(57)【要約】【課題】安価で容易な回路構成によって放電電流を制御し、かつ、半速モードや３分の１速モードにおいても適切な電圧または電流を印加し、良好な画像を出力できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体の表面を帯電するための交流電圧を帯電部材に印加する電圧印加手段と、帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、電圧印加手段は、第１の交流周波数ｆ１と第２の交流周波数ｆ２を備え、ｆ１＞ｆ２であって、印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電部材から像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、第１の交流周波数ｆ１のバンドパスフィルタを、第２の交流周波数ｆ２のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体に接触して該像担持体の表面を帯電する帯電部材とを備えた画像形成装置において、
前記像担持体の表面を帯電するための交流電圧を前記帯電部材に印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段から交流電圧が印加される際、前記帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、
前記電圧印加手段は、第１の交流周波数ｆ１と第２の交流周波数ｆ２を備え、ｆ１＞ｆ２であって、
前記電圧印加手段より印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電部材から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、
前記第１の交流周波数ｆ１のバンドパスフィルタを、前記第２の交流周波数ｆ２のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の交流周波数ｆ１の周波数は前記第２の交流周波数ｆ２の周波数の２倍であり、前記第１の交流周波数ｆ１の１次数次周波数を帯域とするバンドパスフィルタを、前記第２の交流周波数ｆ２の２次数次周波数を帯域とするバンドパスフィルタとして用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】
前記第１の交流周波数ｆ１は１次数次周波数、２次数次周波数を帯域とする２つのバンドパスフィルタを有し、前記２つのバンドパスフィルタを前記第２の交流周波数ｆ２の２次数次周波数のバンドパスフィルタ、４次数次周波数のバンドパスフィルタとして用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４】
請求項１の画像形成装置において、前記第１の交流周波数ｆ１の周波数が前記第２の交流周波数ｆ２の周波数のｎ倍であり、前記第１の交流周波数ｆ１のｍ次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを、前記第２の交流周波数ｆ２のｍ×ｎ次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする請求項１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、画像形成装置、特に帯電部材に交流電圧を印加するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置においては、電子写真感光体、静電記録誘電体等の像担持体の帯電処理手段としてコロナ帯電器が使用されてきた。
【０００３】
近年は、低オゾン、低電力等の利点を有することから、像担持体の帯電処理手段として、被帯電体である像担持体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体の帯電を行う方式の接触帯電装置が実用化されている。
【０００４】
このような接触帯電装置での帯電方式には、帯電部材にＤＣ電圧のみを印加して被帯電体を帯電させる「ＤＣ帯電方式」がある。また、ＡＣ電圧成分とＤＣ電圧成分を有し、時間と共に電圧値が周期的に変化する電圧振動電圧を印加して被帯電体を帯電させる「ＡＣ帯電方式」がある。近年においては帯電均一性に優れている「ＡＣ帯電方式」が広く用いられている。
【０００５】
このようなＡＣ帯電方式の帯電制御を行う画像形成装置での帯電制御は、印加電圧として正負の電圧を交互にし、放電・逆放電を繰り返すため、放電により被帯電体である感光体ドラム表面の劣化が大きくなる。そして、劣化した感光体ドラム表面部分がクリーニングブレードなどの当接部材との摩擦により削りとられてしまうという課題があり、ＡＣ帯電方式における放電電流量を適正な必要最小限に制御する方法が多く提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１で提案されている画像形成装置では、図２に示されるとおり、複数のバンドパスフィルタを用いて、放電電流を検出し、放電電流成分を直接制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１０６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、画像形成装置の印刷速度に関する言及がない。通常、画像形成装置は装置の最大印刷速度(等速モード)のほかに、種々の条件によって、半分の速度にする場合(半速モード)や、３分の１の速度にする場合(３分の１速モード)で、帯電に印加する交流周波数を変更する。
【０００９】
従来の画像形成装置では、生産性を下げないために印刷速度を変更した場合は、等速モードの制御結果から推定された計算値を用いたり、等速モードと同じ電圧や電流を印加したりしていた。このように制御すると、印加電圧や印加電流が低すぎると砂地、高すぎると画像流れという画像不良が発生する場合があった。
【００１０】
本発明の目的は、安価で容易な回路構成によって放電電流を制御し、かつ、半速モードや３分の１速モードにおいても適切な電圧または電流を印加し、良好な画像を出力できる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、
像担持体と、前記像担持体に接触して該像担持体の表面を帯電する帯電部材とを備えた画像形成装置において、前記像担持体の表面を帯電するための交流電圧を前記帯電部材に印加する電圧印加手段と、前記電圧印加手段から交流電圧が印加される際、前記帯電部材に流れる電流を検出する電流検出手段と、を有し、前記電圧印加手段は、第１の交流周波数ｆ１と第２の交流周波数ｆ２を備え、ｆ１＞ｆ２であって、前記電圧印加手段より印加された交流電圧の周波数の定数倍の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、前記帯電部材から前記像担持体への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、前記印加手段が印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有し、前記第１の交流周波数ｆ１のバンドパスフィルタを、前記第２の交流周波数ｆ２のバンドパスフィルタとして用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る画像形成装置によれば、帯域フィルタを最小限の個数で構成でき、回路基板の小型化、低コスト化しながら、半速モードであっても、ダウンタイムの発生を最小にし、放電電流を精度よく制御することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における画像形成装置の放電電流量を制御する制御回路の概略構成を示す図である。
【図３】図１における帯電電源により帯電ローラに印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。
【図４】交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。
【図５】図２における制御部により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置２００の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１において、感光体ドラム１は被帯電体たる像担持体であり、この感光体ドラム１は導電性支持体１ａに感光層１ｂが形成されたものである。さらに、感光体ドラム１の回りには、その回転方向である矢印Ａ方向に沿って、帯電手段である帯電ローラ１２、現像装置１４、転写ローラ１５、クリーナ１６等が配置されている。また、感光体ドラム１の上方にはスキャナユニット１３が配置されている。帯電ローラ１２は、感光体ドラム１に圧接して感光体ドラム１を帯電させる。
【００１７】
帯電電源１８は、感光体ドラム１を帯電するための交流電圧を帯電ローラ１２に印加する印加手段に対応し、帯電ローラ１２に直流電圧を重畳した交流電圧を印加する。現像電源１９は現像装置１４の現像装置１４ａに現像バイアスを供給する。転写電源２０は転写ローラ１５に転写バイアスを供給する。また、画像形成装置２００には、除電針２４、搬送ガイド２１、２２、定着装置１７が設けられている。
【００１８】
次に、画像形成装置２００における画像形成動作について説明する。画像形成動作が開始されると、まず不図示の駆動手段によって矢印Ａ方向に回転駆動された感光体ドラム１は、帯電ローラ１２によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。そして、表面が帯電された感光体ドラム１は、その表面がパーソナルコンピュータ等の外部情報機器より送られた文字、図形などの画像情報に応じてスキャナユニット１３から照射されるレーザーＬにより露光される。この結果、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【００１９】
この静電潜像は、現像装置１４によってトナー現像され、感光体ドラム１にトナー像が形成される。現像装置１４は、現像電源１９から現像装置１４ａに供給されるＡＣバイアスとＤＣバイアスの重畳電圧により現像装置１４ａと感光体ドラム１の静電潜像との間に電位差を形成する。この電位差によってトナーが静電潜像に転移されることにより、感光体ドラム１にトナー像が形成される。
【００２０】
一方、トナー像形成動作に並行して不図示の給紙カセットに収納されていた記録紙Ｓは、感光体ドラム１と転写ローラ１５との間のニップに所定のタイミングで搬送され、転写ローラ１５に印加される転写バイアスにより感光体ドラム１のトナー像が記録紙上の所定の位置に転写される。
【００２１】
転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録紙Ｓは、接地された除電針２４により感光体ドラム１より分離され、搬送ガイド２２により定着装置１７に導入される。そして、転写材Ｓは、この定着装置１７で加圧加熱され、トナー画像が定着された記録紙Ｓは、機外に排出される。
【００２２】
記録紙Ｓに転写されずに表面に残ったトナーがクリーナ１６によってトナー像転写後の感光体ドラム１から除去され、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００２３】
図２は図１における画像形成装置２００の放電電流量を制御する制御回路３００の概略構成を示す図である。
【００２４】
図２において、高圧トランスドライブ回路６１はＣＰＵ９９を有する制御部１００により入力された周波数設定信号及び電圧設定信号に基づいて正弦波を作成する。この高圧トランスドライブ回路６１で作成された正弦波は、高圧トランス６０により昇圧されるようになっている。
【００２５】
また、直流高圧発生回路６２は、直流高圧を発生する。発生された直流電圧と高圧トランス６０により昇圧された交流高圧とが帯電ローラ１２に印加される。
【００２６】
電流検出回路６４は、帯電電源１８により交流電圧が印加された帯電ローラ１２を流れる電流を検出する電流検出手段に対応し、高圧トランスドライブ回路６１及び直流高圧発生回路６２から印加される電圧により帯電ローラ１２に流れる電流を全波整流を用いて検知する。バンドパスフィルタ１０２〜１０５は、それぞれ高圧トランスに印加される周波数設定の１次〜４次の周波数を通過帯域に設定されている。
【００２７】
具体的に、バンドパスフィルタ１０２は、１次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ１０３は、２次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ１０４は、３次の周波数を通過帯域とするように設定されている。バンドパスフィルタ１０５は、４次の周波数を通過帯域とするように設定されている。
【００２８】
このように、バンドパスフィルタは複数設けられ、当該複数のバンドパスフィルタの各々が通過帯域とする整数次数周波数は異なっている。
【００２９】
平滑回路１０１ａ〜１０１ｄはピークホールド回路であり、それらの出力は図示しないＤ／Ａポートを通じて制御部１００に入力される。
【００３０】
図３は図１における帯電電源１８により帯電ローラ１２に印加される交流バイアスの電圧と電流の波形を示す図である。図３において、縦軸は電圧または電流を示し、横軸は時間軸である。
【００３１】
図３に示される交流バイアス電圧（Ｖｏ）を帯電ローラ１２に印加すると、帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間の抵抗性負荷には、交流バイアス電圧（Ｖｏ）と同位相の抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）が流れる。
【００３２】
また帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間の容量性負荷には交流バイアス電圧（Ｖｏ）より９０°位相が進んだ容量負荷電流（Ｉｚｃ）が流れる。さらに、交流バイアス電圧（Ｖｏ）の電圧振幅ピーク時には帯電ローラ１２と感光体ドラム１との間にパルス的な放電電流（Ｉｓ）が流れる。
【００３３】
そして、これら抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）、容量負荷電流（Ｉｚｃ）及び放電電流（Ｉｓ）をトータルすると、電流Ｉｏが流れる。検出電流波形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波形を示している。
【００３４】
図４は交流電圧振幅と出力電流量の関係を示す図である。図４において、縦軸は出力電流量を示し、横軸は交流電圧振幅を示している。
【００３５】
図４では、一定電圧振幅以下では電圧振幅と出力電流はほぼ比例していることが示されている。これは抵抗負荷電流（Ｉｚｒ）と容量負荷電流（Ｉｚｃ）が電圧振幅に比例し、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。
【００３６】
一方、出力電圧振幅を大きくしていくと所定の電圧振幅（Ｖｓ）で放電現象が始まるので、トータル出力電流（Ｉｏ）と比例せずに、放電電流（Ｉｓ）分だけ多く流れるようになる。
【００３７】
図５は図２における制御部１００により実行される放電電流制御処理の手順を示すフローチャートである。
【００３８】
図５において、作像動作や調整動作が開始されると、紙種などの設定によって等速モードか否かが判断される。等速モードであれば(Ｓ１８０でYES)、等速モードに設定される(Ｓ１９１)。等速モードでなければ(Ｓ１８０でNo)、半速モードに設定(Ｓ１９２)される。
【００３９】
そして、ＡＣ帯電出力が開始されると（ステップＳ２０１でＹＥＳ）、制御部１００は高圧トランスドライブ回路６１に対し、等速モードでのＡＣ帯電の周波数を設定する周波数(f1)設定信号（クロック）を出力する（ステップＳ２０２）。
【００４０】
さらに、ＡＣ帯電の電圧レベルを設定する電圧設定信号（初期値）を出力する（ステップＳ２０３）。ここで用いられる電圧設定信号（初期値）は予め記憶されている。
【００４１】
次いで、環境テーブルより目標放電電流量を取得する（ステップＳ２０４）。この環境テーブルは、画像形成装置２００のそのときの状況に応じて最適な帯電を実現するための目標放電電流量を示すテーブルである。目標放電電流量は、帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を制御するために予め定められた基準量であり、使用環境や、耐久履歴に応じて定まるものであり、予め実験等において得られた値が環境テーブルに用いられる。
【００４２】
一方、図２に示した帯電電源１８においては、電圧設定信号（初期値）に基づいて帯電動作が開始されており、電流検出回路６４においては図３に示した検出電流波形が得られている。
【００４３】
この波形信号はＡＣ帯電周波数の１次〜４次に設定された各バンドバスフィルタ（１０２〜１０５）とピークホールドの平滑回路１０１ａ〜ｄを介して、制御部１００のＡ／Ｄ変換ポートに入力されている。
【００４４】
ＣＰＵ９９はこれらの平滑回路１０１ａ〜１０１ｄより出力値を取得する（ステップＳ２０５）。
【００４５】
そして、計測放電電流量Ｈ（計測量）を演算する（ステップＳ２０６）。この計測放電電流量Ｈは、以下の式１で演算された値である。
【００４６】
Ｈ＝Ｋ１×Ｖ１＋Ｋ２×Ｖ２＋Ｋ３×Ｖ３＋Ｋ４×Ｖ４＋Ｃ…（式１）
Ｖ１：バンドパスフィルタ１０２出力
Ｖ２：バンドパスフィルタ１０３出力
Ｖ３：バンドパスフィルタ１０４出力
Ｖ４：バンドパスフィルタ１０５出力
Ｋ１  Ｋ２  Ｋ３  Ｋ４  Ｃ：実験で得られた予め定められた係数
このように、計測量は、各々のバンドバスフィルタの出力の線形和であって帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を示す。
【００４７】
このように、放電電流量に相当する計測量を各バンドパスフィルタの出力の線形和で構成することで、計測量が放電電流量に良く合致するようなＫ１  Ｋ２  Ｋ３  Ｋ４  Ｃを実験から得ることができる。
【００４８】
次いで、計測放電電流量Ｈと上記目標放電電流量の比較を行い、その差分が小さくなるように、電圧設定信号に印加する電圧補正設定量が演算される（ステップＳ２０７）。この補正を重畳した電圧設定信号（補正値）が高圧トランスドライブ回路６１に対し出力される（ステップＳ２０８）。このステップＳ２０８は、バンドパスフィルタの出力から定まる計測量と、帯電ローラ１２から感光体ドラム１への放電電流量を制御するために予め定められた基準量とを用いて、帯電電源１８が印加する交流電圧を制御する制御手段に対応する。
【００４９】
電圧設定信号の逐次補正はＡＣ帯電が終了するまで（ステップＳ２０９でＹＥＳ）、一定サンプリング間隔で続けられる。
【００５０】
同様に、半速モードに設定された(Ｓ１９２)場合、ＡＣ帯電出力が開始される(Ｓ２１１でYes)と、制御部１００は高圧トランスドライブ回路６１に対し、半速モードでのＡＣ帯電の周波数を設定する周波数(f2)設定信号（クロック）を出力する（ステップＳ２１２）。
【００５１】
ここで、周波数f1は周波数f2の２倍である。さらに、等速モードと同様に、ＡＣ帯電の電圧レベルを設定する電圧設定信号（初期値）を出力し（ステップＳ２１３）、次いで、環境テーブルより目標放電電流量を取得する（ステップＳ２１４）。さらに、等速モード時と同様、ＣＰＵ９９は平滑回路１０１ａ〜ｄより出力値を取得する（ステップＳ２１５）。
【００５２】
そして、計測放電電流量Ｈ（計測量）を演算する（ステップＳ２１６）。この計測放電電流量Ｈは、以下の式１で演算された値である。
【００５３】
Ｈ＝Ｌ１×Ｖ１＋Ｌ２×Ｖ２＋Ｌ３×Ｖ３＋Ｌ４×Ｖ４＋Ｃ…（式１）
Ｖ１：バンドパスフィルタ１０２出力
Ｖ２：バンドパスフィルタ１０３出力
Ｖ３：バンドパスフィルタ１０４出力
Ｖ４：バンドパスフィルタ１０５出力
Ｌ１  Ｌ２  Ｌ３  Ｌ４  Ｃ：実験で得られた予め定められた係数
ここで、すでに述べたとおり、バンドパスフィルタ１０２〜１０５は、等速モードでの周波数f1に対応したバンドパスフィルタである。半速モードでの周波数f2の場合、バンドパスフィルタ１０２は、２次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０３は、４次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０４は、６次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０５には８次の周波数の通過帯域に対応する。
【００５４】
表１に、周波数f2に関し、１〜４次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合に計算された放電電流量と、2,4,6,8次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合に計算された放電電流量とを比較した表を示す。
【００５５】
【表１】
2017062287.tif 000003
表１のように、２，４，６，８次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを用いた場合でも、１〜４次数次周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタと用いた場合と同等の精度でもって放電電流を計算することができた。
【００５６】
以上説明したように本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドパスフィルタを用いた回路構成によって、半速モードでもバンドパスフィルタを増設することなしに、実現することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
本実施形態では、３分の１速モード、つまり、周波数f1が周波数f2の３倍である場合について解説する。具体的な動作は実施形態１と同様であるので省略し、計測放電量Ｈを演算する処理について解説する。
【００５８】
この計測放電電流量Ｈは、以下の式１で演算された値である。
【００５９】
Ｈ＝Ｍ１×Ｖ１＋Ｍ２×Ｖ２＋Ｍ３×Ｖ３＋Ｍ４×Ｖ４＋Ｃ…（式１）
Ｍ１：バンドパスフィルタ１０２出力
Ｍ２：バンドパスフィルタ１０３出力
Ｍ３：バンドパスフィルタ１０４出力
Ｍ４：バンドパスフィルタ１０５出力
Ｍ１  Ｍ２  Ｍ３  Ｍ４  Ｃ：実験で得られた予め定められた係数
ここで、すでに述べたとおり、バンドパスフィルタ１０２〜１０５は、等速モードでの周波数f1に対応したバンドパスフィルタである。３分の１速モードでの周波数f2の場合、バンドパスフィルタ１０２は、３次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０３は、６次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０４は、９次の周波数の通過帯域に対応する。バンドパスフィルタ１０５には１２次の周波数の通過帯域に対応する。
【００６０】
以上説明したように本実施の形態においては、耐久や環境で変化する放電電流量の常時適正維持に必要な放電電流量リアルタイム検知を、安価で容易なバンドパスフィルタを用いた回路構成によって、３分の１速モードでもバンドパスフィルタを増設することなしに、実現することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  感光ドラム、１２  帯電ローラ、１８  帯電電源、３１，３２  定電流回路、
６１  高圧トランスドライブ回路、６２  直流高圧発生回路、９９  ＣＰＵ、
１００  制御部、１０１  平滑回路、１０２〜１０５  バンドパスフィルタ
【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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