃを、所定の周波数帯域の上限値と、所定の交流電圧の周波数のＮ倍の値とＮ＋１倍の値との中央値との間の範囲（第２の範囲）とする。この場合に、所定の周波数帯域ａと比較する隣接周波数帯域は、第１の範囲のみ、第２の範囲のみ、第１の範囲及び第２の範囲の何れであっても良い。
【００５１】
所定の周波数帯域ａが上述の範囲である場合、隣接周波数帯域ｂは、３．７５ｋＨｚ以上４．２７５ｋＨｚ未満の範囲、隣接周波数帯域ｃは、４．７２５ｋＨｚよりも大きく５．２５ｋＨｚ以下の範囲とする。そして、制御回路２２０は、所定の周波数帯域及び隣接周波数帯域のそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧を調整する。
【００５２】
具体的には、フーリエ変換で得られた図５（Ｂ）又は図６（Ｂ）に示すような波形を所定の周波数帯域ａ及び隣接周波数帯域ｂ、ｃのそれぞれにおいて積分し、それぞれの帯域の電流値を求める。そして、所定の周波数帯域ａの電流値Ｉａと隣接周波数帯域ｂ、ｃの電流値Ｉｂ、Ｉｃとを比較することで、放電電流が適切か否かを判断する。本実施形態では、所定の周波数帯域の電流値Ｉａに対する隣接周波数帯域の電流値Ｉｂ、Ｉｃの比率ｄが閾値ｅを超えた場合に、画像形成時に前記帯電部材に印加する交流電圧のピーク間電圧を高くする。即ち、環境に応じて設定されたピーク間電圧よりも高くする。
【００５３】
ここで、所定の周波数帯域の電流値Ｉａと比較する隣接周波数帯域の電流値は、Ｉｂ、Ｉｃの何れか、或いは、ＩｂとＩｃの和であっても良い。即ち、比率ｄは、Ｉｂ／Ｉａ、Ｉｃ／Ｉａ、（Ｉｂ＋Ｉｃ）／Ｉａの何れであっても良い。要は、それぞれに応じて閾値ｅを設定すれば良く、何れであっても、放電波形を推測することができ、その交流電圧での放電電流が十分か否かを判断できる。
【００５４】
また、閾値ｅの意味するところは、目標放電量に対する制御のフレの想定値（［制御のフレ想定値］／目標放電量）である。即ち、比率ｄが閾値ｅを超えるとは、放電が不安定な隣接周波数帯域ｂ、ｃで検出された電流量が、本来、放電電流量が測定されるはずの所定の周波数帯域ａの電流量に対してｅを超える比率を有することである。この場合、電源の能力や帯電ローラの抵抗フレ等で想定される制御のフレの想定値よりも、大きなフレが生じる可能性を示している。即ち、この状態で画像形成を行えば帯電ムラ等の画像不良が生じ得ることを示している。本実施形態では、比率ｄを（Ｉｂ＋Ｉｃ）／Ｉａとし、閾値ｅを環境に関わらず１０％とする。
【００５５】
このような本実施形態の放電量制御のフローの１例を、図７を用いて説明する。まず、前回転時などの非画像形成時に上述した放電量制御を開始する（Ｓ１）。例えば、毎回の画像形成ジョブの前回転時、後回転時、前回の放電量制御を行ってから所定枚数（例えば１０００枚）の画像形成を行った時の紙間の何れか１つ又は複数のタイミングで放電量制御を実行する。
【００５６】
放電量制御を開始すると、制御回路２２０は、ＡＣ電源２０２から所定の交流電圧のみを帯電ローラ２に印加する（Ｓ２）。所定の交流電圧は、上述したように、周波数１．５０ｋＨｚで、ピーク間電圧Ｖｐｐは環境に応じて設定する。本実施形態では、放電量制御の最初に印加するピーク間電圧Ｖｐｐを開始電圧Ｖｐｐとする。
【００５７】
具体的には、メモリ２４０（図３）に図８に示すような水分量と開始電圧Ｖｐｐとの関係のテーブルが記憶されている。水分量は、画像形成装置１００が設置されている環境の温度及び湿度を検出する環境センサ（環境検出手段）１１１により検出する。環境センサ１１１は、図１に示すように、装置本体１１０内に設置されている。そして、制御回路２２０が環境センサ１１１により検出した温度及び湿度（検出結果）から水分量を求め、この水分量に対応した開始電圧Ｖｐｐを図８のテーブルから設定する。本発明者の検討では、放電が開始する電圧Ｖｐｐには水分量に対して感度があることが分かった。このため、水分量を因子として開始電圧Ｖｐｐを決定することとした。
【００５８】
所定の交流電圧を帯電ローラ２に印加すると、電流検出回路２１０で電流を検出する（Ｓ３）。これにより、上述の図５（Ａ）や図６（Ａ）に示したような電流データ（ＡＣ電流波形）を取得する。制御回路２２０は、この電流データをフーリエ変換することで、図５（Ｂ）や図６（Ｂ）に示したように、周波数帯域別に電流値を取得する（Ｓ４）。そして、制御回路２２０は、このデータから、上述したように、所定の周波数帯域ａ、隣接周波数帯域ｂ、ｃのそれぞれの電流値を取得する（Ｓ５）。
【００５９】
次に、所定の周波数帯域ａで目標放電量に達しているか否かを判断する（Ｓ６）。目標放電量についても、環境に応じて設定する。具体的には、メモリ２４０に図９に示すような水分量と目標放電量との関係のテーブルが記憶されている。制御回路２２０は、環境センサ１１１により検出した温度及び湿度から水分量を求め、この水分量に対応した目標放電量を図９のテーブルから設定する。本発明者の検討では、放電が安定して帯電のムラが生じにくくなるような放電の絶対量には水分量に対して感度があることが分かった。このため、水分量を因子として目標放電量を決定することとした。
【００６０】
なお、目標放電量は、所定の周波数帯域ａに対応した値としている。本実施形態では、所定の周波数帯域ａは、１．５０ｋＨｚの３倍である４．５０ｋＨｚの±５％（４．２７５ｋＨｚ以上４．７２５ｋＨｚ以下）の範囲であり、目標放電量もこの帯域に対応した値としている。
【００６１】
Ｓ６で、所定の周波数帯域ａの電流値が目標放電量未満である場合、所定の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを「Δ（上昇幅）」上げて（Ｓ７）、Ｓ２に戻り、再度、上述のフローを繰り返す。この上昇幅Δについても、環境に応じて設定している。
【００６２】
具体的には、メモリ２４０に図１０に示すような水分量とΔとの関係のテーブルが記憶されている。制御回路２２０は、環境センサ１１１により検出した温度及び湿度から水分量を求め、この水分量に対応したΔを図１０のテーブルから設定する。本発明者の検討では、Ｖｐｐの増加に対する放電量の増え方にも水分量に対して感度があることが分かった。このため、各雰囲気環境を実験で確かめ、放電量の分解能がおおよそ５μＡ程度となるよう、Δの値を決定した。なお、本実施形態では、Δを電圧としたが、電流としても良い。
【００６３】
一方、Ｓ６で、所定の周波数帯域ａの電流値Ｉａが目標放電量に達していた場合、隣接周波数帯域（サイドバンド域）ｂ、ｃの電流値Ｉｂ、Ｉｃが、所定の周波数帯域ａの電流値に対し、閾値ｅを超えた否かを判断する（Ｓ８）。比率ｄ＝（Ｉｂ＋Ｉｃ）／Ｉａとした場合、ｄ＞ｅであるか否かを判断する。
【００６４】
上述のように、ｄ＞ｅの状態で画像形成を行えば帯電ムラ等の画像不良が生じ得ることを示しているため、ｄ＞ｅである場合には、このような画像不良を回避するような動作を実行する。具体的には、目標放電量を増加させる（Ｓ９）。本実施形態では、目標放電量を１０μＡ増加させた。具体的には、Ｓ８でｄ＞ｅである目標放電量が図９のテーブルで設定した目標放電量であれば、この値に対して１０μＡ増加させる。そして、Ｓ１に戻り、再度、上述のフローを繰り返す。
【００６５】
ここで、目標放電量を増やした場合、Ｓ６、Ｓ７のフローにより所定の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを増加することになる。したがって、Ｓ９では、目標放電量を増やすと共に、ピーク間電圧Ｖｐｐを高くするようにしても良い。なお、画像不良を回避するような動作としては、このような動作に変えて、或いは、このような動作に加えて、通電を継続し、帯電ローラへの加温を行っても良い。
【００６６】
Ｓ８で、ｄ≦ｅである場合、制御を終了し（Ｓ１０）、ｄ≦ｅを満たす所定の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、画像形成時に印加する交流電圧のピーク間電圧に設定する。即ち、本実施形態では、比率ｄが閾値ｅを超えた場合に、その時に印加した所定の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐよりも高いピーク間電圧を、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧のピーク間電圧とする。
【００６７】
[放電量制御に要する時間]
ここで、上述の放電量制御に要する所要時間について説明する。本実施形態の方法によれば、究極的にはＡＣ電流の１波長のみの形状から放電量を算出することができる。本実施形態では、所定の交流電圧の周波数（帯電ＡＣ周波数）が１．５ｋＨｚであることから、理想的には０．６７［ｍｓ］で制御を完了することができる。実際には１０波をサンプリングに使用しているため、ＡＣ電流の取得には６．７［ｍｓ］の時間を要する。また、制御回路２２０のクロック周波数は１０［ＭＨｚ］、即ち、データ処理の間隔であるクロック間隔は１［μｓ］程度であり、データ取得から計算にかかる時間はほぼゼロと見なして良い。したがって、制御の１サンプル取得に要する時間は上述の通り、略６．７［ｍｓ］と表現できる。
【００６８】
このため、制御を実施できるタイミングは、画像形成装置の起動時、作像直前、作像後だけでなく、下記の計算の通り、連続画像形成の間に生じる非画像部プロセスの間に終えることが可能である。
【００６９】
連続画像形成の間に生じる非画像部プロセスの間（紙間）の時間間隔については、具体的には下記のように算出する。本実施形態では、プロセススピードが３００ｍｍ／ｓ、生産性がＡ４にして５０［枚／分］であり、連続画像形成の間に生じる非画像部プロセスに要する時間は約１５３［ｍｓ］となる。これは６．７［ｍｓ］よりも充分に大きく、制御時のサンプリングを２２回以内で終えることができれば、連続画像形成の間に生じる非画像部プロセスの間に制御を終えることができる。本実施形態では、実験的に、図８ないし図１０で示したテーブルを用いることで、１３０［ｍｓ］以内で終えるように設定することができている。したがって、本実施形態によれば、ダウンタイムを必要とせず、生産性を低下させずに放電量を適正に制御することが可能である。
【００７０】
このように本実施形態の場合、非画像形成時に所定の交流電圧を印加したときの電流データの所定の周波数帯域ａ及び隣接周波数帯域ｂ、ｃのそれぞれの電流値に基づいて、画像形成時に帯電ローラ２に印加する交流電圧を調整している。このため、制御のフレを含めて十分かつ必要最小限の放電量を得られる適切な交流電圧を設定でき、帯電ムラなどによる画像不良の発生を抑制できる。特に、帯電ムラが生じやすい低温環境において、単一の交流電圧を設定した場合と比較して、画像不良の発生をより低減できる。また、制御に要する時間を少なくでき、生産性の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【００７１】
１・・・感光ドラム（感光体）／２・・・帯電ローラ（帯電部材）／１００・・・画像形成装置／１０１・・・高圧電源／１１１・・・環境センサ（環境検出手段）／２１０・・・電流検出回路（電流検出手段）／２１１・・・バンドパスフィルタ／２２０、２２０Ａ・・・制御回路（調整手段）／２３０・・・調整回路（調整手段）
【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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