JP7115198B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体を帯電させて画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、筒状の感光体の周面を一様に帯電させ、感光体が安定に回転している状態で画像データに応じたパターン露光を行い、それによって周面の帯電荷を部分的に消去して潜像を形成する。そして、感光体の周面にトナーを付着させて潜像をトナー像として可視化し、そのトナー像を転写することにより用紙（記録媒体）に画像を形成する。

感光体を帯電させる方式として接触帯電（接触方式）がしばしば用いられる。接触帯電は、ローラまたはブラシなどの帯電部材を感光体と接触するように配置し、帯電部材に電圧を印加して感光体との間で放電を生じさせる方式である。感光体と帯電部材とが厳密に接触する必要はなく、最大１ｍｍ程度の微小間隙を設けて感光体と帯電部材とを近接させる接触帯電もある。

接触帯電には、帯電部材に直流電圧を印加するＤＣ帯電と、直流電圧を重畳した交流電圧を印加するＡＣ帯電とがあるが、一般に、ＤＣ帯電よりも帯電の均一性に優れるＡＣ帯電が用いられる。

接触帯電では、感光体の近傍で放電が生じるので、非接触帯電と比べて感光体の表面が劣化しやすい。劣化した表層は帯電部材と擦れて剥がれることから、感光体の削れの進行が速い。また、放電生成物が感光体に固着しやすい。固着した放電生成物は点状の画像ノイズを発生させたり、感光体の表面のクリーニング性を低下させたりする。

接触帯電において生じるこのような現象は、特に、ＡＣ帯電を採用した場合に顕著となる。それは、ＡＣ帯電では、印加電圧の振幅が放電開始電圧の２倍以上であるので、必然的に放電電流量がＤＣ帯電よりも多いからである。

接触帯電による感光体の劣化または画像ノイズの発生を抑えるための先行技術として、特許文献１～５に記載の技術がある。

特許文献１、２には、画像形成実行時はＡＣ帯電を行い、画像非形成時はＤＣ帯電を行うことが開示されている。特許文献３には、画像非形成時はＡＣ帯電もＤＣ帯電も行わないことが開示されている。

特許文献４には、ＡＣ帯電による画像形成が終了した後のシーケンスとして、交流電圧の印加をオフし、次に直流電圧の印加をオフし、その後に像担持体（感光体）の回転を停止させることが開示されている。

特許文献５には、ＡＣ帯電を行う正規の帯電期間および潜像の形成に必要な強さよりも弱い帯電を行う弱帯電期間を設定し、弱帯電期間においては交流電圧をオフしまたは低くすることが開示されている。

また、画像形成に際して画像形成装置の状態によってＡＣ帯電とＤＣ帯電とを使い分ける先行技術がある。すなわち、特許文献６には、感光体の膜厚が大きくて適度の放電が生じにくい状態である場合はＡＣ帯電を行い、感光体の使用により膜厚が減ってＤＣ帯電により適度の放電を生じさせることが可能になった状態である場合はＤＣ帯電を行うことが開示されている。

特開平４－３７７７６号公報 特開平１１－２７２０２３号公報 特開平１１－１６０９６５号公報 特開２００３－２１７０３５号公報 特開２００７－９４３５４号公報 特開２０１８－４５１１４号公報

感光体を帯電させる必要がある期間は、用紙に形成して出力する画像に対応した潜像を形成する作像時に限らない。潜像を形成しないが感光体を回転駆動する非作像動作時にも感光体を帯電させる場合がある。

非作像動作時としては、特許文献１に記載のあるウォーミング期間、前回転期間、紙間、および後回転期間の他にも、トナー強制補給時、各種の清掃処理時、画像安定化時などがある。特に、複数の感光体を有するカラー画像形成装置では、いずれかの色についての画像調整時にその色に対応する感光体に連動して他の色に対応する感光体も回転させることがある。

例えば、トナー強制補給時に帯電を停止すると、感光体と稼働中の現像器との間の電位バランスが不適正となり、トナーが感光体に付着したり周囲に飛散したりするおそれがある。したがって、トナー強制補給時に帯電が行われる。

従来、非作像動作時については、帯電の品質が画像の良否として現れないことから、ＤＣ帯電の品質は意識されてこなかった。

ところが、非作像動作時において、作像時と同様の電位に感光体を帯電させるＤＣ帯電を行ったときに、作像時の電位設定によっては過放電が起こり、感光体の帯電電位が局所的に過度に高くなることがわかった。

例えば、２成分現像を行う画像形成装置においては、過放電により帯電電位が過度に高くなった部分にキャリアが付着する。このため、感光体、トナー像の被転写体、およびその他の部材に傷が生じ、生じた傷がもとで画像不良が発生する。つまり、過放電が起こると、傷が生じた部材の交換が必要となってしまう、という問題が顕在化した。

近年、接触帯電が高速機にも用いられるようになり、ＡＣ帯電の高速化に伴う高周波対応のために、接触方式の帯電部材として低抵抗のものが求められている。高速のＡＣ帯電に適した低抵抗の帯電部材を用いてＤＣ帯電を行う場合には、比較的に高抵抗の帯電部材を用いてＤＣ帯電を行う場合よりも過放電が起こりやすい。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、非作像動作時に行うＤＣ帯電の品質を従来よりも向上させることを目的とする。

本発明の実施形態に係る画像形成装置は、感光体と、前記感光体を帯電させる帯電部材と、前記画像に対応した潜像を形成する作像時に、前記帯電部材に印加する帯電バイアスとして交流電圧と直流電圧とが重畳したＡＣバイアスを出力し、前記潜像を形成しないが前記感光体を回転駆動する非作像動作時に、前記帯電バイアスとして直流電圧であるＤＣバイアスを出力する帯電用電源部と、前記帯電部材により帯電した前記感光体に対して所定の処理を行う処理部と、前記非作像動作時において、前記ＤＣバイアスにより帯電する前後の前記感光体の電位差の値が設定値以下の値となるように前記帯電用電源部および前記処理部を制御する制御部と、を有する。

本発明によると、出力するべき画像に対応する潜像を形成しない非作像動作時における直流電圧の印加による感光体の帯電の品質を従来よりも向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成の概要を示す図である。 感光体の帯電に関わる要部の構成を示す図である。 感光体のＤＣ帯電特性の例を示すグラフである。 イレーサによる除電を行わない場合における過放電の発生条件を示すグラフである。 感光体の表面電位の推移の例を示す図である。 画像形成装置における非作像動作時のＤＣ帯電に関わる処理の流れの例を示す図である。 ＤＣ帯電制御の処理の流れを示す図である。 転写バイアスと除電を行わない場合の帯電前電位との関係を示すグラフである。 しきい値情報の例を示す図である。 ＡＣ帯電制御の処理の流れを示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の構成の概要を示す図である。図２は、感光体４の帯電に関わる要部の構成を示す図である。

図１に示される画像形成装置１は、タンデム型のプリンタエンジン１０を備える電子写真方式のカラープリンタである。画像形成装置１は、ネットワークを介して外部のホスト装置から入力されるジョブに応じて、カラーまたはモノクロの画像を形成する。画像形成装置１は、その動作を制御する制御回路１００を有している。制御回路１００は、制御プログラムを実行するプロセッサ、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、および不揮発性メモリなどを備えている。

プリンタエンジン１０は、４個のイメージングユニット３ｙ，３ｍ，３ｃ，３ｋ、プリントヘッド６、および中間転写ベルト１２を有する。

イメージングユニット３ｙ～３ｋは、それぞれ筒状の感光体４、帯電ローラ５、現像器７、イレーサ８、およびクリーナ９などを有している。感光体４は、潜像を形成するための像担持体である。イメージングユニット３ｙ～３ｋの基本的な構成は同様であるので、以下においてこれらを区別せずに「イメージングユニット３」と記すことがある。

プリントヘッド６は、イメージングユニット３ｙ～３ｋのそれぞれに対してパターン露光を行うためのレーザビームＬ１を射出する。プリントヘッド６において、感光体４の回転軸方向にレーザビームＬ１を偏向する主走査が行われる。この主走査と並行して、感光体４を定速回転させる副走査が行われる。

中間転写ベルト１２は、トナー像の一次転写における被転写体である。中間転写ベルト１２は、一対のローラ１２Ａ，１２Ｂ間に巻回されて回転する。中間転写ベルト２０の材料としては、ポリカーボネート、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、またはポリイミドを主原料としてカーボンを分散させた半導電性材料が用いられる。中間転写ベルト１２の内側には、イメージングユニット３ｙ，３ｍ，３ｃ，３ｋごとに一次転写ローラ１１が配置されている。

カラー印刷モードにおいて、イメージングユニット３ｙ～３ｋは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色のトナー像を並行して形成する。４色のトナー像は、回転中の中間転写ベルト１２に順次に一次転写される。最初にＹのトナー像が転写され、それに重なるようにＭのトナー像、Ｃのトナー像、およびＫのトナー像が順次に転写される。

一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ１６と対向するとき、下方の給紙カセット１４から取り出されてタイミングローラ１５を経て搬送されてきたシート（記録媒体）２に二次転写される。トナー像が転写されたシート２は、定着器１７の内部を通って上部の排紙トレイ１９に出力される。定着器１７を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像がシート２に定着する。

各イメージングユニット３において、感光体４は、一次転写が終わるごとにクリーナ９により清掃されて次の作像サイクルに備える。中間転写ベルト１２は、例えばブレード式のベルトクリーナ１２Ｃにより清掃される。ベルトクリーナ１２Ｃは、イメージングユニット３ｙに近いローラ１２Ａと対峙する位置に配置されている。ベルトクリーナ１２Ｃのブレードは、常に中間転写ベルト１２に圧接している。

図２（Ａ）に示すように、画像形成装置１は、イメージングユニット３による作像に関わる制御を受け持つ作像制御部１０３を有する。作像制御部１０３の機能は、制御回路１００のハードウェア構成により、および制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより実現される。

図２（Ａ）において、感光体４は、支持体であるドラムと一体に一方向に回転するよう駆動される。感光体４が回転しているとき、感光体４の周面は、帯電位置Ｐ１、露光位置Ｐ２、現像位置Ｐ３、転写位置Ｐ４、除電位置Ｐ５、および清掃位置Ｐ６を順に繰り返し通過する。

感光体４は、導電性の基体に下引き層、有機分子を含む電荷発生層、および電荷輸送層を積層した積層型有機感光体である。感光体４の寿命に関わる電荷輸送層の厚みは、例えば３０～４０μｍ程度とされる。

帯電ローラ５は、帯電位置Ｐ１で感光体４に当接し、感光体４に従動して回転する。帯電位置Ｐ１は、帯電ローラ５と感光体４とのニップ部、およびニップ部の近傍を含む。帯電ローラ５は、金属製の芯金とそれに支持されたロール状の半導電性ゴム層とから構成される。半導電性ゴム層の体積抵抗率は、例えば１０＾４～１０＾８Ω・ｃｍの範囲内の値に選定される。半導電性ゴム層は、単層構造のものでも多層構造のものでもよい。

この帯電ローラ５には、芯金に接続された帯電用の高圧電源回路３１によって帯電バイアスＶ１が印加される。高圧電源回路３１は、作像制御部１０３からの制御信号Ｓ３１に従って、作像時に帯電バイアスＶ１としてＡＣバイアスＶ１１を出力し、非作像動作時に帯電バイアスＶ１としてＤＣバイアスＶ１２を出力する。ＡＣバイアスＶ１１は、図２（Ｂ）に示すように、交流電圧Ｖａｃと直流電圧Ｖｄｃとを重畳させた高周波電圧である。ＤＣバイアスＶ１２は、直流電圧である。つまり、作像時にはＡＣ帯電が行われ、非作像動作時にはＤＣ帯電が行われる。

ＡＣ帯電を作像時に限定して行うことにより、非作像動作時にもＡＣ帯電を行う場合と比べて、感光体４の摩耗が低減されて感光体４の寿命が延びる。

ＡＣ帯電では、交流電圧Ｖａｃの振幅（ピークトゥピーク電圧）Ｖｐｐを十分に大きくすることにより、感光体４の膜厚の経時変化にかかわらず放電を生じさせて感光体４を直流電圧Ｖｄｃに応じた電位に帯電させることができる。したがって、ＡＣ帯電では、感光体４の膜厚を考慮することなく狙いの（所望の）帯電電位Ｖ０に応じて直流電圧Ｖｄｃの値が設定される。帯電電位Ｖ０は、帯電直後の感光体４の表面電位である
例えば、狙いの帯電電位Ｖ０の値が－６００ボルトである場合に、直流電圧Ｖｄｃは－６００ボルトとされる。交流電圧Ｖａｃの振幅Ｖｐｐは２０００ボルト程度とされ、周波数は２ｋＨｚ程度とされる。

他方、ＤＣ帯電では、ＤＣバイアスＶ１２について（１）式の関係が成り立つ。
Ｖ１２＝Ｖ０＋Ｖｔｈ …（１）
ただし、Ｖｔｈ：放電開始電圧
放電開始電圧Ｖｔｈは、環境条件（主に湿度）および耐久条件（主に感光体４の膜厚）に影響される。したがって、ＤＣバイアスＶ１２は、環境条件および耐久条件に応じて放電開始電圧Ｖｔｈを補正して狙いの帯電電位Ｖ０に対応する値に設定される。例えば、狙いの帯電電位Ｖ０の値が－６００ボルトであり、放電開始電圧Ｖｔｈが－６００ボルトである場合に、ＤＣバイアスＶ１２は－１２００ボルトとされる。

作像時の直流電圧Ｖｄｃおよび非作像動作時のＤＣバイアスＶ１２は、いずれもマイナス（負極性）の電圧である。直流電圧ＶｄｃまたはＤＣバイアスＶ１２が帯電ローラ５に印加されるとき、回転している感光体４の周面のうちの転写位置Ｐ４を通過して帯電位置Ｐ１に向かう領域（これを「帯電前領域４ａ」と称する）は、帯電ローラ５に対して相対的にプラス側の電位になっている。

図２（Ａ）に描かれた状態では、図中に白色の破線を付して他の領域と区別してある通り、感光体４のうちの転写位置Ｐ４から清掃位置Ｐ６を通過した辺りまでの領域が帯電前領域４ａになっている。この状態からさらに感光体４が回転すると、転写位置Ｐ４から帯電位置Ｐ１までの領域の全体が帯電前領域４ａとなる。

感光体４の帯電前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着すると、帯電ローラ５との間で放電が始まり、帯電位置Ｐ１を通過すると、放電が止まる。放電により、感光体４にマイナスの電荷が付与され、感光体４の表面電位は帯電電位Ｖ０になる。この帯電電位Ｖ０は、上に述べた通り、直流電圧Ｖｄｃ（作像時）またはＤＣバイアスＶ１２（非作像動作時）に依存する。

露光位置Ｐ２において、プリントヘッド６からのレーザビームＬ１が感光体４に入射する。感光体４における一様に帯電した領域が露光位置Ｐ２を通過するときにパターン露光を行うことにより、潜像を形成することができる。パターン露光では、レーザビームＬ１を断続しまたはその光強度を変調する。作像時においては、ジョブにより指定された出力するべき画像に対応する印字データに基づいてパターン露光が行われ、出力するべき画像に対応した潜像が形成される。

なお、パターン露光は、作像時のみに行われるものではなく、非作像動作時においても行われることがある。例えば、画像安定化に際してテスト用のトナーパターンを形成する場合もパターン露光が行われる。ただし、この場合に形成される潜像は、シート２に転写されることなく廃棄されるトナーパターンに対応するものであり、出力するべき印刷対象の画像に対応するものではない。

現像器７は、現像位置Ｐ３を通過する感光体４の周面にトナーを付着させて潜像をトナー像として可視化する。本実施形態において、現像器７は、２成分現像器であり、トナーとキャリアとを混合して撹拌することにより、トナーをマイナス極性に帯電させる。そして、帯電したトナーをスリーブ７ａにより現像位置Ｐ３へ供給する。スリーブ７ａには、現像バイアスＶ３が現像用の高圧電源回路３２により印加される。

高圧電源回路３２は、作像制御部１０３からの制御信号Ｓ３２に従って、マイナスの直流電圧が重畳した交流電圧を現像バイアスＶ３として出力する。例えば、直流電圧は－４００ボルトに設定され、交流電圧の振幅は１５００ボルトに設定され、周波数は３ｋＨｚに設定される。

転写位置Ｐ４において、中間転写ベルト１２が一次転写ローラ１１により押圧されて感光体４と当接する。このとき、一次転写ローラ１１には、転写用の高圧電源回路３３により転写バイアスＶ４が印加されている。転写バイアスＶ４により形成される転写電界により、感光体４から中間転写ベルト１２にトナー像が一次転写される。

高圧電源回路３３は、片極性出力型の直流電源回路である。ただし、両極性出力型としてもよい。高圧電源回路３３の出力は、作像制御部１０３からの制御信号Ｓ３３により制御される。

イレーサ８は、除電位置Ｐ５を通過する感光体４にその残留電荷を減少させる光ビームＬ２を照射する。イレーサ８の光源は、例えば波長６８５ｎｍの可視光を射出する発光ダイオードアレイであり、感光体４の回転軸方向の全長にわたる照射（全面露光）が可能である。イレーサ８は、光源を発光させるための給電回路を有しており、作像制御部１０３からの制御信号Ｓ８に従って光ビームＬ２を照射したり照射を停止したりする。照射強度は可変である。光ビームＬ２の照射により、感光体４の表面電位は、０ボルトまたはそれに近い－１０～０ボルト程度の値になる。

本実施形態において、イレーサ８は、一次転写ローラ１１および高圧電源回路３３とともに、処理部５１を構成する。処理部５１は、帯電ローラ５により帯電した感光体４に対して行う処理のうち、帯電前領域４ａの電位に関わる一次転写および除電を受け持つ。

クリーナ９は、清掃位置Ｐ６を通過する感光体４の周面から残留トナーなどの付着物を除去する。その方式は、例えば常に感光体４に圧接する弾性のブレード９ａにより付着物をかき取るブレードクリーニング方式である。ブラシまたはローラなどを用いる他の方式であってもよい。

さて、作像制御部１０３は、非作像動作時に行うＤＣ帯電において過放電が起こらないように、高圧電源回路３１および処理部５１を制御する。詳しくは、作像制御部１０３は、非作像動作時のＤＣバイアスＶ１２による帯電の前後の感光体４の電位差の値が、しきい値Ｃ１以下の値となるように、ＤＣバイアスＶ１２、転写バイアスＶ４、およびイレーサ８のオンオフを設定する。このしきい値Ｃ１は、以下に述べる事実に基づいて設定された値であり、作像時におけるＡＣ帯電の前後の感光体４の電位差の値とは異なる値である。

図３は感光体４のＤＣ帯電特性の例を示すグラフである。横軸は、ＤＣバイアスＶ１２の値を示し、縦軸は、感光体４の帯電電位Ｖ０の値を示す。値の単位は両軸ともにボルト（Ｖ）である。

通常の場合、すなわち過放電が生じない場合は、図中に破線で示すように帯電電位Ｖ０はＤＣバイアスＶ１２に比例する。しかし、過放電が生じた場合は、帯電電位Ｖ０は、通常の場合よりも高くなる方向にシフトしてしまう。

帯電電位Ｖ０の測定値は、測定環境に依存する大きさの対象領域における平均的な電位の値である。そこで、過放電が発生した場合の帯電の均一性を調べるためにＤＣ帯電後に現像を行ってテスト画像を形成すると、過放電が生じた場合に形成されるテスト画像は、網目状のノイズを有するものであった。つまり、過放電が生じた場合における実際の帯電状態は、帯電電位Ｖ０が通常の場合に対してシフトしただけでなく、電位にムラのある不均一な状態となる。

非作像動作時においても、現像器７のスリーブ７ａは、不要のトナー付着を防ぐために帯電電位Ｖ０に対して適切な電位差（例えば、１５０～２００ボルト）が得られるようにバイアスされる。このため、感光体４における過放電により過度にマイナスに帯電した部位に２成分現像中のキャリアが付着してしまう。

現像器７から離れたキャリアは、感光体４、中間転写ベルト１２、および定着器１７などに傷を生じさせる。生じた傷がもとで画像不良が発生するので、傷が生じた部材を交換は交換しなければならない。すなわち、過放電の発生が間接的に画質を低下させ、部品交換によるランニングコストの上昇を招く。

したがって、作像時だけでなく、非作像動作時についても帯電の品質（均一性）を良好にする必要がある。

ＤＣ帯電の品質を損なう過放電が発生する条件を調べたところ、次の結果が得られた。

図４はイレーサ８による除電を行わない場合における過放電の発生条件を示すグラフである。図５は感光体４の表面電位Ｖｐの推移の例を示す図である。

図４において、横軸は、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜を示す。左縦軸は、過放電が生じる最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎの値を示し、右縦軸は、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜と最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎとの和ＳＶの値を示す。また、実線は、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜と最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎとの関係を示し、破線は、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜と和ＳＶとの関係を示している。

なお、本明細書において、帯電バイアスＶ１をはじめとする各種のバイアス（印加電圧）について、極性にかかわらず、そのバイアスの値と０との差（すなわち絶対値）が大きいことを「高い」と表現し、当該差を大きくすることを「高くする」と表現する。そして、当該差が小さいことを「低い」と表現し、当該差を小さくすることを「低くする」と表現する。したがって、極性がマイナスである場合は、例えば－１０００ボルトは－５００ボルトよりも高い。極性がプラスである場合は、１０００ボルトは５００ボルトよりも高い。

図４において、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜が大きいほど、転写バイアスＶ４の値が比較的に小さくても過放電が発生している。すなわち、ＤＣバイアスＶ１２が高いほど、転写バイアスＶ４がより低くても過放電が発生する。

また、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜の大小にかかわらず、過放電が発生するときの和ＳＶは、概ね一定の値（２３５０～２４００ボルト）である。つまり、和ＳＶが一定値以上である場合に過放電が発生することがわかる。

図５に示すように、感光体４の表面電位Ｖｐは、転写バイアスＶ４が印加された状態の転写位置Ｐ４を通過するときに、帯電電位Ｖ０から低下して転写後電位Ｖｐ４になる。転写後電位Ｖｐ４は、帯電電位Ｖ０と転写バイアスＶ４とに依存し、図示の例のようにマイナスの電位となる場合に限らず、プラスの電位となる場合もある。帯電電位Ｖ０と転写後電位Ｖｐ４との差である低下量ｄＶは、低下前の帯電電位Ｖ０を一定とした場合には、転写バイアスＶ４が高いほど大きい。逆に、転写バイアスＶ４を一定とした場合には、低下前の帯電電位Ｖ０が低いほど、低下量ｄＶは小さい。

しかし、帯電電位Ｖ０の値を切り替えて複数の値ごとに最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎを求めたところ、最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎの印加による低下量ｄＶは、帯電電位Ｖ０の値にかかわらず、ほぼ一定である。具体的には、図４にプロットされた複数のバイアス条件、すなわちＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜（低下前の帯電電位Ｖ０に対応する）と最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎとの組合せにおいて、いずれも低下量ｄＶは約４００ボルトであった。

イレーサ８による除電を行わない場合は、転写前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着するまで転写後電位Ｖｐ４はほとんど変わることなく保たれ、帯電前電位Ｖ１ｂとなる（Ｖ１ｂ＝Ｖｐ４）。帯電前電位Ｖ１ｂは、転写前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着して放電が始まる直前の表面電位Ｖｐである。

したがって、和ＳＶが一定値以上である場合に過放電が発生することは、ＤＣ帯電における帯電後電位Ｖ１ａ（すなわち帯電電位Ｖ０）にかかわらず、帯電前後の電位差ΔＶが所定のしきい値Ｃ１を超える場合に過放電が発生することを意味している。帯電前後の電位差ΔＶとは、帯電前電位Ｖ１ｂと帯電後電位Ｖ１ａとの差である。

つまり、帯電前後の電位差ΔＶを所定のしきい値Ｃ１以下に制御することにより、ＤＣ帯電における過放電を抑えることができる。そして、電位差ΔＶをしきい値Ｃ１以下とするために帯電電位Ｖ０を適宜選定することが許される。

そこで、帯電前後の電位差ｄＶ４をしきい値Ｃ１以下とするために、例えば転写バイアスＶ４を作像時と同じ値とし、ＤＣバイアスＶ１２を低くする（絶対値を小さくする）。または、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜と転写バイアスＶ４との和ＳＶが図４に示す所定のしきい値Ｃ２以下となるようにＤＣバイアスＶ１２および転写バイアスＶ４を設定する。

ところで、画像形成装置１は、作像時において、転写位置Ｐ４の下流側に設けたイレーサ８を稼働させて帯電前の感光体４に対して全面露光を行う。これにより、パターン露光による表面電位Ｖｐの不均一が解消されることから、その後の帯電の均一性が高まる。

非作像動作時においてもイレーサ８を稼働させることは可能である。しかし、非作像動作時にイレーサ８を稼働させると、図５に破線で示すように、感光体４の表面電位Ｖｐが転写後電位Ｖｐ４よりも低くなってほぼ０ボルトの除電後電位Ｖｐ５になる。そして、この除電後電位Ｖｐ５が帯電前電位Ｖ１ｂ’となり、帯電前後の電位差ΔＶ’がイレーサ８を稼働させない場合の電位差ΔＶよりも大きくなってしまう。このため、転写バイアスＶ４が図４の例より低くても過放電が発生するおそれがある。したがって、非作像動作時においては、イレーサ８による除電を停止するのが好ましい。

また、過放電は、帯電ローラ５の抵抗値が低いほど発生しやすく、感光体４の膜厚が厚いほど発生しやすい。このため、しきい値Ｃ１は、帯電ローラ５および感光体４の状態に応じて変更するのが好ましい。

次に、ＤＣ帯電に関わる制御の例を挙げる。

図６は、画像形成装置１における非作像動作時のＤＣ帯電に関わる処理の流れの例を示す図である。図７は、ＤＣ帯電制御の処理の流れを示す図である。図８は、転写バイアスＶ４と除電を行わない場合の帯電前電位Ｖ１ｂとの関係を示すグラフである。図９は、しきい値情報９２の例を示す図である。図１０は、ＡＣ帯電制御の処理の流れを示す図である。

図６において、作像制御部１０３は、非作像動作を開始する以前の所定のタイミングで、作像時の帯電電位Ｖ０を帯電後電位Ｖ１ａとして取得する（＃２０１）。このタイミングは、例えば作像時における非作像動作時に切り替わる直前とすることができる。作像時のタイミングに限らず、感光体４の回転駆動を開始する以前、すなわち作像時でも非作像動作時でもないタイミングであってもよい。

上に述べた通り、作像時のＡＣ帯電では狙いの帯電電位Ｖ０に応じた直流電圧Ｖｄｃを印加するので、帯電後電位Ｖ１ａとしてＡＣバイアスＶ１１の直流電圧Ｖｄｃの設定値を取得する。ただし、感光体４の経時変化などに因る帯電電位Ｖ０と直流電圧Ｖｄｃとのずれを補正するように直流電圧Ｖｄｃが設定される場合は、補正前の直流電圧Ｖｄｃ（つまり狙いの帯電電位Ｖ０）を取得する。

なお、一般に、作像動作の設定値のうちの帯電電位Ｖ０の設定値は、画像形成装置１の仕様に応じた一定値に定められる。例えば－６００ボルトまたは－４００ボルトなどとされる。そして、諸条件（画像の濃淡、カラー／モノクロ、シート２の厚さ、環境条件など）に応じた作像動作の最適化は、帯電電位Ｖ０を基準として感光体周りの他の設定値を調整することにより行われる。

帯電後電位Ｖ１ａの取得に続いて、作像制御部１０３は、転写バイアスＶ４の設定値を取得する（＃２０２）。作像時に取得する場合は、現在の作像動作に適用される転写バイアスＶ４の設定値を取得する。作像時ではないときに取得する場合は、標準に定められた画像形成モード（例えば、標準速度でモノクロ画像を普通紙に形成するモード）において適用するために記憶されている転写バイアスＶ４の設定値を読み出す。

次に、作像制御部１０３は、帯電電位Ｖ０と転写バイアスＶ４とによって特定される帯電前電位Ｖ１ｂを取得する（＃２０３）。

この帯電前電位Ｖ１ｂを取得するため、あらかじめ図８に示される関係を求め、ルックアップテーブル、補間演算式、またはこれらを組み合せたデータの形で不揮発メモリに格納しておく。作像制御部１０３は、取得した帯電電位Ｖ０と転写バイアスＶ４の設定値とに対応する帯電前電位Ｖ１ｂを、ルックアップテーブルから読み出し、または補間演算式を用いて算出する。

図８においては、帯電電位Ｖ０が－６００ボルトである場合、および－４００ボルトである場合における帯電前電位Ｖ１ｂが示される。図８に示される関係によると、例えば帯電電位Ｖ０が－６００ボルトであって転写バイアスＶ４が－１２００ボルトであったときに取得される帯電前電位Ｖ１ｂの値は、約－２１７ボルトである。

なお、イレーサ８を稼働させて除電を行う場合は、あらかじめ除電後の表面電位Ｖｐである除電後電位Ｖｐ５を求めて帯電前電位Ｖ１ｂとして不揮発メモリに格納しておく。転写後電位Ｖｐ４がマイナスでかつ除電後電位Ｖｐ５よりも高い場合は、除電後電位Ｖｐ５が帯電前電位Ｖ１ｂとなる。除電後電位Ｖｐ５が耐久条件または環境条件により大きく変化する場合は、不揮発メモリから読み出した帯電前電位Ｖ１ｂをこれらの条件に応じて補正するのが望ましい。

このようにして帯電前電位Ｖ１ｂを取得すると、作像制御部１０３は、（２）式に基づく演算を行って帯電前後の電位差ΔＶを算出する（＃２０４）。
ΔＶ＝｜Ｖ１ａ－Ｖ１ｂ｜ …（２）
続いて、作像制御部１０３は、感光体４の膜厚情報および画像形成装置１の内部の適所に配置されたセンサによる環境測定情報を参照することによって、帯電に関わるマシン状態（帯電関連状態）を検知する（＃２０５）。具体的には、感光体４の現在の膜厚Ｄ、および感光体４の周辺の湿度Ｒを検知する。

膜厚Ｄの検知に用いる膜厚情報は、帯電電流を検出する公知の手法により測定された膜厚Ｄを示すものでもよいし、積算印刷ページ数または積算回転回数といった感光体４の耐久情報であってもよい。

マシン状態を検知すると、作像制御部１０３は、図９に示すしきい値情報９２からマシン状態に対応するしきい値Ｃ１を取得する（＃２０６）。しきい値情報９２は、湿度Ｒの値を区分した複数の湿度レベルと感光体４の膜厚の値を区分した膜厚レベルとの組合せに対応するしきい値Ｃ１を示すルックアップテーブルである。

しきい値情報９２における各しきい値Ｃ１は、複数のマシン状態のそれぞれにおけるＤＣ帯電で過放電が生じる帯電前後の最小の電位差を求める実験の結果に基づいて定められる。すなわち、求めた最小の電位差よりも所定の余裕値だけ小さい値が各マシン状態でのしきい値Ｃ１とされる。図９の例において、例えば感光体４の膜厚が２８μｍ以上であり、湿度Ｒが８０％を超える場合のしきい値Ｃ１は、３００ボルトである。

次に、作像制御部１０３は、先に算出した帯電前後の電位差ΔＶがマシン状態に対応するしきい値Ｃ１よりも小さいか否かをチェックする（＃２０７）。

帯電前後の電位差ΔＶがしきい値Ｃ１よりも小さい場合は（＃２０７でＹＥＳ）、非作像動作時における感光体４の表面電位Ｖｐに関わる各部の動作条件を、感光体４の回転に伴う表面電位Ｖｐの変遷が作像時と同様になるように設定する（＃２０８）。詳しくは次の通りである。

まず、狙いの帯電電位Ｖ０の値を作像時と同じ値に設定する。すなわち、帯電用の高圧電源回路３１について、帯電電位Ｖ０が作像時と同じ値になるようにＤＣバイアスＶ１２の出力値を設定する。ＤＣバイアスＶ１２を上記の（１）式により算出し、その際に放電開始電圧Ｖｔｈの値として、湿度Ｒおよび膜厚Ｄに応じてデフォルト値を補正した値を用いる。

帯電電位Ｖ０を作像時と同じ値とするので、現像バイアスＶ３および転写バイアスＶ４は、それぞれ作像時と同じ値でよい。したがって、高圧電源回路３２，３３の出力値を作像時と同じ値に設定する。また、イレーサ８のオンオフおよび光ビームＬ２の強度を作像時と同じ値に設定する。

これらの設定により、この後の非作像動作時に行うＤＣ帯電において、その前後の表面電位Ｖｐの差（電位差ΔＶｄｃ）の値が作像時の電位差ΔＶと同じ値になり、しきい値Ｃ１よりも小さくなる。

他方、算出した帯電前後の電位差ΔＶがしきい値Ｃ１よりも小さくない場合は（＃２０７でＮＯ）、ＤＣ帯電の前後の表面電位Ｖｐの電位差ΔＶｄｃがしきい値Ｃ１よりも小さくなるように表面電位Ｖｐに関わる各部の動作条件を設定する（＃２０９）。この場合において、算出した作像時の帯電前後の電位差ΔＶはしきい値Ｃ１よりも大きいので、ＤＣ帯電の前後の電位差ΔＶｄｃをしきい値Ｃ１よりも小さくすることにより、当該電位差ΔＶｄｃは作像時の電位差ΔＶ０と異なる値になる。

電位差ΔＶｄｃをしきい値Ｃ１よりも小さくするために、例えば狙いの帯電電位Ｖ０を作像時よりも例えば５０～１００ボルト程度低くする。この場合、帯電電位Ｖ０を低くした分だけＤＣバイアスＶ１２を低くして出力するように高圧電源回路３１の出力値を設定する。帯電電位Ｖ０の低下に合わせて、現像バイアスＶ３の直流電圧も低くする。

このように帯電電位Ｖ０を変更する場合、現像用の高圧電源回路３２として出力可変幅が従来よりも大きなものが必要となることがある。例えば、極端な場合として、ＤＣバイアスＶ１２を印加を停止する場合には、帯電電位Ｖ０がほぼ０ボルトになるので、現像バイアスＶ３の直流電圧として＋１５０ボルトの印加が必要となる。出力可変幅が大きくさらに両極性出力が可能な電源回路は大型になりがちである。

また、非作像動作時にトナーを供給する場合には、ある程度以上の帯電電位Ｖ０が必要となることから、狙いの帯電電位Ｖ０を低くすることができないことがある。さらに、帯電電位Ｖ０を作像時と非作像動作時とにわたって一定値に維持したい場合もある。

そこで、帯電電位Ｖ０を低くすることが難しい状況では、転写バイアスＶ４を作像時よりも低くする。これにより、帯電前後の電位差ΔＶｄｃをしきい値Ｃ１よりも小さくすることができる。

なお、転写後電位Ｖｐ４の極性がマイナスである場合は、上に述べたように除電位置Ｐ５で除電を行うと、表面電位Ｖｐが０になってその後の帯電における帯電前後の電位差ΔＶｄｃが増大する。したがって、この場合は、帯電電位Ｖ０を低くするか転写バイアスＶ４を低くするかにかかわらず、イレーサ８による光ビームＬ２の照射を停止させるのが好ましい。

このように帯電前後の電位差ΔＶｄｃがしきい値Ｃ１よりも小さくなるように非作像動作時の動作条件を設定した後、作像制御部１０３は、ＤＣ帯電制御の処理を実行する（＃２１０）。

図７に示すようにＤＣ帯電制御の処理として、作像制御部１０３は、非作像動作の開始タイミングが到来するのを待つ（＃２１１）。例えば、現在が作像動作中であれば、作像を終えてクリーニングなどの後処理に移行するタイミング、または複数枚の印刷の途中で画像安定化のため印刷を中断するタイミングなどが非作像動作の開始タイミングとなる。また、現在が作像動作中でない場合は、電源スイッチのオン時またはスリープ状態からの復帰時のウォームアップを始めるタイミングなどがこの開始タイミングとなる。

非作像動作の開始タイミングが到来すると（＃２１１でＹＥＳ）、作像制御部１０３は、まず、処理部５１の出力制御を行う（＃２１２）。

詳しくは、転写用の高圧電源回路３３に対して、ステップ＃２０８またはステップ＃２０９で設定した転写バイアスＶ４の出力を指令する。これとともに、イレーサ８をオフに制御して光ビームＬ２の照射の停止させる。

処理部５１の出力制御を行うと、作像制御部１０３は、ステップ＃２０８の指令に従って転写バイアスＶ４を印加している状態の転写位置Ｐ４を通過した帯電前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着するタイミングが到来するのを待つ（＃２１３）。すなわち、転写位置Ｐ４から帯電位置Ｐ１まで感光体４が回転するのに要する時間が経過するのを待つ。

帯電前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着するタイミングになると（＃２１３でＹＥＳ）、帯電用の高圧電源回路３１に対して、ステップ＃２０８またはステップ＃２０９で設定したＤＣバイアスＶ１２の出力を指令する。これにより、ＤＣ帯電が始まる。

なお、作像動作から非作像動作に切り替える場合は、ＤＣバイアスＶ１２の出力を指令するときまたはそれ以前の適切なタイミングで、ＡＣバイアスＶ１１の交流電圧Ｖａｃの出力を停止させておく。ＤＣ帯電が始まった以後の適切なタイミングで、必要に応じて現像バイアスＶ３の直流電圧の値を変更する。

ステップ＃２１３の処理を設けて所定の時間の経過を待ってＤＣ帯電を始めることにより、ＡＣ帯電からＤＣ帯電に切り替える場合において、切り替わる過渡期に過放電が発生するのを防ぐことができる。もしも転写バイアスＶ４の切替えと同時にＤＣバイアスＶ１２の出力を開始すると、帯電前領域４ａが帯電位置Ｐ１に到着までの間は、帯電前電位Ｖ１ｂが以前のＡＣ帯電による電位となるために過放電が発生するおそれががある。

これに対して、ＤＣ帯電からＡＣ帯電に切り替える場合には、図１０に示すように、作像制御部１０３は、作像動作の開始タイミングが到来すると（＃３０１でＹＥＳ）、表面電位Ｖｐに関わる動作条件の設定および制御対象に対する出力指令を直ちに行う（＃３０２、＃３０３）。

ＡＣ帯電では、交流電圧Ｖａｃの印加により短い周期で帯電と除電が繰り返されるので、過放電が発生したとしても、それによる過剰の電荷が除電される。したがって、過放電の発生を防ぐための待ち時間を設けることなく動作条件を変更して画像形成の開始を迅速化することができる。

以上の実施形態によると、出力するべき画像に対応する潜像を形成しない非作像動作時におけるＤＣバイアスＶ１２の印加による感光体４の帯電に際して、過放電の発生を抑えることができ、当該帯電の品質を従来よりも向上させることができる。

潜像の可視化に２成分現像剤を用いる場合において、感光体４および他の部材にキャリアが付着するのを抑えることができ、キャリア付着による感光体４などの損傷を防ぐことができる。

上に述べた実施形態において、制御の簡略化のため図４の関係を用いて、ＤＣバイアスＶ１２および転写バイアスＶ４を決めるようにしてもよい。その場合、作像時の狙いの帯電電位Ｖ０を取得して（１）式によりＤＣバイアスＶ１２を求める。そして、ＤＣバイアスＶ１２の絶対値｜Ｖ１２｜と最小の転写バイアスＶ４ｍｉｎとの和ＳＶがあらかじめ実験結果に基づいて定めたしきい値Ｃ２よりも小さくなるように、ＤＣバイアスＶ１２および転写バイアスＶ４を決める。このしきい値Ｃ２は、図９のしきい値情報９２と同様のルックアップテーブルを用いて、マシン状態に応じて選定するのが望ましい。

転写バイアスＶ４の印加に際して高圧電源回路３３において定電流制御が行われる場合には、定電流制御時の平均電圧を用いたり、あらかじめ実験により求めた電圧値への変換テーブルを用いたりして転写バイアスＶ４を特定すればよい。

また、イレーサ８による除電を行う場合は、あらかじめ求めておいた除電後電位Ｖｐ５から転写バイアスＶ４への変換値を転写バイアスＶ４の値として用いるようにしてもよい。ただし、望ましくは除電を行わず、転写バイアスＶ４を低くするのがよい。

イレーサ８として、コロナ放電式または接触式などの帯電器を用いる構成においては、感光体４の電位条件によっては、除電ではなく再帯電が可能な場合がある。その場合は、除電を停止するのではなく転写バイアスＶ４を低くする代わりにまたはそれと併用して積極的にイレーサ８で帯電前電位Ｖ１ｂを制御するようにしてもよい。

マシン状態として、湿度Ｒまたは温度などの他の環境条件、感光体４の積算使用量または膜厚Ｄ、帯電ローラ５の積算使用量または抵抗値のうちの少なくとも１つを検知し、その検知結果に応じてしきい値Ｃ１を切り替えるように構成してもよい。

上に述べた実施形態において、非作像動作時としては、作像動作の前処理時、同じく後処理時、複数枚のシート２を用いる場合の紙間に対応するパターン露光のインターバル期間、マシン状態を適切に保つための各種の調整の実行時、および他色の調整のために連動する感光体４の回転時などがある。各種の調整には、現像器７内のトナー濃度が低くなった場合のトナー強制補給、中間転写ベルト１２の清掃、二次転写ローラ周りの清掃、現像器７からの不要なトナーの吐き出し、清掃部材へのトナーまたは外添剤を供給するためのトナー帯の作成、画像安定化処理、および感光体に付着した放電生成物の除去などが含まれる。

例えばウォームアップ時のように作像動作中以外の状態から非作像動作に移行する場合には、ＤＣ帯電を開始する前に感光体４が1～数回転する短い時間だけＡＣ帯電を行ってもよい。それにより、最初のＤＣ帯電における帯電前電位Ｖ１ｂを所定の転写後電位Ｖｐ４とすることができ、帯電前後の電位差ΔＶをしきい値Ｃ１以下にすることができる。

ユーザによる指示または環境条件が大きく変化したことなどを契機として行う画像調整において作像動作の設定を更新したときに、非作像動作の準備としてＤＣ帯電に関わる出力値を更新して記憶しておき、その後の非作像動作時にその出力値でＤＣ帯電を行うようにしてもよい。

上に述べた実施形態において、除電に影響する残留トナー量が比較的に多い場合は、クリーナ９により感光体４を清掃した後に除電を行うように、イレーサ８とクリーナ９との位置関係を変更してもよい。

その他、画像形成装置１の全体または各部の構成、処理の内容、順序、またはタイミング、しきい値情報９２の内容などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１ 画像形成装置
２ シート（記録媒体）
４ 感光体
５ 帯電ローラ（帯電部材）
Ｖ１ 帯電バイアス
Ｖａｃ 交流電圧
Ｖｄｃ 直流電圧
Ｖ１１ ＡＣバイアス
Ｖ１２ ＤＣバイアス
３１ 高圧電源回路（帯電用電源部）
５１ 処理部
ΔＶ 電位差
１０３ 作像制御部（制御部）
Ｃ１ しきい値（設定値）
１１ 一次転写ローラ（転写部材）
１２ 中間転写ベルト（被転写体）
３１ 高圧電源回路（転写用電源部）
８ イレーサ
Ｌ２ 光ビーム（除電用の光）
Ｐ４ 転写位置
４ａ 帯電前領域（領域）

Claims (8)

1. 感光体と、
   前記感光体を帯電させる帯電部材と、
   印刷対象の画像に対応した潜像を形成する作像時に、前記帯電部材に印加する帯電バイアスとして交流電圧と直流電圧とが重畳したＡＣバイアスを出力し、前記潜像を形成しないが前記感光体を回転駆動する非作像動作時に、前記帯電バイアスとして直流電圧であるＤＣバイアスを出力する帯電用電源部と、
   前記帯電部材により帯電した前記感光体に対して所定の処理を行う処理部と、
   前記非作像動作時において、前記ＤＣバイアスにより帯電する前後の前記感光体の電位差の値が設定値以下の値となるように前記帯電用電源部および前記処理部を制御する制御部と、を有する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記処理部は、前記潜像を現像したトナー像を被転写体に転写するための転写部材と、前記転写部材に印加する転写バイアスを出力する転写用電源部とを有しており、
   前記制御部は、前記非作像動作時において、前記転写バイアスを前記作像時よりも低くする、
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記処理部は、前記感光体における前記転写部材と対向する転写位置を通過した領域に除電用の光を照射するイレーサを有しており、
   前記制御部は、前記非作像動作時において、前記光の照射を停止させる、
   請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記感光体のうちの前記作像時よりも低い前記転写バイアスが印加された状態の前記転写部材と対向した領域が前記帯電部材と対向するときに前記ＤＣバイアスを印加するように、前記帯電用電源部を制御する、
   請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記感光体のうちの前記光が照射される除電位置を通過した領域が前記帯電部材と対向するときに前記ＤＣバイアスを印加するように、前記帯電用電源部を制御する、
   請求項３記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記帯電部材に対する前記ＤＣバイアスの印加から前記ＡＣバイアスの印加への切替えを、作像動作の開始タイミングが到来したときに直ちに行う、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記感光体の帯電に関わる帯電関連状態に応じた値を前記設定値として用いる、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記帯電関連状態は、環境条件、前記感光体の積算使用量または膜厚、前記帯電部材の積算使用量または抵抗値のうちの少なくとも１つである、
   請求項７記載の画像形成装置。

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