画像形成装置
【課題】帯電部材がトナー、外添剤等の付着により不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を長期的に安定して維持できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１と接触して帯電する第１の帯電部材２１と、像担持体１の回転方向に沿って第１の帯電部材２１の下流側において、像担持体１と接触して帯電する第２の帯電部材２２と、を備え、第１の帯電部材２１に直流電圧を印加しつつ、第２の帯電部材２２に交流電圧と直流電圧とを印加したときに第２の帯電部材２２の直流電流値の絶対値が小さくなるように、第２の帯電部材２２に印加する直流電圧値を制御する。
【解決手段】像担持体１と接触して帯電する第１の帯電部材２１と、像担持体１の回転方向に沿って第１の帯電部材２１の下流側において、像担持体１と接触して帯電する第２の帯電部材２２と、を備え、第１の帯電部材２１に直流電圧を印加しつつ、第２の帯電部材２２に交流電圧と直流電圧とを印加したときに第２の帯電部材２２の直流電流値の絶対値が小さくなるように、第２の帯電部材２２に印加する直流電圧値を制御する。
【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、レーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、像担持体に接触して像担持体を帯電する複数の帯電部材を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、導電性のローラ型帯電部材を感光体などの像担持体に直接接触或いは近接させて、像担持体を帯電する帯電方式を採用した画像形成装置が製品化されている。また近年、単位時間当たりに多くの印刷物を出力することが画像形成装置に求められている。そのため、感光ドラムの回転速度を速くし、例えば、帯電ローラを像担持体である感光ドラムに接触させる。そして、感光ドラムの回転とともに従動回転させる構成とし、帯電ローラに電圧を供給することにより感光ドラムを一様に帯電する。
【０００３】
しかしながら、高速に回転している感光ドラムに対しては、帯電ローラと感光ドラムとの当接部が不安定となりがちで、そのために帯電ムラが生じやすくなる。従って、このような帯電ローラを、例えば高信頼性が要求され且つコピーボリュームの大きい高速複写機等の高級機種の画像形成装置における、感光ドラム等の帯電処理装置として用いることは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献１、２に記載されているように、接触帯電手段における表面電位を初期から長期に渡って安定させ高画質化を図るために、接触帯電手段は、独立した２つ以上の接触帯電部材を有している。そして、像担持体表面と最初に当接する第１の接触帯電部材よりも下流側に設けられ、像担持体の表面に当接する第２の接触帯電部材に、直流に交流を重畳したバイアスを印加することが知られている。
【０００５】
帯電ローラを用いた接触帯電方式では、導電性の部材を感光ドラムに加圧当接させ、これに電圧を印加することによって放電により感光ドラムへの帯電を行う。具体的には、放電開始電圧（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、約６００Ｖ）に、必要とされる感光ドラムの表面電位Ｖｄを足した直流電圧（ＤＣ電圧）を印加することで帯電を行うＤＣ帯電方式がある。さらに、環境・耐久変動による電位の変動を改善する目的として、ＡＣ帯電方式がある。ＡＣ帯電方式では、必要とされる感光ドラムの表面電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧に放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を持つ交流成分（ＡＣ成分）を重畳した電圧を帯電ローラに印加することで帯電を行う。
【０００６】
ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して一般的に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。
【０００７】
しかし、非接触帯電方式であるコロナ帯電方式に比べて、帯電ローラを用いた接触帯電方式では、経時変化、及び作像画像種に伴い、接触帯電部材が、トナー、外添剤等の飛散物の付着により帯電ローラが汚染されてしまう現状がある。
【０００８】
この課題に対して特許文献３では、接触帯電部材を均一に帯電を行うために帯電部材清掃部材を付与する構成を持つことにより付着物を清掃部材により除去し、均一帯電を図る構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２７２１９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２１２５号公報
【特許文献３】特開平７−１９９６０４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、帯電ローラ清掃部材を有する構成においては以下の課題が残されていた。
【００１１】
つまり、帯電清掃部材で帯電ローラを清掃しても経時的に清掃能力は劣り除去しきれないトナー、外添剤等の飛散物が帯電ローラ上に残留してしまう。その結果、残留した飛散物により帯電ローラ表層の抵抗分布が変動する為、一定の帯電高圧を印加している装置においては、感光ドラムへの均一な帯電を形成することができなくなる。
【００１２】
この状態において画像形成された複写物には、印刷方向に対して並行に帯電斑と呼ばれる画像不良を発生させてしまう。
【００１３】
本発明は、帯電部材がトナー、外添剤等の付着により不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を長期的に安定して維持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、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電する第１の帯電部材と、
前記像担持体の回転方向に沿って前記第１の帯電部材の下流側において、前記像担持体と接触して帯電する第２の帯電部材と、
前記第１の帯電部材と第２の帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第２の帯電部材に流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記第１の帯電部材に直流電圧を印加しつつ、前記第２の帯電部材に交流電圧と直流電圧とを印加したときに前記電流検知手段が検知した直流電流値の絶対値が小さくなるように、前記第２の帯電部材に印加する直流電圧値を制御する制御手段と、
を有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、複数の接触帯電部材を有する画像形成装置において、帯電部材がトナー、外添剤等の付着により不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を長期的に安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明に係る帯電ローラの概略構成図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の動作シーケンス図である。
【図４】帯電ローラに対する直流電圧印加系の電源回路図である。
【図５】帯電ローラに対する交流電圧印加系の電源回路図である。
【図６】第１の実施例の帯電制御実行時における感光ドラムの表面電位を示した図である。
【図７】帯電ローラに印加したＤＣ電圧と感光体表面電位との関係を示す図である。
【図８】第１の実施例の制御フローチャートである。
【図９】画像形成装置各部とＣＰＵ（制御手段）との関係を示すブロック図である。
【図１０】直流電流値に対しする電位収束性を示した図である。
【図１１】突入電位と印加ＤＣ電圧差に対する電位収束性を示した図である。
【図１２】突入電位に対する印加ＤＣ電圧一定時における火花放電分布量を示した図である。
【図１３】表層抵抗を系列に火花放電分布量を示した図である。
【図１４】第２の実施例の制御フローチャートである。
【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
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１００は、接触帯電方式を採用した電位写真式のレーザビームプリンタである。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置１００は、像担持体として、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を有する。
【００２０】
本実施例において、感光ドラム１は、帯電特性が負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）であり、外径３０ｍｍ、中心支軸を中心に１３０ｍｍ／ｓのプロセススピード（周速度）を持って矢印方向（反時計回り）Ｒ１に回転駆動される。
【００２１】
感光ドラム１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している。
【００２２】
図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム表面を一様に帯電処理する接触式帯電手段２として、第１の帯電部材（帯電ローラ）２１と第１の帯電ローラ２１よりも感光ドラム移動方向にて下流側に配設した第２の帯電部材（帯電ローラ）２２とを有する。帯電ローラ２１及び２２は、感光ドラム１との間の微小ギャップにて生じる放電現象を利用して帯電する。
【００２３】
ここで、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２について説明する。
【００２４】
本実施例では、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２は同様の寸法、材質のものを用いた。ここでは、第１の帯電ローラ２１について説明するが、特に記載しない部分に関しては第２の帯電ローラ２２においても同様の構成である。
【００２５】
図２に示すように、帯電ローラ２１は、芯金（支持部材）２１ａの両端部をそれぞれ軸受け部材２１ｅにより回転自在に保持される。また、帯電ローラ２１は、押圧バネ２１ｆによって感光ドラム１に向かって付勢して、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せている。
【００２６】
これにより、帯電ローラ２１は、感光ドラム１の回転に従動して図中曲線矢印の方向（時計周り）Ｒ２に回転する。感光ドラム１と帯電ローラ２１との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａ１である。また、感光ドラム１と帯電ローラ２２との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａ２である。
【００２７】
帯電ローラ２１は、長手長さ３３０ｍｍ、直径１４ｍｍである。また、図２の層構成模型図に示すように、芯金２１ａの外周に下層２１ｂ、中間層２１ｃ、表層２１ｄとを下から順次積層した３層構成である。
【００２８】
芯金２１ａは、直径６ｍｍのステンレス丸棒である。下層２１ｂは、カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ（エチレンープロピレンージエンゴム）、比重０．５ｇ／ｃｍ3、体積抵抗値１０7〜１０9Ω・ｃｍであり、層厚は約３．５ｍｍである。
【００２９】
中間層２１ｃは、カーボン分散のＮＢＲ（ニトリルゴム）、体積抵抗値１０2〜１０5Ω・ｃｍであり、層厚は約５００μｍである。
【００３０】
表層２１ｄ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、体積抵抗値は１０7〜１０10Ω・ｃｍ、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。
【００３１】
尚、本実施例では、電源Ｓ１１はＤＣ電源のみからなる構成であり、電源Ｓ１２はＤＣ及びＡＣ電源を有する構成である。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。
【００３２】
本実施例では、感光ドラム１は、−５００ｖに一様に帯電処理されるが、具体的な帯電バイアス制御については後述する。
【００３３】
図１に示すように、画像形成装置１００は、帯電処理された感光ドラム１の面に静電潜像を形成する情報書き込み手段として露光手段である露光装置３を有する。
【００３４】
本実施例において、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。レーザビームスキャナ３は、画像読み取り装置（図示せず）などのホスト処理装置からプリンタ側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、一様に帯電処理された回転する感光ドラム１の表面を、露光部（露光位置）ｂにおいてレーザ走査露光（イメージ露光）する。
【００３５】
このレーザ走査露光により、感光ドラム１の表面のレーザ光Ｌで照射されたところの電位が低下し、回転する感光ドラム１の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次形成されていく。
【００３６】
図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム１上の静電潜像に従ってトナーを供給し、静電潜像をトナー画像（現像剤像）として反転現像する現像手段として現像装置４を有する。
【００３７】
本実施例においては、現像装置４は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤による磁気ブラシを、感光ドラム１に接触させながら現像を行う二成分接触現像方式を採用した現像装置である。
【００３８】
現像装置４は、現像容器４ａ、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４ｂを備えている。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露呈させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置してある。
【００３９】
現像スリーブ４ｂ内には、非回転に固定してマグネットローラ４ｃが挿設されている。現像スリーブ４ｂに対向して、現像剤コーティングブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、現像剤として二成分現像剤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。また、補給用トナーが不図示のトナーホッパーに収容されている。
【００４０】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅは、主に非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。本実施例において磁性キャリアの体積抵抗は、約１０13Ω・ｃｍである。キャリアの粒径（体積平均粒径：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体積平均粒径とする）は、約４０μｍである。トナーは、磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。
【００４１】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）を３５０μｍに保持して感光ドラム１に近接対向配設される。この感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部ｃである。
【００４２】
現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向（Ｒ１方向）とは逆方向（Ｒ３方向）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の外周面に磁気ブラシ層として吸着保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム１の表面を適度に摺擦する。
【００４３】
現像スリーブ４ｂには、電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本実施例において、現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は、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、−３５０Ｖの直流電圧と、周波数８．０ｋＨｚ、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。
【００４４】
そして、回転する現像スリーブ４ｂの面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、現像バイアスによる電界によって感光ドラム１の表面に静電潜像に対応して選択的に付着し、静電潜像がトナー画像として現像される。本実施例の場合、感光ドラム１の表面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。このとき、感光ドラム１上に現像されたトナーの帯電量は、温度２３℃、絶対水分量１０．６ｇ／ｍ3の環境下では、凡そ−２５μＣ／ｇである。
【００４５】
現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の現像剤薄層は、引き続く現像スリーブ４ｂの回転に伴い現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００４６】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を、略一定の範囲内に維持するために、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を、例えば、光学式トナー濃度センサによって検知する。そして、その検知情報に応じて不図示のトナーホッパーを駆動制御して、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。
【００４７】
図１に示すように、画像形成装置１００は、転写手段として転写装置５を有する。本実施例においては、転写装置５は転写ローラである。転写ローラ５は、感光ドラム１に所定の押圧力をもって圧接され、その圧接ニップ部が転写部ｄである。この転写部ｄに絵紙機構部（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。
【００４８】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、回転する感光ドラム１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には電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施例では＋６００Ｖが印加される。これにより、転写部ｄを挟持搬送されていく記録材Ｐの表面に感光ドラム１の表面側のトナー画像が順次に静電転写されていく。
【００４９】
なお、画像形成装置１００の構成は、必ずしも感光ドラムからトナー像を直接記録材Ｐに転写する構成ではなく、感光ドラム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。
【００５０】
転写部ｄを通ってトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光ドラム１の表面から順次に分離されて定着装置６へ搬送される。本実施例では、定着装置６は熱ローラ定着装置であり、この定着装置６により記録材Ｐはトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００５１】
転写部ｄにおける記録材Ｐへのトナー画像転写後に、感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナーは、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１の表面から除去される。
【００５２】
ここでは、転写残トナーの除去手段としてクリーニング装置７を用いる画像形成装置の例を挙げたが、転写残トナーの電荷適正化手段を有し、現像装置４にて現像同時回収するクリーナレス方式の画像形成装置においても、本発明の適用が可能である。
【００５３】
次に、本実施例における画像形成装置の動作シーケンスについて説明する。図３は、上記プリンタの動作シーケンス図である。
【００５４】
（１）初期回転動作（前多回転工程）
プリンタ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−オンにより、感光ドラム１を回転駆動させ、また定着装置６の所定温度への立ち上げ等、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。
【００５５】
（２）印字準備回転動作（前回転工程）
プリント信号−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り、初期回転動作中にプリント信号が入力したときには初期回転動作に引き続いて実行される。
【００５６】
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の回転駆動が停止され、プリンタ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すると印字準備回転動作が実行される。
【００５７】
（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、引き続いて回転感光ドラムに対する作像プロセスが実行され、回転感光ドラム面に形成されたトナー画像の記録材への転写、定着装置によるトナー画像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。
【００５８】
連続印字（連続プリント）モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚数ｎ枚分繰り返して実行される。
【００５９】
（４）紙間工程
連続印字モードにおいて、記録材の後端部が転写位置ｄを通過した後、次の記録材の先端部が転写位置ｄに到達するまでの間の、転写位置における記録材の非通紙状態期間である。
【００６０】
（５）後回転動作
最後の記録材の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を継続させて感光ドラムを回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。
【００６１】
（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の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタ−ト信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
【００６２】
１枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態になる。
【００６３】
スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。
【００６４】
上記（３）の印字工程時が画像形成時であり、そして、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、上記（５）の後回転動作が非画像形成時である。
【００６５】
次に、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２に対する帯電バイアス印加系について説明する。
【００６６】
図４及び図５は、それぞれ第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２に対する帯電バイアス印加系の電源回路図である。
【００６７】
図４に示すように、第１の帯電ローラ２１においては、電圧印加手段である電源Ｓ１１が直流（ＤＣ）電源を有している。直流電圧は、スイッチング回路１５−１、トランスＴ１を含む直流電圧発生部から定電圧出力される。電源制御手段である制御回路１４は、抵抗Ｒ１を介して直流電圧を電圧検出回路１６−１で検出し、その出力情報をもとに直流電圧出力を安定させる。
【００６８】
電源Ｓ１１から直流電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ）が芯金２１ａを介して帯電ローラ２１に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。
【００６９】
一方、図５に示すように、第２の帯電ローラ２２においては、電圧印加手段である電源Ｓ１２が直流（ＤＣ）電源（直流電圧発生部）と交流（ＡＣ）電源（交流電圧発生部）を有している。
【００７０】
直流電圧は、スイッチング回路１５−２、トランスＴ１を含む直流電圧発生部から定電圧出力される。制御回路１４は、抵抗Ｒ１を介して直流電圧を電圧検出回路１６−２で検出し、その出力情報をもとに高圧直流電圧出力を安定させる。
【００７１】
交流電圧は、トランスＴ２を含む交流電圧発生部から定電流出力される。制御回路１４は、コンデンサＣ２を介して交流電流を電流検出回路１９で検出し、その出力情報をもとに、正弦波発振回路１７に接続された増幅回路１８のゲインを制御する。最後に両者が抵抗Ｒ３を介して重畳される。ＡＣ成分の波形としては、正弦波、矩形波、三角波、など適宜である。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る矩形波電圧であってもよい。
【００７２】
電源Ｓ１２から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が芯金２２ａを介して帯電ローラ２２に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。
【００７３】
本実施例にて、感光ドラム１を介して第２の帯電ローラ２２に流れる直流電流値を測定する電流検知手段としての直流電流値測定回路１３が設けられており、この直流電流値測定回路１３から制御回路１４に、測定された直流電流値の情報が入力される。
【００７４】
制御回路１４は、ＤＣ電源Ｓ１１から第１の帯電ローラ２１に印加する直流電圧値と、電源Ｓ１２から第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値と、電源Ｓ１２から帯電ローラ２２に印加する交流電圧のピーク間電圧値或いは交流電流値と、を制御する機能を有する。
【００７５】
そして、制御回路１４は、直流電流値測定回路１３から入力された直流電流値情報から、印字工程の帯電工程における帯電ローラ２１及び帯電ローラ２２に対する印加直流バイアスの演算・決定プログラムを実行する機能を有する。
【００７６】
次に、帯電ローラ２２に印加する帯電バイアスの制御方法について、詳細に説明する。なお、本実施例の制御は、温度２３℃、湿度５０％の環境で行われた。
【００７７】
本実施例では、第１の帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスを−１１００Ｖ、第２の帯電ローラ２２に帯電ＡＣバイアスを１５００Ｖｐｐ、現像ＤＣバイアスを−３５０Ｖ、転写バイアスを＋６００Ｖ、で一定とし、画像を作成せずに画像形成装置を動作させた。
【００７８】
第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＤＣバイアスは、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となるように、所謂、定電流制御で出力した。
【００７９】
ここでは、説明のために、画像を作成せずに画像形成装置を動作させたときの感光ドラム電位を例示するが、実際には、帯電バイアス制御は画像形成中（画像形成工程時）に同時に行われる。
【００８０】
図６は、本実施例の帯電バイアス制御を行う際の感光ドラム１の各位置における表面電位を示した図である。
【００８１】
図６中、位置（Ａ）にて示すように、第１の帯電ローラ２１の直前における感光ドラム１の表面電位は０Ｖである。
【００８２】
ここで、先ず、第１の帯電ローラ２１通過後の感光ドラム１の表面電位について考察する。帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスはＤＣ帯電方式における放電開始電圧以上の電圧を印加することにより、作像時における暗部電位に設定、電位を収束することができる。
【００８３】
図７は、上記環境において本実施例で使用した帯電ローラ２１におけるＤＣ電圧と感光ドラム表面電位との関係を示すグラフである。本実施例では図６に示すように、図６の位置（Ｂ）に示す感光ドラム面上の表面電位を−５００ｖに帯電するようにＤＣ電圧を−１１００ｖとした。
【００８４】
従って、帯電ローラ２１を通過した感光ドラム１の表面電位は、帯電ローラ２１に印加されたＤＣバイアスによって、０Ｖ（図６中、位置（Ａ））から−５００Ｖ（図６中、位置（Ｂ））に変化していることが分かる。
【００８５】
次に、第２の帯電ローラ２２通過前後の感光ドラム表面電位について考察する。
【００８６】
第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスは、ＤＣ帯電方式における放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）であればよい。このような条件のとき、帯電ローラ２２を通過した感光ドラムの表面電位は印加したＤＣバイアスと同電位に収束することが知られている。
【００８７】
図７に示すように、放電開始電圧Ｖｔｈは約６００Ｖであることから、印加するＡＣバイアスは、Ｖｔｈの２倍である１２００Ｖｐｐ以上であればよい。本実施例においては、第２の帯電ローラ２２に印加したＡＣ電圧は安全係数を見越して１５００Ｖｐｐとなっており、帯電ローラ２２を通過した後の感光ドラム表面電位を−５００Ｖに均一帯電させる（図６中、位置（Ｃ））。
【００８８】
一方、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となる際には、第２の帯電ローラ２２通過前後の感光ドラム電位が変化していないということである。従って、第１の帯電ローラ２１を通過後のドラム電位は−５００Ｖとして設定することが最も好ましいことから第２の帯電ローラ２２に印加されるＤＣ電圧は−５００ｖに設定される（図６中、位置（Ｂ））。
【００８９】
従って、第２の帯電ローラ２２を通過した感光ドラム１の表面電位は、第１の帯電ローラ２１により帯電された感光ドラム１表面電位をさらに収束させ均一化した電位として収束させる。
【００９０】
帯電された感光ドラム１表面電位が−５００Ｖのまま、感光ドラム１の回転に伴って現像部ｃに到達するが、表面電位（−５００Ｖ）と現像ＤＣバイアス（−３５０Ｖ）との電位差が小さいために現像部通過後でもドラム電位は変化せず、−５００Ｖを維持する（図６中、位置（Ｄ））。
【００９１】
次に、感光ドラム表面電位が−５００Ｖのまま、感光ドラム１の回転に伴って転写部ｄに到達し、表面電位（−５００Ｖ）と転写バイアス（＋６００Ｖ）との電位差による放電で表面電位が０Ｖとなり（図６中、位置（Ｅ））、再び帯電部に到達する。
【００９２】
このように制御を行いながら第２の帯電ローラ２２におけるＤＣバイアスを可変制御することにより、帯電ローラ２２通過後の感光ドラム電位を均一帯電させることができる。
【００９３】
実際に、画像形成と同時に帯電バイアス制御を行う場合においては、各種バイアスは、第１の帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスを−１１００ｖ、第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスを１２５０Ｖｐｐ、現像ＤＣバイアスを−３５０Ｖ、転写バイアスを＋６００Ｖ、で一定とした。
【００９４】
バイアス制御時と同様、第２の帯電ローラ２２に印加するＤＣバイアスは、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となるように、所謂、定電流制御で出力される。
【００９５】
このとき、帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアス以外は、画像形成時におけるバイアス設定と同様である。ここで、帯電ＡＣバイアスは、放電開始電圧である１２００Ｖｐｐより僅かに大きい値となっており、ＡＣ放電電流量は約１０μＡである。
【００９６】
帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスが異なっているが、１２００Ｖｐｐ以上のＡＣバイアスを印加してＡＣ放電を行っているという点は変わらないため、画像形成中における感光ドラム１の各位置における電位は、図６と同様となる。
【００９７】
図８は、上記の帯電バイアス制御におけるフローチャートを示したものである。図９は、画像形成装置の各プロセス手段と、画像形成装置の全体を統合して制御するＣＰＵ（装置本体制御手段）３０１とを示すブロック図である。制御手段３０１は、メモリ３０３に格納されたプログラムに従い、画像形成装置の各部を制御する。図３をも参照して、バイアス制御動作について説明する。
ＳＴＡＲＴ：電源スイッチをオンとする。
Ｓ１０１：電源スイッチがオンされると、制御手段３０１は、初期回転動作（前多回転工程）を実行するべく、感光ドラム１を回転駆動させ、また定着装置６の所定温度への立ち上げ等、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。その後、待機状態とする（Ｓ１０２）。
Ｓ１０３〜Ｓ１０４：待機状態において、プリント信号がオンされると、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が実行される。勿論、初期回転動作中にプリント信号が入力したときにおいても、初期回転動作終了後において、準備回転動作が実行される。プリント信号がオンされない場合は、制御手段３０１は、初期回転動作の終了後にメインモータの駆動を一旦停止して、感光ドラムの回転駆動を停止し、プリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に維持する。
Ｓ１０５：所定の印字準備回転動作が終了すると、引き続いて、画像形成工程がスタートし、感光ドラム１に対する作像プロセスが実行される。
Ｓ１０６：画像形成工程がスタートすると、制御手段３０１は、帯電制御を開始し、先ず、帯電制御タイミングの判断を行う。制御手段３０１は、帯電制御タイミングであると判断（確認）すると、帯電制御工程を実行する。帯電制御タイミングでない場合は、帯電制御タイミング信号の入力を待って、帯電制御工程を実行する。勿論、帯電制御タイミングでないと判断した場合に、帯電制御工程を行わず、Ｓ１１５へと進み、画像形成処理を続けることも可能である。
Ｓ１０８：制御タイミングであると判断した場合、制御手段３０１は、制御回路（電源制御手段）１４を作動させ、第１の帯電ローラ２１にＤＣ電圧を逐次印加、放電電流制御を実行し所望の電位となるＤＣバイアス設定を行う。
Ｓ１０９：上記放電電流制御中において電圧検出回路１６−１は、第１の帯電ローラ２１における放電開始電圧Ｖｔｈを検出する。
Ｓ１１０：制御回路１４は、上記検出結果Ｖｔｈから第２の帯電ローラ２２におけるＡＣ電圧（Ｖｔｈ×２）を決定する。
Ｓ１１１：第１の帯電ローラ２１によるバイアス印加状態において第２の帯電ローラ２２の直流電流検知回路１３にて電流値Ｉｄｃｍａｘを測定する。
Ｓ１１２：電流値が、５＞Ｉｄｃｍａｘ＞−５の判断処理を制御回路１４にて実行する。
Ｓ１１３：Ｉｄｃｍａｘが所望の範囲外である場合、規定値範囲内に収束するよう第２の帯電ローラ２２のＤＣ電圧値を変化させる。変化後Ｓ１１１に戻りループ処理を実行する。
Ｓ１１４：実行結果が規定値範囲内にある場合、帯電制御を終了し、制御手段３０１は、レーザ露光手段３、現像手段４、転写手段１５等を作動させ、画像形成を開始する（Ｓ１１５）。必要に応じて、規定枚数Ｎの画像形成を行い（Ｓ１１６）、画像形成を終了する。
【００９８】
本実施例では、Ｓ１１２における規定電流Ｉｄｃｍａｘを以下のように求めた。
【００９９】
図１０は、本実施例において第２の帯電ローラ２２に対して別途局所的に外添剤（本実施例ではＳｉを使用）を放電しながら塗布し、付着させたものを本実施構成に配設したときの状態を示す。第２の帯電ローラ２２に流れ込むＤＣ電流値を横軸に、縦軸を非汚染時における通過後の電位と汚染箇所における電位の電位差を示す。
【０１００】
図１０中内系列は、Ｓｉを各箇所に塗布した際におけるＸ線分析顕微鏡（ＨＯＲＩＢＡ社製）にて測定した際における強度（ｃｐｓ／ｍＡ）を示し、値が大きいほど汚染量が大きいことを示す。
【０１０１】
尚、本実施例では、比誘電率ε＝３、膜厚ｄ＝２．５０×１０-5［ｍ］、周速度Ｐ＝０．１３０［ｍ／ｓ］、前記感光ドラム長手長さＬ＝０．３３［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０＝８．８５×１０-12［Ｆ／ｍ］、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ＝−５００［Ｖ］とした。
【０１０２】
ここで、図１０の縦軸（非汚染時における通過後の電位と汚染時における電位の電位差）の画像上許容される範囲を実際の画像から判断したところ２８Ｖであった。図１０より２８Ｖを許容する電流値は±５μＡ（５＞Ｉｄｃｍａｘ＞−５）以下であり、即ち、本実施例の規定電流Ｉｄｃｍａｘが±５μＡとなる。
【０１０３】
次に、上述にて得られた本実施例での規定電流Ｉｄｃｍａｘである±５μＡを使い、一般的な条件下での規定電流Ｉｄｃｍａｘを求める。
【０１０４】
ここで、感光ドラム１の比誘電率ε、膜厚ｄ［ｍ］、周速度Ｐ［ｍ／ｓ］、感光ドラム１の長手長さＬ［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ［Ｖ］とした場合に、
Ｉ＝Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ
である。
【０１０５】
本実施例では、上記の設定条件を適用したので、本実施例の感光ドラム１を帯電するために必要な電流Ｉ＝Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ＝−２２．８μＡとなる。
【０１０６】
以下の表１を参照すると、一般的な条件下での規定電流Ｉｄｃｍａｘは、Ｉｄｃｍａｘ＝０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄとなることが分かる。
【０１０７】
つまり、本実施例によると、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ［Ｖ］としたとき、第２の帯電ローラ２２に流れる電流値Ｉｄｃ［Ａ］が｜Ｉｄｃ｜≦｜０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ｜なる関係を満たすように構成される。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
次に、第２の帯電ローラ２２に突入する電位に対する効果について説明する。
【０１１０】
図１１は、第２の帯電ローラ２２に対して、横軸を突入電位（図６中、位置（Ｂ））と第２の帯電ローラ２２に印加するＤＣ電圧との差とし、縦軸を非汚染時における通過後の電位と、各汚染箇所における電位の電位差を示したものである。
【０１１１】
図１１中（Ａ）は、帯電ローラ１本構成において各汚染部における通過後の電位差を示したものであり、図１１中（Ｂ）は、本実施構成における各汚染部における通過後の電位差を示したものである。図より電位差が最も少ないポイント、即ち、電位差が０Ｖ近傍において最も汚れにより発生した電位斑を均一化する効果を有することが分かる。
【０１１２】
このポイントは、第２の帯電ローラ２２に突入する感光ドラム上電位と、第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値とが一致している箇所であることから電位差が０Ｖ、即ち直流電流値においても０μＡとなる。
【０１１３】
以上より、１本構成において解決できなかった電位斑に対して本構成及び制御を適用することにより本課題を解決できる。
【０１１４】
さらに、本実施例における効果を電位分布にて説明するために、実機条件に近いモデルを作製し、時間変化に対する電位分布をシミュレーションにより算出した。
【０１１５】
算出方法としては、有限要素法を採用し、電位分布においては一般座標系でのポアソン方程式及びパッシェン則を基に、電荷移動量、ギャップ放電（火花放電）、沿面放電モデルを取り入れ算出した。
【０１１６】
上記実施例において使用した高圧条件等をパラメータとして設定し、図６、位置（Ｂ）上の電位を各種設定し計算実行を行った。
【０１１７】
図１２は、本実施例における計算値を基に感光体表面上のギャップ放電、即ち、火花放電量の分布を横軸に位置、縦軸に分布量の規格化値を示したものである。各種の線は、図６位置（Ｂ）上の電位を系列として定義したものである。
【０１１８】
尚、横軸０（ｍｍ）が第２の帯電ローラ２２と感光ドラム１との接するニップ部分の中心となり、正の領域が感光ドラム１の回転方向に対して上流領域、負の領域が下流領域となる。
【０１１９】
図１２より図６位置（Ｂ）上の電位、即ち帯電ローラ２２に突入する電位が第２の帯電ローラ２２のＤＣ印加電圧に近くなるにつれ、ある領域における火花放電分布が小さくなる傾向にあることが分かる。
【０１２０】
これは突入部におけるパッシェン則において第１の領域（ニップ近傍ではない）箇所での火花放電による順放電による汚れを助長する放電が本実施例の条件では発生していないことを示す。
【０１２１】
尚、ここでの順放電とは帯電ローラ２２から感光ドラム１への放電を指す。
【０１２２】
それ以外の放電領域では、ＡＣ帯電による順逆放電による電位均一化が起きていることから第２の帯電ローラ２２通過後の電位は目標電位に対して収束された値にて帯電されることになる。
【０１２３】
本実施例では帯電ローラ２２表層が均一な抵抗層を有する構造にて計算実行したが、現実的には現像剤（トナー、外添剤）等により汚染されるため、局所的に抵抗が変化する。
【０１２４】
これを想定し、帯電ローラ２２の表層抵抗条件を振っても本実施例の効果が適用できるかどうか計算実行した。結果として、図１３に示すように、表層抵抗値に係らず、同様の効果をもたらすことが分かった。
【０１２５】
図１３中、９．２８×１０-6Ωｃｍの表層抵抗値の系列において、一点鎖線は本発明を実施しないときの放電分布量を示し、この状態において画像出しを行うと帯電ローラ汚れによる画像不良が発生した。
【０１２６】
上記実施例の制御を実行することにより、帯電ローラ２１及び２２が現像剤（トナー、外添剤）等により汚染されて表層抵抗に変化が生じ、不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を均一に維持できる制御手段として提供することができる。
【０１２７】
本実施例では、画像形成時に、ＡＣ放電電流量が１０μＡになるようにＶｐｐを１２５０Ｖｐｐとして画像形成を行っている。ＡＣ放電電流量を最小限に抑えることによって、感光体の劣化や画像流れの発生を大幅に軽減させることができる。
【０１２８】
上記実施例より、ＡＣ放電電流による均し効果が得られるため、均一な帯電（除電）処理をすることが可能であり、高画質化を達成することができる。上述の通り、これらの動作は、すべて画像形成中に同時に行われる。
【０１２９】
また、本実施例における帯電バイアス制御は、画像形成と同時に実行することができ、制御時間が不要となるため、生産性に影響しないという利点がある。
【０１３０】
上述にて理解されるように、本発明では、上流の第１の帯電ローラ２１に直流電圧を印加させながら下流の第２の帯電ローラ２１に交流電圧と直流電圧とを印加する。そして、この時に、第２の帯電ローラ２２に流入する直流電流値の絶対値が小さくなるように、第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値を繰り返し制御する。
【０１３１】
尚、実施例１では、帯電前における感光ドラム１の表面電位（残電位）が０Ｖの際の帯電バイアス制御について記載した。
【０１３２】
実際の画像形成装置においては、各高圧電源のバイアス設定や、使用環境、使用履歴、使用される現像剤の種類などによって様々な残電位となる。
【０１３３】
しかし、本実施例においては第２の帯電ローラ２２の制御においてなんら支障なく制御を実行でき且つ課題に対して有効な手段として提案できる。
【０１３４】
さらに、本実施例では第１の帯電ローラ２１の帯電手段をＤＣ帯電として制御したが、ＡＣ帯電として制御しても何ら問題はない。
【０１３５】
実施例２
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例２の画像形成装置（プリンタ）の基本構成は実施例１のものと同様である。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。
【０１３６】
実施例１では、帯電バイアス制御は画像形成中に同時に行われたが、非画像形成時に行うこともできる。
【０１３７】
本実施例２においては、帯電バイアス制御は、画像形成ジョブの後（後回転動作）に割り込み制御として行われる。
【０１３８】
図１４は、上記の帯電バイアス制御をフローチャートで表現したものである。ここで、帯電バイアス制御は画像形成ジョブの間に割り込み制御として行われた場合の例である。上述した図３及び図９をも参照して、本実施例のバイアス制御動作について説明する。
【０１３９】
実施例１における「ＳＴＡＲＴ」〜Ｓ１０５までの、電源スイッチオン、初期回転動作（前多回転動作）、プリント信号オン、印字準備回転動作開始（前回転工程）、画像形成工程スタートは、同じであるので省略する。
Ｓ２０１：制御手段３０１は、印字準備回転動作開始（前回転工程）が終了し、画像形成工程スタートにより、画像形成を開始し、画像形成装置の各部を制御して、規定枚数の画像形成を実行させる。
Ｓ２０２：制御手段３０１は、１枚の画像形成が終了するごとに枚数カウンタ３０４をインクリメントし、規定枚数Ｎに達しているかどうかの判断処理を実行する。規定に達していない場合、画像形成を維持する。規定枚数に達した場合には、カウンタ３０４をリセットし、帯電制御工程へと移行する（Ｓ２０３）。
Ｓ２０４：制御手段３０１は、帯電制御自体の機能が有効／非有効の判断処理を実行する。有効の場合、帯電制御工程を実行する。非有効の場合、Ｓ２１２へと進み、画像形成を維持する。
Ｓ２０５〜Ｓ２１１：図８を参照して説明した実施例１におけるＳ１０８〜Ｓ１１４と同等の処理のため説明は省略する。
【０１４０】
本実施例２の制御を行うことにより、非画像形成時であっても、実施例１と同様の効果が得られる。且つ、画像形成中に実行することにより耐久中に現像剤（トナー、外添剤等）により汚染された帯電ローラに対しても規定枚数毎に制御が入ることにより、ロバスト性を有した制御となる。
【０１４１】
（その他）
上記実施例においては、転写後の残電位に対して特に処置を行わず、その電位がそのまま帯電部に到達する構成であるが、感光ドラム１の転写部ｄと帯電部ａ１の間に除電装置を設け、残電位をキャンセルして０Ｖにする構成であってもよい。
【０１４２】
除電装置により、残電位を均一にコントロールすることができるため、本実施例の制御を安定的に行う上で有効である。また、感光ドラム１の画像形成部と非画像形成部において、残存する電荷量の違いによるゴーストの発生を抑えることができる。
【０１４３】
印字工程の帯電工程における適切な印加直流値の演算・決定プログラムの実行は実施例のプリンタのように画像形成時や後回転動作時に限られるものではない。他の非画像形成時、即ち、初期回転動作時や印字準備回転動作時、紙間工程時とすることもできるし、複数の工程に実行させるようにすることもできる。
【０１４４】
また、上記した各実施例における感光ドラム１において、その表面抵抗が１０9〜１０14Ωの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果を得る事ができる。
【０１４５】
更に、上記した各実施例における感光ドラム１として、表層の体積抵抗が約１０13Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体を用いてもよい。
【０１４６】
上記した各実施例では、可撓性の接触帯電部材として帯電ローラを用いた構成であったが、これ以外にも、例えばファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。
【０１４７】
更に、各種材質のものを組み合わせることによって、より適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることができる。
【０１４８】
以上説明したように、画像形成時において、第２の帯電ローラ２２でＤＣにＡＣを重畳したバイアスを印加しながらＤＣ電流を検出する。そして、ＤＣ電流値の絶対値が小さくなるように、好ましくは、ＤＣ電流値が０μＡになるように第２の帯電ローラで感光ドラムの電位を均一化させる。これによって、高画質化を達成しつつ、帯電ローラ汚れによる帯電不良の発生を抑えることができる。
【０１４９】
また、上記の帯電バイアス制御を画像形成と同時に実行することによって、制御時間が不要となるため、生産性に影響せずに行うことができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 感光ドラム（像担持体）
２１ 第１の帯電ローラ（第１の帯電部材）
２２ 第２の帯電ローラ（第２の帯電部材）
Ｓ１１、Ｓ１２ 電源（電圧印加手段）
１３ 直流電流値測定回路（電流検知手段）
１４ 制御回路（電源制御手段）
１９ 電流検出回路（電流検知手段）
３０１ ＣＰＵ（装置本体制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、レーザビームプリンタなどの画像形成装置に関し、像担持体に接触して像担持体を帯電する複数の帯電部材を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、導電性のローラ型帯電部材を感光体などの像担持体に直接接触或いは近接させて、像担持体を帯電する帯電方式を採用した画像形成装置が製品化されている。また近年、単位時間当たりに多くの印刷物を出力することが画像形成装置に求められている。そのため、感光ドラムの回転速度を速くし、例えば、帯電ローラを像担持体である感光ドラムに接触させる。そして、感光ドラムの回転とともに従動回転させる構成とし、帯電ローラに電圧を供給することにより感光ドラムを一様に帯電する。
【０００３】
しかしながら、高速に回転している感光ドラムに対しては、帯電ローラと感光ドラムとの当接部が不安定となりがちで、そのために帯電ムラが生じやすくなる。従って、このような帯電ローラを、例えば高信頼性が要求され且つコピーボリュームの大きい高速複写機等の高級機種の画像形成装置における、感光ドラム等の帯電処理装置として用いることは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献１、２に記載されているように、接触帯電手段における表面電位を初期から長期に渡って安定させ高画質化を図るために、接触帯電手段は、独立した２つ以上の接触帯電部材を有している。そして、像担持体表面と最初に当接する第１の接触帯電部材よりも下流側に設けられ、像担持体の表面に当接する第２の接触帯電部材に、直流に交流を重畳したバイアスを印加することが知られている。
【０００５】
帯電ローラを用いた接触帯電方式では、導電性の部材を感光ドラムに加圧当接させ、これに電圧を印加することによって放電により感光ドラムへの帯電を行う。具体的には、放電開始電圧（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、約６００Ｖ）に、必要とされる感光ドラムの表面電位Ｖｄを足した直流電圧（ＤＣ電圧）を印加することで帯電を行うＤＣ帯電方式がある。さらに、環境・耐久変動による電位の変動を改善する目的として、ＡＣ帯電方式がある。ＡＣ帯電方式では、必要とされる感光ドラムの表面電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧に放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を持つ交流成分（ＡＣ成分）を重畳した電圧を帯電ローラに印加することで帯電を行う。
【０００６】
ＤＣ帯電方式は、ＡＣ帯電方式に比較して一般的に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。
【０００７】
しかし、非接触帯電方式であるコロナ帯電方式に比べて、帯電ローラを用いた接触帯電方式では、経時変化、及び作像画像種に伴い、接触帯電部材が、トナー、外添剤等の飛散物の付着により帯電ローラが汚染されてしまう現状がある。
【０００８】
この課題に対して特許文献３では、接触帯電部材を均一に帯電を行うために帯電部材清掃部材を付与する構成を持つことにより付着物を清掃部材により除去し、均一帯電を図る構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２７２１９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２１２５号公報
【特許文献３】特開平７−１９９６０４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、帯電ローラ清掃部材を有する構成においては以下の課題が残されていた。
【００１１】
つまり、帯電清掃部材で帯電ローラを清掃しても経時的に清掃能力は劣り除去しきれないトナー、外添剤等の飛散物が帯電ローラ上に残留してしまう。その結果、残留した飛散物により帯電ローラ表層の抵抗分布が変動する為、一定の帯電高圧を印加している装置においては、感光ドラムへの均一な帯電を形成することができなくなる。
【００１２】
この状態において画像形成された複写物には、印刷方向に対して並行に帯電斑と呼ばれる画像不良を発生させてしまう。
【００１３】
本発明は、帯電部材がトナー、外添剤等の付着により不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を長期的に安定して維持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、
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電する第１の帯電部材と、
前記像担持体の回転方向に沿って前記第１の帯電部材の下流側において、前記像担持体と接触して帯電する第２の帯電部材と、
前記第１の帯電部材と第２の帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第２の帯電部材に流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記第１の帯電部材に直流電圧を印加しつつ、前記第２の帯電部材に交流電圧と直流電圧とを印加したときに前記電流検知手段が検知した直流電流値の絶対値が小さくなるように、前記第２の帯電部材に印加する直流電圧値を制御する制御手段と、
を有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、複数の接触帯電部材を有する画像形成装置において、帯電部材がトナー、外添剤等の付着により不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を長期的に安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明に係る帯電ローラの概略構成図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の動作シーケンス図である。
【図４】帯電ローラに対する直流電圧印加系の電源回路図である。
【図５】帯電ローラに対する交流電圧印加系の電源回路図である。
【図６】第１の実施例の帯電制御実行時における感光ドラムの表面電位を示した図である。
【図７】帯電ローラに印加したＤＣ電圧と感光体表面電位との関係を示す図である。
【図８】第１の実施例の制御フローチャートである。
【図９】画像形成装置各部とＣＰＵ（制御手段）との関係を示すブロック図である。
【図１０】直流電流値に対しする電位収束性を示した図である。
【図１１】突入電位と印加ＤＣ電圧差に対する電位収束性を示した図である。
【図１２】突入電位に対する印加ＤＣ電圧一定時における火花放電分布量を示した図である。
【図１３】表層抵抗を系列に火花放電分布量を示した図である。
【図１４】第２の実施例の制御フローチャートである。
【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
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１００は、接触帯電方式を採用した電位写真式のレーザビームプリンタである。
【００１９】
図１に示すように、画像形成装置１００は、像担持体として、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を有する。
【００２０】
本実施例において、感光ドラム１は、帯電特性が負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）であり、外径３０ｍｍ、中心支軸を中心に１３０ｍｍ／ｓのプロセススピード（周速度）を持って矢印方向（反時計回り）Ｒ１に回転駆動される。
【００２１】
感光ドラム１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している。
【００２２】
図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム表面を一様に帯電処理する接触式帯電手段２として、第１の帯電部材（帯電ローラ）２１と第１の帯電ローラ２１よりも感光ドラム移動方向にて下流側に配設した第２の帯電部材（帯電ローラ）２２とを有する。帯電ローラ２１及び２２は、感光ドラム１との間の微小ギャップにて生じる放電現象を利用して帯電する。
【００２３】
ここで、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２について説明する。
【００２４】
本実施例では、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２は同様の寸法、材質のものを用いた。ここでは、第１の帯電ローラ２１について説明するが、特に記載しない部分に関しては第２の帯電ローラ２２においても同様の構成である。
【００２５】
図２に示すように、帯電ローラ２１は、芯金（支持部材）２１ａの両端部をそれぞれ軸受け部材２１ｅにより回転自在に保持される。また、帯電ローラ２１は、押圧バネ２１ｆによって感光ドラム１に向かって付勢して、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せている。
【００２６】
これにより、帯電ローラ２１は、感光ドラム１の回転に従動して図中曲線矢印の方向（時計周り）Ｒ２に回転する。感光ドラム１と帯電ローラ２１との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａ１である。また、感光ドラム１と帯電ローラ２２との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａ２である。
【００２７】
帯電ローラ２１は、長手長さ３３０ｍｍ、直径１４ｍｍである。また、図２の層構成模型図に示すように、芯金２１ａの外周に下層２１ｂ、中間層２１ｃ、表層２１ｄとを下から順次積層した３層構成である。
【００２８】
芯金２１ａは、直径６ｍｍのステンレス丸棒である。下層２１ｂは、カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ（エチレンープロピレンージエンゴム）、比重０．５ｇ／ｃｍ3、体積抵抗値１０7〜１０9Ω・ｃｍであり、層厚は約３．５ｍｍである。
【００２９】
中間層２１ｃは、カーボン分散のＮＢＲ（ニトリルゴム）、体積抵抗値１０2〜１０5Ω・ｃｍであり、層厚は約５００μｍである。
【００３０】
表層２１ｄ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、体積抵抗値は１０7〜１０10Ω・ｃｍ、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。
【００３１】
尚、本実施例では、電源Ｓ１１はＤＣ電源のみからなる構成であり、電源Ｓ１２はＤＣ及びＡＣ電源を有する構成である。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。
【００３２】
本実施例では、感光ドラム１は、−５００ｖに一様に帯電処理されるが、具体的な帯電バイアス制御については後述する。
【００３３】
図１に示すように、画像形成装置１００は、帯電処理された感光ドラム１の面に静電潜像を形成する情報書き込み手段として露光手段である露光装置３を有する。
【００３４】
本実施例において、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。レーザビームスキャナ３は、画像読み取り装置（図示せず）などのホスト処理装置からプリンタ側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、一様に帯電処理された回転する感光ドラム１の表面を、露光部（露光位置）ｂにおいてレーザ走査露光（イメージ露光）する。
【００３５】
このレーザ走査露光により、感光ドラム１の表面のレーザ光Ｌで照射されたところの電位が低下し、回転する感光ドラム１の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次形成されていく。
【００３６】
図１に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム１上の静電潜像に従ってトナーを供給し、静電潜像をトナー画像（現像剤像）として反転現像する現像手段として現像装置４を有する。
【００３７】
本実施例においては、現像装置４は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤による磁気ブラシを、感光ドラム１に接触させながら現像を行う二成分接触現像方式を採用した現像装置である。
【００３８】
現像装置４は、現像容器４ａ、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４ｂを備えている。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露呈させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置してある。
【００３９】
現像スリーブ４ｂ内には、非回転に固定してマグネットローラ４ｃが挿設されている。現像スリーブ４ｂに対向して、現像剤コーティングブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、現像剤として二成分現像剤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。また、補給用トナーが不図示のトナーホッパーに収容されている。
【００４０】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅは、主に非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。本実施例において磁性キャリアの体積抵抗は、約１０13Ω・ｃｍである。キャリアの粒径（体積平均粒径：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体積平均粒径とする）は、約４０μｍである。トナーは、磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。
【００４１】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）を３５０μｍに保持して感光ドラム１に近接対向配設される。この感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部ｃである。
【００４２】
現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向（Ｒ１方向）とは逆方向（Ｒ３方向）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の外周面に磁気ブラシ層として吸着保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム１の表面を適度に摺擦する。
【００４３】
現像スリーブ４ｂには、電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本実施例において、現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は、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、−３５０Ｖの直流電圧と、周波数８．０ｋＨｚ、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。
【００４４】
そして、回転する現像スリーブ４ｂの面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、現像バイアスによる電界によって感光ドラム１の表面に静電潜像に対応して選択的に付着し、静電潜像がトナー画像として現像される。本実施例の場合、感光ドラム１の表面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。このとき、感光ドラム１上に現像されたトナーの帯電量は、温度２３℃、絶対水分量１０．６ｇ／ｍ3の環境下では、凡そ−２５μＣ／ｇである。
【００４５】
現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の現像剤薄層は、引き続く現像スリーブ４ｂの回転に伴い現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００４６】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を、略一定の範囲内に維持するために、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を、例えば、光学式トナー濃度センサによって検知する。そして、その検知情報に応じて不図示のトナーホッパーを駆動制御して、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。
【００４７】
図１に示すように、画像形成装置１００は、転写手段として転写装置５を有する。本実施例においては、転写装置５は転写ローラである。転写ローラ５は、感光ドラム１に所定の押圧力をもって圧接され、その圧接ニップ部が転写部ｄである。この転写部ｄに絵紙機構部（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。
【００４８】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、回転する感光ドラム１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には電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施例では＋６００Ｖが印加される。これにより、転写部ｄを挟持搬送されていく記録材Ｐの表面に感光ドラム１の表面側のトナー画像が順次に静電転写されていく。
【００４９】
なお、画像形成装置１００の構成は、必ずしも感光ドラムからトナー像を直接記録材Ｐに転写する構成ではなく、感光ドラム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。
【００５０】
転写部ｄを通ってトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光ドラム１の表面から順次に分離されて定着装置６へ搬送される。本実施例では、定着装置６は熱ローラ定着装置であり、この定着装置６により記録材Ｐはトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００５１】
転写部ｄにおける記録材Ｐへのトナー画像転写後に、感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナーは、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１の表面から除去される。
【００５２】
ここでは、転写残トナーの除去手段としてクリーニング装置７を用いる画像形成装置の例を挙げたが、転写残トナーの電荷適正化手段を有し、現像装置４にて現像同時回収するクリーナレス方式の画像形成装置においても、本発明の適用が可能である。
【００５３】
次に、本実施例における画像形成装置の動作シーケンスについて説明する。図３は、上記プリンタの動作シーケンス図である。
【００５４】
（１）初期回転動作（前多回転工程）
プリンタ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−オンにより、感光ドラム１を回転駆動させ、また定着装置６の所定温度への立ち上げ等、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。
【００５５】
（２）印字準備回転動作（前回転工程）
プリント信号−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り、初期回転動作中にプリント信号が入力したときには初期回転動作に引き続いて実行される。
【００５６】
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の回転駆動が停止され、プリンタ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すると印字準備回転動作が実行される。
【００５７】
（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、引き続いて回転感光ドラムに対する作像プロセスが実行され、回転感光ドラム面に形成されたトナー画像の記録材への転写、定着装置によるトナー画像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。
【００５８】
連続印字（連続プリント）モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚数ｎ枚分繰り返して実行される。
【００５９】
（４）紙間工程
連続印字モードにおいて、記録材の後端部が転写位置ｄを通過した後、次の記録材の先端部が転写位置ｄに到達するまでの間の、転写位置における記録材の非通紙状態期間である。
【００６０】
（５）後回転動作
最後の記録材の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を継続させて感光ドラムを回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。
【００６１】
（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の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタ−ト信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
【００６２】
１枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転動作を経てスタンバイ状態になる。
【００６３】
スタンバイ状態において、プリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。
【００６４】
上記（３）の印字工程時が画像形成時であり、そして、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、上記（５）の後回転動作が非画像形成時である。
【００６５】
次に、第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２に対する帯電バイアス印加系について説明する。
【００６６】
図４及び図５は、それぞれ第１の帯電ローラ２１及び第２の帯電ローラ２２に対する帯電バイアス印加系の電源回路図である。
【００６７】
図４に示すように、第１の帯電ローラ２１においては、電圧印加手段である電源Ｓ１１が直流（ＤＣ）電源を有している。直流電圧は、スイッチング回路１５−１、トランスＴ１を含む直流電圧発生部から定電圧出力される。電源制御手段である制御回路１４は、抵抗Ｒ１を介して直流電圧を電圧検出回路１６−１で検出し、その出力情報をもとに直流電圧出力を安定させる。
【００６８】
電源Ｓ１１から直流電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ）が芯金２１ａを介して帯電ローラ２１に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。
【００６９】
一方、図５に示すように、第２の帯電ローラ２２においては、電圧印加手段である電源Ｓ１２が直流（ＤＣ）電源（直流電圧発生部）と交流（ＡＣ）電源（交流電圧発生部）を有している。
【００７０】
直流電圧は、スイッチング回路１５−２、トランスＴ１を含む直流電圧発生部から定電圧出力される。制御回路１４は、抵抗Ｒ１を介して直流電圧を電圧検出回路１６−２で検出し、その出力情報をもとに高圧直流電圧出力を安定させる。
【００７１】
交流電圧は、トランスＴ２を含む交流電圧発生部から定電流出力される。制御回路１４は、コンデンサＣ２を介して交流電流を電流検出回路１９で検出し、その出力情報をもとに、正弦波発振回路１７に接続された増幅回路１８のゲインを制御する。最後に両者が抵抗Ｒ３を介して重畳される。ＡＣ成分の波形としては、正弦波、矩形波、三角波、など適宜である。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る矩形波電圧であってもよい。
【００７２】
電源Ｓ１２から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が芯金２２ａを介して帯電ローラ２２に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。
【００７３】
本実施例にて、感光ドラム１を介して第２の帯電ローラ２２に流れる直流電流値を測定する電流検知手段としての直流電流値測定回路１３が設けられており、この直流電流値測定回路１３から制御回路１４に、測定された直流電流値の情報が入力される。
【００７４】
制御回路１４は、ＤＣ電源Ｓ１１から第１の帯電ローラ２１に印加する直流電圧値と、電源Ｓ１２から第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値と、電源Ｓ１２から帯電ローラ２２に印加する交流電圧のピーク間電圧値或いは交流電流値と、を制御する機能を有する。
【００７５】
そして、制御回路１４は、直流電流値測定回路１３から入力された直流電流値情報から、印字工程の帯電工程における帯電ローラ２１及び帯電ローラ２２に対する印加直流バイアスの演算・決定プログラムを実行する機能を有する。
【００７６】
次に、帯電ローラ２２に印加する帯電バイアスの制御方法について、詳細に説明する。なお、本実施例の制御は、温度２３℃、湿度５０％の環境で行われた。
【００７７】
本実施例では、第１の帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスを−１１００Ｖ、第２の帯電ローラ２２に帯電ＡＣバイアスを１５００Ｖｐｐ、現像ＤＣバイアスを−３５０Ｖ、転写バイアスを＋６００Ｖ、で一定とし、画像を作成せずに画像形成装置を動作させた。
【００７８】
第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＤＣバイアスは、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となるように、所謂、定電流制御で出力した。
【００７９】
ここでは、説明のために、画像を作成せずに画像形成装置を動作させたときの感光ドラム電位を例示するが、実際には、帯電バイアス制御は画像形成中（画像形成工程時）に同時に行われる。
【００８０】
図６は、本実施例の帯電バイアス制御を行う際の感光ドラム１の各位置における表面電位を示した図である。
【００８１】
図６中、位置（Ａ）にて示すように、第１の帯電ローラ２１の直前における感光ドラム１の表面電位は０Ｖである。
【００８２】
ここで、先ず、第１の帯電ローラ２１通過後の感光ドラム１の表面電位について考察する。帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスはＤＣ帯電方式における放電開始電圧以上の電圧を印加することにより、作像時における暗部電位に設定、電位を収束することができる。
【００８３】
図７は、上記環境において本実施例で使用した帯電ローラ２１におけるＤＣ電圧と感光ドラム表面電位との関係を示すグラフである。本実施例では図６に示すように、図６の位置（Ｂ）に示す感光ドラム面上の表面電位を−５００ｖに帯電するようにＤＣ電圧を−１１００ｖとした。
【００８４】
従って、帯電ローラ２１を通過した感光ドラム１の表面電位は、帯電ローラ２１に印加されたＤＣバイアスによって、０Ｖ（図６中、位置（Ａ））から−５００Ｖ（図６中、位置（Ｂ））に変化していることが分かる。
【００８５】
次に、第２の帯電ローラ２２通過前後の感光ドラム表面電位について考察する。
【００８６】
第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスは、ＤＣ帯電方式における放電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）であればよい。このような条件のとき、帯電ローラ２２を通過した感光ドラムの表面電位は印加したＤＣバイアスと同電位に収束することが知られている。
【００８７】
図７に示すように、放電開始電圧Ｖｔｈは約６００Ｖであることから、印加するＡＣバイアスは、Ｖｔｈの２倍である１２００Ｖｐｐ以上であればよい。本実施例においては、第２の帯電ローラ２２に印加したＡＣ電圧は安全係数を見越して１５００Ｖｐｐとなっており、帯電ローラ２２を通過した後の感光ドラム表面電位を−５００Ｖに均一帯電させる（図６中、位置（Ｃ））。
【００８８】
一方、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となる際には、第２の帯電ローラ２２通過前後の感光ドラム電位が変化していないということである。従って、第１の帯電ローラ２１を通過後のドラム電位は−５００Ｖとして設定することが最も好ましいことから第２の帯電ローラ２２に印加されるＤＣ電圧は−５００ｖに設定される（図６中、位置（Ｂ））。
【００８９】
従って、第２の帯電ローラ２２を通過した感光ドラム１の表面電位は、第１の帯電ローラ２１により帯電された感光ドラム１表面電位をさらに収束させ均一化した電位として収束させる。
【００９０】
帯電された感光ドラム１表面電位が−５００Ｖのまま、感光ドラム１の回転に伴って現像部ｃに到達するが、表面電位（−５００Ｖ）と現像ＤＣバイアス（−３５０Ｖ）との電位差が小さいために現像部通過後でもドラム電位は変化せず、−５００Ｖを維持する（図６中、位置（Ｄ））。
【００９１】
次に、感光ドラム表面電位が−５００Ｖのまま、感光ドラム１の回転に伴って転写部ｄに到達し、表面電位（−５００Ｖ）と転写バイアス（＋６００Ｖ）との電位差による放電で表面電位が０Ｖとなり（図６中、位置（Ｅ））、再び帯電部に到達する。
【００９２】
このように制御を行いながら第２の帯電ローラ２２におけるＤＣバイアスを可変制御することにより、帯電ローラ２２通過後の感光ドラム電位を均一帯電させることができる。
【００９３】
実際に、画像形成と同時に帯電バイアス制御を行う場合においては、各種バイアスは、第１の帯電ローラ２１に印加する帯電ＤＣバイアスを−１１００ｖ、第２の帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスを１２５０Ｖｐｐ、現像ＤＣバイアスを−３５０Ｖ、転写バイアスを＋６００Ｖ、で一定とした。
【００９４】
バイアス制御時と同様、第２の帯電ローラ２２に印加するＤＣバイアスは、第２の帯電ローラ２２の直流電流測定回路１３に流れるＤＣ電流値が０となるように、所謂、定電流制御で出力される。
【００９５】
このとき、帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアス以外は、画像形成時におけるバイアス設定と同様である。ここで、帯電ＡＣバイアスは、放電開始電圧である１２００Ｖｐｐより僅かに大きい値となっており、ＡＣ放電電流量は約１０μＡである。
【００９６】
帯電ローラ２２に印加する帯電ＡＣバイアスが異なっているが、１２００Ｖｐｐ以上のＡＣバイアスを印加してＡＣ放電を行っているという点は変わらないため、画像形成中における感光ドラム１の各位置における電位は、図６と同様となる。
【００９７】
図８は、上記の帯電バイアス制御におけるフローチャートを示したものである。図９は、画像形成装置の各プロセス手段と、画像形成装置の全体を統合して制御するＣＰＵ（装置本体制御手段）３０１とを示すブロック図である。制御手段３０１は、メモリ３０３に格納されたプログラムに従い、画像形成装置の各部を制御する。図３をも参照して、バイアス制御動作について説明する。
ＳＴＡＲＴ：電源スイッチをオンとする。
Ｓ１０１：電源スイッチがオンされると、制御手段３０１は、初期回転動作（前多回転工程）を実行するべく、感光ドラム１を回転駆動させ、また定着装置６の所定温度への立ち上げ等、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。その後、待機状態とする（Ｓ１０２）。
Ｓ１０３〜Ｓ１０４：待機状態において、プリント信号がオンされると、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が実行される。勿論、初期回転動作中にプリント信号が入力したときにおいても、初期回転動作終了後において、準備回転動作が実行される。プリント信号がオンされない場合は、制御手段３０１は、初期回転動作の終了後にメインモータの駆動を一旦停止して、感光ドラムの回転駆動を停止し、プリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に維持する。
Ｓ１０５：所定の印字準備回転動作が終了すると、引き続いて、画像形成工程がスタートし、感光ドラム１に対する作像プロセスが実行される。
Ｓ１０６：画像形成工程がスタートすると、制御手段３０１は、帯電制御を開始し、先ず、帯電制御タイミングの判断を行う。制御手段３０１は、帯電制御タイミングであると判断（確認）すると、帯電制御工程を実行する。帯電制御タイミングでない場合は、帯電制御タイミング信号の入力を待って、帯電制御工程を実行する。勿論、帯電制御タイミングでないと判断した場合に、帯電制御工程を行わず、Ｓ１１５へと進み、画像形成処理を続けることも可能である。
Ｓ１０８：制御タイミングであると判断した場合、制御手段３０１は、制御回路（電源制御手段）１４を作動させ、第１の帯電ローラ２１にＤＣ電圧を逐次印加、放電電流制御を実行し所望の電位となるＤＣバイアス設定を行う。
Ｓ１０９：上記放電電流制御中において電圧検出回路１６−１は、第１の帯電ローラ２１における放電開始電圧Ｖｔｈを検出する。
Ｓ１１０：制御回路１４は、上記検出結果Ｖｔｈから第２の帯電ローラ２２におけるＡＣ電圧（Ｖｔｈ×２）を決定する。
Ｓ１１１：第１の帯電ローラ２１によるバイアス印加状態において第２の帯電ローラ２２の直流電流検知回路１３にて電流値Ｉｄｃｍａｘを測定する。
Ｓ１１２：電流値が、５＞Ｉｄｃｍａｘ＞−５の判断処理を制御回路１４にて実行する。
Ｓ１１３：Ｉｄｃｍａｘが所望の範囲外である場合、規定値範囲内に収束するよう第２の帯電ローラ２２のＤＣ電圧値を変化させる。変化後Ｓ１１１に戻りループ処理を実行する。
Ｓ１１４：実行結果が規定値範囲内にある場合、帯電制御を終了し、制御手段３０１は、レーザ露光手段３、現像手段４、転写手段１５等を作動させ、画像形成を開始する（Ｓ１１５）。必要に応じて、規定枚数Ｎの画像形成を行い（Ｓ１１６）、画像形成を終了する。
【００９８】
本実施例では、Ｓ１１２における規定電流Ｉｄｃｍａｘを以下のように求めた。
【００９９】
図１０は、本実施例において第２の帯電ローラ２２に対して別途局所的に外添剤（本実施例ではＳｉを使用）を放電しながら塗布し、付着させたものを本実施構成に配設したときの状態を示す。第２の帯電ローラ２２に流れ込むＤＣ電流値を横軸に、縦軸を非汚染時における通過後の電位と汚染箇所における電位の電位差を示す。
【０１００】
図１０中内系列は、Ｓｉを各箇所に塗布した際におけるＸ線分析顕微鏡（ＨＯＲＩＢＡ社製）にて測定した際における強度（ｃｐｓ／ｍＡ）を示し、値が大きいほど汚染量が大きいことを示す。
【０１０１】
尚、本実施例では、比誘電率ε＝３、膜厚ｄ＝２．５０×１０-5［ｍ］、周速度Ｐ＝０．１３０［ｍ／ｓ］、前記感光ドラム長手長さＬ＝０．３３［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０＝８．８５×１０-12［Ｆ／ｍ］、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ＝−５００［Ｖ］とした。
【０１０２】
ここで、図１０の縦軸（非汚染時における通過後の電位と汚染時における電位の電位差）の画像上許容される範囲を実際の画像から判断したところ２８Ｖであった。図１０より２８Ｖを許容する電流値は±５μＡ（５＞Ｉｄｃｍａｘ＞−５）以下であり、即ち、本実施例の規定電流Ｉｄｃｍａｘが±５μＡとなる。
【０１０３】
次に、上述にて得られた本実施例での規定電流Ｉｄｃｍａｘである±５μＡを使い、一般的な条件下での規定電流Ｉｄｃｍａｘを求める。
【０１０４】
ここで、感光ドラム１の比誘電率ε、膜厚ｄ［ｍ］、周速度Ｐ［ｍ／ｓ］、感光ドラム１の長手長さＬ［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ［Ｖ］とした場合に、
Ｉ＝Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ
である。
【０１０５】
本実施例では、上記の設定条件を適用したので、本実施例の感光ドラム１を帯電するために必要な電流Ｉ＝Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ＝−２２．８μＡとなる。
【０１０６】
以下の表１を参照すると、一般的な条件下での規定電流Ｉｄｃｍａｘは、Ｉｄｃｍａｘ＝０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄとなることが分かる。
【０１０７】
つまり、本実施例によると、第２の帯電ローラ２２による帯電後の感光ドラム１の表面電位をＶ［Ｖ］としたとき、第２の帯電ローラ２２に流れる電流値Ｉｄｃ［Ａ］が｜Ｉｄｃ｜≦｜０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ｜なる関係を満たすように構成される。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
次に、第２の帯電ローラ２２に突入する電位に対する効果について説明する。
【０１１０】
図１１は、第２の帯電ローラ２２に対して、横軸を突入電位（図６中、位置（Ｂ））と第２の帯電ローラ２２に印加するＤＣ電圧との差とし、縦軸を非汚染時における通過後の電位と、各汚染箇所における電位の電位差を示したものである。
【０１１１】
図１１中（Ａ）は、帯電ローラ１本構成において各汚染部における通過後の電位差を示したものであり、図１１中（Ｂ）は、本実施構成における各汚染部における通過後の電位差を示したものである。図より電位差が最も少ないポイント、即ち、電位差が０Ｖ近傍において最も汚れにより発生した電位斑を均一化する効果を有することが分かる。
【０１１２】
このポイントは、第２の帯電ローラ２２に突入する感光ドラム上電位と、第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値とが一致している箇所であることから電位差が０Ｖ、即ち直流電流値においても０μＡとなる。
【０１１３】
以上より、１本構成において解決できなかった電位斑に対して本構成及び制御を適用することにより本課題を解決できる。
【０１１４】
さらに、本実施例における効果を電位分布にて説明するために、実機条件に近いモデルを作製し、時間変化に対する電位分布をシミュレーションにより算出した。
【０１１５】
算出方法としては、有限要素法を採用し、電位分布においては一般座標系でのポアソン方程式及びパッシェン則を基に、電荷移動量、ギャップ放電（火花放電）、沿面放電モデルを取り入れ算出した。
【０１１６】
上記実施例において使用した高圧条件等をパラメータとして設定し、図６、位置（Ｂ）上の電位を各種設定し計算実行を行った。
【０１１７】
図１２は、本実施例における計算値を基に感光体表面上のギャップ放電、即ち、火花放電量の分布を横軸に位置、縦軸に分布量の規格化値を示したものである。各種の線は、図６位置（Ｂ）上の電位を系列として定義したものである。
【０１１８】
尚、横軸０（ｍｍ）が第２の帯電ローラ２２と感光ドラム１との接するニップ部分の中心となり、正の領域が感光ドラム１の回転方向に対して上流領域、負の領域が下流領域となる。
【０１１９】
図１２より図６位置（Ｂ）上の電位、即ち帯電ローラ２２に突入する電位が第２の帯電ローラ２２のＤＣ印加電圧に近くなるにつれ、ある領域における火花放電分布が小さくなる傾向にあることが分かる。
【０１２０】
これは突入部におけるパッシェン則において第１の領域（ニップ近傍ではない）箇所での火花放電による順放電による汚れを助長する放電が本実施例の条件では発生していないことを示す。
【０１２１】
尚、ここでの順放電とは帯電ローラ２２から感光ドラム１への放電を指す。
【０１２２】
それ以外の放電領域では、ＡＣ帯電による順逆放電による電位均一化が起きていることから第２の帯電ローラ２２通過後の電位は目標電位に対して収束された値にて帯電されることになる。
【０１２３】
本実施例では帯電ローラ２２表層が均一な抵抗層を有する構造にて計算実行したが、現実的には現像剤（トナー、外添剤）等により汚染されるため、局所的に抵抗が変化する。
【０１２４】
これを想定し、帯電ローラ２２の表層抵抗条件を振っても本実施例の効果が適用できるかどうか計算実行した。結果として、図１３に示すように、表層抵抗値に係らず、同様の効果をもたらすことが分かった。
【０１２５】
図１３中、９．２８×１０-6Ωｃｍの表層抵抗値の系列において、一点鎖線は本発明を実施しないときの放電分布量を示し、この状態において画像出しを行うと帯電ローラ汚れによる画像不良が発生した。
【０１２６】
上記実施例の制御を実行することにより、帯電ローラ２１及び２２が現像剤（トナー、外添剤）等により汚染されて表層抵抗に変化が生じ、不均一な帯電状態を形成する条件になっても帯電電位を均一に維持できる制御手段として提供することができる。
【０１２７】
本実施例では、画像形成時に、ＡＣ放電電流量が１０μＡになるようにＶｐｐを１２５０Ｖｐｐとして画像形成を行っている。ＡＣ放電電流量を最小限に抑えることによって、感光体の劣化や画像流れの発生を大幅に軽減させることができる。
【０１２８】
上記実施例より、ＡＣ放電電流による均し効果が得られるため、均一な帯電（除電）処理をすることが可能であり、高画質化を達成することができる。上述の通り、これらの動作は、すべて画像形成中に同時に行われる。
【０１２９】
また、本実施例における帯電バイアス制御は、画像形成と同時に実行することができ、制御時間が不要となるため、生産性に影響しないという利点がある。
【０１３０】
上述にて理解されるように、本発明では、上流の第１の帯電ローラ２１に直流電圧を印加させながら下流の第２の帯電ローラ２１に交流電圧と直流電圧とを印加する。そして、この時に、第２の帯電ローラ２２に流入する直流電流値の絶対値が小さくなるように、第２の帯電ローラ２２に印加する直流電圧値を繰り返し制御する。
【０１３１】
尚、実施例１では、帯電前における感光ドラム１の表面電位（残電位）が０Ｖの際の帯電バイアス制御について記載した。
【０１３２】
実際の画像形成装置においては、各高圧電源のバイアス設定や、使用環境、使用履歴、使用される現像剤の種類などによって様々な残電位となる。
【０１３３】
しかし、本実施例においては第２の帯電ローラ２２の制御においてなんら支障なく制御を実行でき且つ課題に対して有効な手段として提案できる。
【０１３４】
さらに、本実施例では第１の帯電ローラ２１の帯電手段をＤＣ帯電として制御したが、ＡＣ帯電として制御しても何ら問題はない。
【０１３５】
実施例２
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例２の画像形成装置（プリンタ）の基本構成は実施例１のものと同様である。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。
【０１３６】
実施例１では、帯電バイアス制御は画像形成中に同時に行われたが、非画像形成時に行うこともできる。
【０１３７】
本実施例２においては、帯電バイアス制御は、画像形成ジョブの後（後回転動作）に割り込み制御として行われる。
【０１３８】
図１４は、上記の帯電バイアス制御をフローチャートで表現したものである。ここで、帯電バイアス制御は画像形成ジョブの間に割り込み制御として行われた場合の例である。上述した図３及び図９をも参照して、本実施例のバイアス制御動作について説明する。
【０１３９】
実施例１における「ＳＴＡＲＴ」〜Ｓ１０５までの、電源スイッチオン、初期回転動作（前多回転動作）、プリント信号オン、印字準備回転動作開始（前回転工程）、画像形成工程スタートは、同じであるので省略する。
Ｓ２０１：制御手段３０１は、印字準備回転動作開始（前回転工程）が終了し、画像形成工程スタートにより、画像形成を開始し、画像形成装置の各部を制御して、規定枚数の画像形成を実行させる。
Ｓ２０２：制御手段３０１は、１枚の画像形成が終了するごとに枚数カウンタ３０４をインクリメントし、規定枚数Ｎに達しているかどうかの判断処理を実行する。規定に達していない場合、画像形成を維持する。規定枚数に達した場合には、カウンタ３０４をリセットし、帯電制御工程へと移行する（Ｓ２０３）。
Ｓ２０４：制御手段３０１は、帯電制御自体の機能が有効／非有効の判断処理を実行する。有効の場合、帯電制御工程を実行する。非有効の場合、Ｓ２１２へと進み、画像形成を維持する。
Ｓ２０５〜Ｓ２１１：図８を参照して説明した実施例１におけるＳ１０８〜Ｓ１１４と同等の処理のため説明は省略する。
【０１４０】
本実施例２の制御を行うことにより、非画像形成時であっても、実施例１と同様の効果が得られる。且つ、画像形成中に実行することにより耐久中に現像剤（トナー、外添剤等）により汚染された帯電ローラに対しても規定枚数毎に制御が入ることにより、ロバスト性を有した制御となる。
【０１４１】
（その他）
上記実施例においては、転写後の残電位に対して特に処置を行わず、その電位がそのまま帯電部に到達する構成であるが、感光ドラム１の転写部ｄと帯電部ａ１の間に除電装置を設け、残電位をキャンセルして０Ｖにする構成であってもよい。
【０１４２】
除電装置により、残電位を均一にコントロールすることができるため、本実施例の制御を安定的に行う上で有効である。また、感光ドラム１の画像形成部と非画像形成部において、残存する電荷量の違いによるゴーストの発生を抑えることができる。
【０１４３】
印字工程の帯電工程における適切な印加直流値の演算・決定プログラムの実行は実施例のプリンタのように画像形成時や後回転動作時に限られるものではない。他の非画像形成時、即ち、初期回転動作時や印字準備回転動作時、紙間工程時とすることもできるし、複数の工程に実行させるようにすることもできる。
【０１４４】
また、上記した各実施例における感光ドラム１において、その表面抵抗が１０9〜１０14Ωの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果を得る事ができる。
【０１４５】
更に、上記した各実施例における感光ドラム１として、表層の体積抵抗が約１０13Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体を用いてもよい。
【０１４６】
上記した各実施例では、可撓性の接触帯電部材として帯電ローラを用いた構成であったが、これ以外にも、例えばファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。
【０１４７】
更に、各種材質のものを組み合わせることによって、より適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることができる。
【０１４８】
以上説明したように、画像形成時において、第２の帯電ローラ２２でＤＣにＡＣを重畳したバイアスを印加しながらＤＣ電流を検出する。そして、ＤＣ電流値の絶対値が小さくなるように、好ましくは、ＤＣ電流値が０μＡになるように第２の帯電ローラで感光ドラムの電位を均一化させる。これによって、高画質化を達成しつつ、帯電ローラ汚れによる帯電不良の発生を抑えることができる。
【０１４９】
また、上記の帯電バイアス制御を画像形成と同時に実行することによって、制御時間が不要となるため、生産性に影響せずに行うことができる。
【符号の説明】
【０１５０】
１ 感光ドラム（像担持体）
２１ 第１の帯電ローラ（第１の帯電部材）
２２ 第２の帯電ローラ（第２の帯電部材）
Ｓ１１、Ｓ１２ 電源（電圧印加手段）
１３ 直流電流値測定回路（電流検知手段）
１４ 制御回路（電源制御手段）
１９ 電流検出回路（電流検知手段）
３０１ ＣＰＵ（装置本体制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電する第１の帯電部材と、
前記像担持体の回転方向に沿って前記第１の帯電部材の下流側において、前記像担持体と接触して帯電する第２の帯電部材と、
前記第１の帯電部材と第２の帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第２の帯電部材に流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記第１の帯電部材に直流電圧を印加しつつ、前記第２の帯電部材に交流電圧と直流電圧とを印加したときに前記電流検知手段が検知した直流電流値の絶対値が小さくなるように、前記第２の帯電部材に印加する直流電圧値を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成装置において前記像担持体の比誘電率ε、膜厚ｄ［ｍ］、周速度Ｐ［ｍ／ｓ］、前記像担持体の長手長さＬ［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、前記第２の帯電部材による帯電後の前記像担持体の表面電位をＶ［Ｖ］としたとき、前記第２の帯電部材に流れる電流値Ｉｄｃ［Ａ］が、｜Ｉｄｃ｜≦｜０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ｜なる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１】
回転可能な像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電する第１の帯電部材と、
前記像担持体の回転方向に沿って前記第１の帯電部材の下流側において、前記像担持体と接触して帯電する第２の帯電部材と、
前記第１の帯電部材と第２の帯電部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第２の帯電部材に流れる直流電流を検知する電流検知手段と、
前記第１の帯電部材に直流電圧を印加しつつ、前記第２の帯電部材に交流電圧と直流電圧とを印加したときに前記電流検知手段が検知した直流電流値の絶対値が小さくなるように、前記第２の帯電部材に印加する直流電圧値を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成装置において前記像担持体の比誘電率ε、膜厚ｄ［ｍ］、周速度Ｐ［ｍ／ｓ］、前記像担持体の長手長さＬ［ｍ］、真空時における空間の誘電率をε０［Ｆ／ｍ］、前記第２の帯電部材による帯電後の前記像担持体の表面電位をＶ［Ｖ］としたとき、前記第２の帯電部材に流れる電流値Ｉｄｃ［Ａ］が、｜Ｉｄｃ｜≦｜０．２２×Ｖ×ε×ε０×Ｐ×Ｌ／ｄ｜なる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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６３６００（Ｐ２０１２−１６３６００Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５７２（Ｐ２０１１−２１５７２）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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