JP2009229577A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置においてトナー担持体に印加する現像電圧値をリーク度に応じて増減させ、短時間で、適正な現像電圧値に設定することを可能にする。
【解決手段】矩形波の交流電圧に直流電圧を重畳させた現像電圧をトナー担持体に印加する現像電圧生成手段１０８と、前記現像電圧を分圧器で分圧した現像電圧の波形を一定期間サンプリングして、像担持体とトナー担持体との間にリークが発生したときに前記矩形波中に現れる波形歪部分を検出するリーク検出手段４１と、前記リーク検出手段により前記一定期間内に検出される波形歪部分の個数または歪み量を計測し、その個数または歪み量から現在のリーク度を算出するリーク度算出手段４２と、算出された現在のリーク度に応じて現像電圧の値を段階的に変更し、リークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値にする現像電圧適正化制御を行う現像電圧制御手段４３とを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナー担持体から像担持体にトナーを移動させて静電潜像を顕像化する非接触現像方式の画像形成装置、特にそのトナー担持体に最適な現像電圧を印加する技術に関するものである。

従来、非接触現像方式の画像形成装置においては、静電潜像が形成される像担持体である感光体と、トナーを担持するトナー担持体である現像ローラとを相互に離間させて配設し、その現像ローラに直流電圧と交流電圧を重畳させた現像電圧を印加し、現像ローラから感光体にトナーを移動させて静電潜像を顕像化する。

交流電圧を重畳させる理由は、現像ローラ表面と感光体表面の間隙距離（以下「ギャップ」という）が現像ローラの長手方向において不均一なため、ギャップの面内差が存在するときでも、現像ローラに印加する交流電圧の振幅がある程度大きければ、ギャップが広くてもトナーを感光体に飛翔させるのに十分な電界が得られることから、濃度ムラが発生しにくくなるからである。

しかし、この現像電圧値すなわち交流電圧の振幅を固定しておくと、現像ローラおよび感光体の径の部品毎のバラツキ（個体差）や、表面の削れによる表面電位の変動や、耐久変動などの要因により、良好な画像を形成できない場合がある。

例えば、交流電圧の値を高く設定してしまうと、画像形成中にも現像ローラと感光体との間にリーク（以下、現像リークという）が発生し、感光体表面に露光された静電潜像の有無に関係なく、現像ローラから感光体表面ヘトナーが付着してしまい、画像品質の低下を招く。

逆に、交流電圧の値を低く設定してしまうと、ギャップの面内差や現像特性や濃度ムラ等により、トナーを感光体に飛翔させるのに十分な電界が得られない部分が生じ、その結果、現像特性の悪化に伴う濃度ムラが発生してしまう。このことは交流電圧を印加することによるトナーの飛翔性に起因している。このように、交流電圧の振幅を固定化すると、濃度ムラおよび放電発生を同時に防止することが困難となっている。

そこで、非接触現像方式の現像ローラに印加する現像電圧すなわち交流電圧の値を設定するにあたり、先に基準振幅の交流電圧を印加して現像リークの有無を調べ、現像リークが無い場合は交流電圧を基準振幅に設定し、現像リークがあった場合は、交流電圧を基準振幅より小さい振幅に設定する現像電圧適正化制御方法が知られている（特許文献１）。なお、この方法では初期の現像電圧適正化制御を上記交流電圧の最大振幅から行う。

また、このような現像電圧制御の前提となるリーク検出回路には、コンデンサと抵抗からなる充放電回路を用いている。
特許第３８４３８４３号公報

しかしながら、コンデンサと抵抗からなる充放電回路で現像リークの検出を行うと、充放電に要する時間が無視できないため、現像ローラに印加する現像電圧の設定値を増減させて、適正な現像電圧値に移行させるのに時間がかかっていた。特に多色のトナーを使用する画像形成装置では、リーク検出動作で各色の現像リークが発生する現像電圧を知るまでに無視できない時間が生じ、画像形成装置の電源スイッチを入れてから画像形成可能な状態になるまでに長いウォームアップ時間がかかる。

例えば、タンデム方式の画像形成装置であった場合、コストダウンの為、リーク電流を電圧に変換して増幅する回路は１つで構成される。この場合、まずＹ色の現像ローラに印加する直流電圧は正極性に設定し、交流電圧は現像リークが発生する要因から推定して絶対に現像リークが発生しない電圧値に設定する。

なお、その他のＭ色、Ｃ色、Ｋ色の３色の現像ローラに印加する直流電圧は、正極性でも負極性でもない０Ｖに設定し、交流電圧は絶対に現像リークが発生しない電圧値よりさらに低い電圧値となる設定可能な最小値を設定する。

そしてＹ色では絶対に現像リークが発生しない現像電圧値において、増幅回路からの現像電圧出力値をＣＰＵに取り込み、この出力値を基準に設定してから段階的に現像電圧値を上げて行き、基準に対して一定以上の電圧が検出できた時に現像リーク発生と判断し、その時の交流電圧の電圧値をメモリに保存して、Ｙ色のリーク検出動作すなわち現像電圧適正化制御は終了する。

次にＭ色とその他のＣ色、Ｋ色の設定は上記Ｙ色で設定したような設定を行い、同じように上記Ｙ色で行ったような動作を繰り返しＭ色のリーク検出動作すなわち現像電圧適正化制御を終了する。Ｃ色、Ｋ色のリーク検出動作も同様に行われる。

この段階的に電圧を上げていくにしても限界があり、交流電圧で設定可能な最大値までとなる。仮にＹ色のリーク発生電圧が交流電圧で設定可能な最大値に近い所にあったとしても、絶対に現像リークが発生しない電圧値から始めることになり無駄な時間を有してしまう。

勿論、基準を設定してから段階的に電圧値を上げて行くのではなく、予め想定できるリーク発生電圧の正規分布の中央に設定することも可能である。しかし、仮に段階的に電圧値を上げて行く初期の段階で現像リークが発生するような場合、リーク発生の現像電圧からかなりかけ離れた現像電圧値を設定したことになる。この結果、従来のリーク検出回路の構成では、増幅回路からの出力が得られないという不具合がある。そこで、必ずリーク発生電圧より低い設定から段階的に電圧値を上げて行く動作を行うことになる。これは、従来のリーク検出回路がコンデンサと抵抗の充放電を利用してリーク電流を電圧に変換する回路であったので、過大なリーク電流を検出した場合、コンデンサの電荷を放電する時間が大きくなり、次の現像リークを検出することが出来なくなってしまう、という不具合があったことによる。

そこで本発明の目的は、トナー担持体に印加する現像電圧値を現像リークの度合すなわちリーク度に応じて増減させ、短時間で、適正な現像電圧値に設定できる画像形成装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）静電潜像が形成される像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とを相互に離間させて配設し、そのトナー担持体に矩形波の交流電圧を印加し、トナー担持体から像担持体にトナーを移動させて静電潜像を顕像化する非接触現像方式の画像形成装置において、前記矩形波の交流電圧に直流電圧を重畳させた波形を有する現像電圧を生成し、その現像電圧を前記トナー担持体に印加する現像電圧生成手段と、前記現像電圧を分圧する分圧器と、前記分圧器で分圧された前記現像電圧の波形を一定期間サンプリングして、前記像担持体と前記トナー担持体との間にリークが発生したときに前記矩形波中に現れる波形歪部分を検出するリーク検出手段と、前記リーク検出手段により前記一定期間内に検出される前記波形歪部分の個数または前記波形歪部分の歪み量を計測し、その波形歪部分の個数または歪み量から現在のリーク度を算出するリーク度算出手段と、前記リーク度算出手段により算出される現在のリーク度に応じて前記現像電圧生成手段が出力する前記現像電圧の値を段階的に変更し、その現像電圧値を前記リークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値にする現像電圧適正化制御を行う現像電圧制御手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。

（２）前記現像電圧制御手段は、前回の現像電圧適正化制御で適正値とされた現像電圧値を初期値とし、この初期値から前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする上記（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記現像電圧制御手段は、過去の現像電圧適正化制御で適正値とされた既知の現像電圧値の分布から最頻値の現像電圧値を求め、この最頻値の現像電圧値を初期値として前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の画像形成装置。

（４）前記像担持体が新品と交換されたことを検知する検知手段をさらに有し、前記現像電圧制御手段は、前記検知手段により前記像担持体が新品と判断された場合、過去の現像電圧適正化制御で適正値とされた既知の現像電圧値の分布から最頻値の現像電圧値を求め、この最頻値の現像電圧値を初期値として前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の画像形成装置。

（５）前記リーク検出手段は、前記一定期間として、前記現像電圧における前記交流電圧の波形の１周期分もしくはその整数倍のＮ周期分をサンプリングする、ことを特徴とする上記（１）ないし（４）に記載の画像形成装置。

本発明によれば、現像リークの発生により矩形波中に現れる波形歪部分の個数又はその波形歪部分の歪み量を計測し、その現在の現像リークの度合すなわちリーク度に応じて現像電圧の交流電圧値を現像リークが発生し始める現像電圧値またはその直前の現像電圧値まで段階的に可変制御するので、ＣＲ回路を用いて現像リークを検出する場合に比べ、その現像電圧適正化制御にかかる時間を大幅に短縮することができる。また、現像電圧は分圧器で分圧することで簡単に観測可能なレベルとなるので、ＣＲ回路を用いて現像リークを検出する場合に比べ、少ない部品点数で簡単にリーク検出回路を構成することができる。

また、前回算出された適正リーク度の現像電圧値を初期値として現像電圧適正化制御を行うことにより、過大な現像リークの発生をなくすことができ、過大な現像リークの発生による過大なノイズを発生させたり像担持体の劣化を起こすことなく、リーク検出動作の短縮を図ることができる。

また、予め現像リークが発生する現像電圧値の分布から現像リークが発生する最頻値の現像電圧値を求め、この現像電圧値を現像電圧適正化制御の初期値とすることにより、現像電圧適正化制御における現像電圧値を大幅に振らなくとも、現像リークが発生し始める現像電圧値またはその直前の現像電圧値を得ることができる。これは現像電圧適正化制御における時間短縮となる。

また、例えば像担持体である感光体を単独に新品と交換した場合や、トナーカートリッジと一体の画像形成ユニットの形で感光体を新品と交換した場合には、予め現像リークが発生する現像電圧値の分布から現像リークが発生する最頻値を求め、この最頻値の現像電圧値を現像電圧適正化制御の初期値とすることにより、上記と同様に、過大な現像リークを発生させて過大なノイズを発生させることなく、また像担持体の劣化を起こすことなく、ＣＲ回路によるリーク検出回路を用いた場合に比べ、短時間で良画質の得られる現像電圧値に設定制御することができる。

以下、本発明の実施例を示す。

図１に本実施例を適用したカラーレザープリンタの概略図を示した。

印字動作については、画像コントローラ（図示せず）から印字開始要求が画像形成装置に対し送信されると、印字装置は、給紙カセット１から用紙を、給紙ローラ２により給紙し、給紙経路３に沿って移動し、タイミングセンサ３０に到達した位置で用紙を待機させる。これはタイミングローラ４を制御することにより行わせる。と同時に、転写ベルト８を転写ベルト駆動ローラ９により回転させ、各色の画像を形成するプロセスユニットＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）により、上記転写ベルト上に画像を形成させる。

なお、各プロセスユニットには、各現像ローラとして、Ｙ色トナー現像用現像ローラ１２、Ｍ色トナー現像用現像ローラ１７、Ｃ色トナー現像用現像ローラ２１、Ｋ色トナー現像用現像ローラ２７、及び、Ｙ色トナー現像用現像モータ３６、Ｍ色トナー現像用現像モータ３５、Ｃ色トナー現像用現像モータ３４、Ｋ色トナー現像用現像モータ３３を有する。

各色の現像時には、上記各現像ローラ駆動モータ３３〜３６を起動させ、各現像ローラ１２、１７、２１、２７を回転させるとともに、これらの現像ローラに現像用高電圧を印加することにより、各色の現像ローラ上のトナーを、Ｙ色用像担持体１１、Ｍ色用像担持体１６、Ｃ色用像担持体２２、Ｋ色用像担持体２６に現像させる。これらの像担持体は具体的には感光体である。

各色の感光体１１、１６、２２、２６上に上記プロセスユニットにより現像された画像を、Ｙ色用１次転写ローラ１０、Ｍ色用１次転写ローラ１５、Ｃ色用１次転写ローラ２０、Ｋ色用１次転写ローラ２５により、転写ベルト８上に順次転写する。

転写ベルト８上に形成された画像位置が、２次転写ローラ５の位置に到達するタイミングに合わせて、上述のタイミングローラ４を駆動させ、用紙先端位置と上記画像位置を一致させる。転写ベルト８上の画像は、２次転写ローラ５に転写電圧（約＋２０００Ｖ）を印加することにより、転写ベルト８上の画像を形成しているトナー（本画像形成装置では、マイナスに帯電したトナー）を、対向ローラ６と２次転写ローラ５を通過する用紙上に転写させる。転写されたトナー画像は、定着ローラ７により、用紙に定着され画像形成装置の上部の排紙トレーに排紙される。

上述の画像形成装置には、印字におけるトナー濃度が一定となる様に、装置内にトナー濃度検出センサ３１が備えられている。常に印字濃度を一定とする為に、装置本体のメインスイッチがＯＮされた時、トナーカートリッジが交換された時、所定枚数を印字した時に、画像安定化制御が行われる。

上述の画像安定化制御は、転写ベルト８上に、現像器の現像電圧出力を変えて、トナー濃度を変え印字したトナー濃度検出用のトナーパッチ（約１０ｍｍ□）を数パッチ形成し、上述のトナー濃度検出センサ３１により濃度を検出し、その結果に応じて、現像器の現像電圧出力にフィードバックを行うことにより、印字時に常に安定したトナー濃度を得る。本制御は、カラープリンタの場合は、各色について行われるものである。

図２に高圧電源まわりのブロック図を示した。

カラーレーザビームプリンタ本体の制御を行う制御基板１００には、ＣＰＵ１０１が設けられている。画像コントローラ１０３が外部Ｉ／Ｆ（図示せず）により、ホストコンピュータ（図示せず）から印字要求と画像データを受取ると、画像コントローラ１０３内の画像メモリ（図示せず）に画像データを展開するとともに、上記ＣＰＵ１０１に印字要求コマンドをＣＰＵ１０１とのＩ／Ｆライン１１０を用いて送信する。ＣＰＵ１０１は印字要求コマンドを受取ると画像制御部１０２に対し、上記印字動作の説明で述べた様に、所定のタイミングで制御ライン１１２をアクティブとし、画像コントローラ１０３からの画像データを画像データライン１１１によりプリントヘッド１０４に画像データを送出する。

プリントヘッド１０４と画像制御部１０２とは接続ライン１１３で接続されている。プリントヘッド１０４は、Ｙ色用プリントヘッド１３、Ｍ色用プリントヘッド１８、Ｃ色用プリントヘッド２３、Ｋ色用プリントヘッド２８を包括的に示したものであり、上記印字動作における各色の感光体１１、１６、２２、２６上に画像データに基づいて露光させる。

図２に示した高圧電源を、Ｋ色のみを代表として説明する。

上記ＣＰＵ１０１は、印字プロセスまわりの高圧電源を制御している。２次転写ローラ５に対し２次転写電圧（約＋２０００Ｖ）を供給する２次転写用高圧電源１０５に対し、制御ライン１１４により２次転写電圧値を制御している。帯電用高圧電源１０６に対し制御ライン１１５により、帯電器２９への帯電電圧値（約−５０００Ｖ）を制御している。１次転写ローラ２５へ１次転写電圧を供給する１次転写用高圧電源１０７に対し、１次転写電圧値（約＋１０００Ｖ）を制御ライン１１６により制御している。さらに現像ローラ２７に現像電圧を与える現像用高圧電源１０８に対し、制御ライン１１７により現像電圧値を制御している。また、上記現像用高圧電源１０８からの現像リーク検出電圧をＡＤポート入力ライン１１９に入力している。メモリ１０９は、上記現像リーク検出電圧値を格納する為に用いられる。

現像用高圧電源１０８は、３つのトランス２０３、２０４、２０５と、これらを個別に駆動する３つの制御回路２００、２０１、２０２とから構成されている。トランス駆動制御回路２００は、ＡＣトランス２０３の出力を制御するものであり、ＡＣトランス２０３からの出力は、波形整形用の抵抗２０６及びコンデンサ２０７により矩形波の交流電圧として出力端子Ａ２１７に出力される。トランス駆動制御回路２０１は、ＤＣトランス２０４の出力を制御するものであり、ＤＣトランス２０４からの出力は、整流ダイオード２０９、コンデンサ２１０により半波整流されたＤＣマイナス出力がされる。抵抗２１１は、負荷抵抗であり出力安定化及び、後述するＤＣプラス出力との結合用である。

トランス駆動制御回路２０２は、ＤＣトランス２０５の出力を制御するものであり、ＤＣトランス２０５からの出力は、整流ダイオード２１２、コンデンサ２１３により半波整流されたＤＣプラス出力が出力される。

抵抗２１４は負荷抵抗であり出力安定用である。これらＡＣ出力、ＤＣマイナス出力、ＤＣプラス出力は電気的に接続されており、ＤＣ出力にＡＣ出力が重畳された出力となる。したがって上述した回路部分は、矩形波の交流電圧に直流電圧を重畳させた波形を有する現像電圧を生成し、その現像電圧を符号２１７の出力端子Ａより出力し、トナー担持体としての現像ローラ２７に印加する現像電圧生成手段として働く。

なお、符号２１６は本高圧電源の電源ＤＣ２４Ｖ、符号２１５はグランドを示す。

図４に上記現像電圧の波形を示した。矩形波の交流電圧については、その波形の振幅Ｖｐｐが、現像時に約１０００Ｖから１７００Ｖに設定される。図中のＶｄｃは、上記矩形波の交流電圧に重畳させた直流電圧であって、振幅中心を表しており、印字中現像時は、マイナスに設定される。これは現像用トナーがマイナス帯電したものを使うシステムである為である。上述の感光体を、約−４５０Ｖに帯電させ、プリントヘッド１０４により露光したところが、０Ｖに近い電位となる。ここに、上述の現像用トナーが付着し現像するようにするために、トナーをマイナス帯電させ、現像ローラのＶｄｃをマイナスとするのである。また現像電圧波形は、周波数ｆ（約２ｋＨｚ）である。

本実施例のレザーカラープリンタにおいては、現像ローラ２７と感光体２６の間に空隙（ギャップ）Ｌが設けてられる（図２参照）。この空隙を現像用トナーが飛翔して感光体２６に現像するのである。

ところが、この空隙が現像ローラ径のバラツキ、感光体の径のバラツキによって間隔がばらついてしまう、いわゆるギャップの個体差があるため、同じ現像電圧を与えてもトナーの現像量が異なってしまう。また、ギャップの間隔が狭すぎたり、現像電圧を過度に高く設定した場合、現像ローラと感光体の間で現像電圧がリークして画像異常が発生してしまう。

そこで、非接触現像方式の現像ローラに印加する交流電圧の設定は、ギャップの個体差や、現像ローラや感光体ドラムの部材の耐久による変化や、空気などの現像部の周囲環境を考慮に入れて、現像の都度、その現像処理に先立って、当該現像処理に最適な現像電圧値に設定し直す必要がある。このため、上記のようなバラツキがあっても最適な現像電圧を与えるために、徐々に現像電圧値を上げて行き、現像リークが発生する現像電圧値を検出しその電圧値に設定する現像電圧適正化制御手段を設けている。

図３に、現像用高圧電源１０８の部分と、現像電圧適正化制御手段の一構成要素であるリーク検出回路の部分とを示した。

図３の破線で囲まれた箇所が本発明でのリーク検出回路であり、そのＡ部、Ｐ部、Ｃ部の波形を図５に示した。

現像電圧出力端子Ａには現像ローラ２７が接続される。この現像ローラ２７と感光体２６間で現像リークが発生した場合には、現像電圧出力端子Ａ（Ａ部）で観測される現像電圧出力波形は、上述した様に現像電圧の交流出力波形である周波数ｆの矩形波５２中に、上記現像リークに対応する波形歪部分５３が生じたものとなる。

図５（ａ）は上記リーク発生時の現像電圧出力端子Ａにおける現像電圧出力波形を示したものであり、図示するように、上記現像リークによる波形歪部分５３は、矩形波５２のピークレベルからの電圧ドロップとして現れる。

現像電圧出力のリーク時には、現像電圧出力波形のプラス側で、感光体との間に現像リークが発生するので、現像電圧出力波形のプラス側でピークレベルから降下する電圧ドロップが生起する。この矩形波５２に現れる波形歪部分５３を検出するリーク検出手段４１（図２）として、図３中に点線で囲ったリーク検出回路が設けられる。

このリーク検出回路においては、現像電圧出力波形のプラス側のみを取り出すために、現像電圧出力端子Ａとグランド２１５間に、ダイオード４００を介して、抵抗４０１と抵抗４０３からなる分圧器を接続している。その際、ダイオード４００は、図示する様にアノード側を出力端子Ａ側に接続して、上記現像電圧出力波形のプラス側のアナログ電圧値をカソード側から取り出す。このカソード側のＰ部の波形を図５（ｂ）に示す。

上記分圧器の出力端子Ｃ（Ｃ部）からは、抵抗４０３の両端の電圧が得られる。これは上記Ｐ部のアナログ電圧値をＣＰＵ１０１のＡＤコンバータで読取れるレベル、すなわちＤＣ５Ｖ以下のレベルに分圧したアナログ電圧出力（以下、現像リーク検出用信号５５という）である。このＣ部の現像リーク検出用信号５５の波形を図５（ｃ）に示す。

上記分圧器を構成する出力用の抵抗４０３には、並列にツェナーダイオード４０２が接続されている。このツェナーダイオード４０２はツェナー電圧５．０Ｖであり、上記現像リーク検出用信号５５の出力波形が５．０Ｖを超えない様にして、ＣＰＵ１０１を破損させないための保護用である。

上記分圧器で分圧された現像電圧波形を持つ現像リーク検出用信号５５は、リーク検出手段４１（図２）により、一定期間サンプリングされて、感光体と現像ローラとの間に放電（現像リーク）が発生したときに上記矩形波中に現れる波形歪部分５３が検出される。サンプリングされる一定期間は、ここでは現像リーク検出用信号５５を構成する矩形波の交流電圧波形の１周期である。

本例においてＡ部の現像電圧波形は２ｋＨｚの矩形波であり、上記現像リーク検出用信号５５の波形も２ｋＨｚの矩形波である。この波形をサンプリングするサンプリング周波数を２０ｋＨｚとし、１周期で１０回サンプリングを行い現像リークの有無を判定する。例えば現像リーク検出用信号５５の矩形波中に現れる波形歪部分５３は、その電圧ドロップの幅（深さ）が所定幅以上（ここでは１Ｖ以上）であれば現像リーク有りとして扱う。

上記の様に構成すると、ＣＲ回路の時定数とは無関係に現像リークの検出が出来るので、ＣＲ回路を用いてリーク検出回路を構成した場合に比べて、現像リークの検出に要する時間の短縮を図ることができる。

上記ＣＰＵ１０１は、さらに２つの演算処理手段を有する。第１の演算処理手段は、上記リーク検出手段４１により一定期間内に検出される波形歪部分の個数または波形歪部分の歪み量を計測し、その波形歪部分の個数または歪み量から現在のリーク度を算出するリーク度算出手段４２である。また第２の演算処理手段は、上記リーク度算出手段により算出される現在のリーク度に応じて現像電圧生成手段としての現像用高圧電源１０８が出力する現像電圧出力の値、正確には交流電圧値を段階的に変更し、その現像電圧値を上記リークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値にする現像電圧適正化制御を行う現像電圧制御手段４３である。

ここで「リーク度」とは、発生頻度またはリークレベルから見た現像リークの度合であり、同一ギャップおよび環境の場合、現像電圧値により異なったリーク度となる。全く現像リークを生じないか又は現像リークが許容できる程度のリーク度の場合は、さらに現像電圧値を高め得る余地がある。また、許容できないリーク度の場合は、現像電圧値を下げて適切な現像電圧値に変更する必要がある。

また「適正リーク度」とは、印加する現像電圧値を高めて行った場合に現像リークが発生し始める段階のリーク度であり、現像電圧はこの適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値に設定される。

図６に現像電圧適正化制御のフローチャートを示した。

ステップＳ１で現像電圧出力を初期値のＶｐｐ＝１４００Ｖ、Ｖｄｃ＝＋１００Ｖに設定し、現像電圧出力をＯＮする。これは上記ＣＰＵ１０１より制御ライン１１７（１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ）を用いて現像用高圧電源１０８に指示することで行う。なお図２では、図３の１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃを１１７として記載している。

次にリーク検出手段４１により分圧器で分圧された現像電圧の波形を一定期間サンプリングして、現像リーク（波形歪部分５３）の検出を行い、リーク数をカウントする（Ｓ２）。これはＣＰＵ１０１の入力ライン１１９より入力される現像リーク検出用信号５５中の波形歪部分５３をリーク度算出手段４２でカウントすることで行う。

リーク度算出手段４２は、上記カウント数すなわちリーク数が、０（リーク度ゼロ）、リーク数３〜４の範囲（リーク度３〜４）、リーク数５〜６またはそれ以上の範囲（リーク度５以上）、リーク数１〜２の範囲（リーク度１〜２）のいずれのクラスであるかを、順次見て行く（Ｓ３〜Ｓ６）。そして、現像電圧制御手段４３は、現在のリーク度に応じて現像電圧の値を段階的に変更し、その現像電圧値をリークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値に設定する現像電圧適正化制御を行う（Ｓ３’〜Ｓ５’）。

詳述するに、リーク度算出手段４２は、上記カウント数すなわちリーク数が０であるかどうかを判定する（Ｓ３）。リーク数が０（リーク度ゼロ）の場合、すなわち現像電圧値を高め得る場合、現像電圧制御手段４３は、現像電圧出力Ｖｐｐに＋１００Ｖを加えて出力し、ステップＳ３に戻る（Ｓ３’）。

リーク数が０でない場合、リーク度算出手段４２は、リーク数が３〜４の範囲（リーク度３〜４）にあるか否かを判定する（Ｓ４）。リーク数３〜４の範囲にある場合は、現像電圧値が高すぎるので、現像電圧制御手段４３は、現像電圧出力Ｖｐｐに＋２００Ｖ減じて出力し、ステップＳ３に戻る（Ｓ４’）。

リーク数が３〜４でない場合は、ステップＳ５にてリーク数５〜６以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。

リーク数５以上の範囲（リーク度５以上）であった場合は、現像電圧出力Ｖｐｐに＋４００Ｖ減じて出力し、ステップＳ３に戻る（Ｓ５’）。リーク数５〜６以上でない場合は、ステップＳ６でリーク数１〜２であるかを判定する（Ｓ６）。リーク数１〜２の範囲（リーク度１〜２）であった場合は、現在のリーク度における現像電圧値を、ライン１１８を介してメモリ１０９に格納する（Ｓ７）。リーク数１〜２でない場合は、エラー処理を行う（Ｓ６’）。

このエラー処理では、前回の現像電圧適正化制御で適正値とされた現像電圧値を、今回の現像電圧適正化制御で設定する電圧値として採用するようにする。しかし、再度、現像電圧適正化制御を行って現像電圧値を適正化しても良い。またマシンの操作パネルにエラー表示を行っても良い。

本例の初期値１４００Ｖは、予め現像リークが発生する現像電圧値の正規分布の中央より得た電圧である。

また、初期値としては、前回の現像電圧適正化制御で適正値とされた現像電圧値を初期値として用い、この初期値から今回の現像電圧適正化制御を開始するようにしても良い。

さらに、像担持体たる感光体が新品と交換されたことを検知する検知手段を設けている場合には、像担持体が新品と判断された際に、予め現像リークが発生する現像電圧値の分布より現像リークが発生する最頻値を求め、これを初期値として現像電圧適正化制御を開始することができる。すなわち、感光体が新品と判断された場合、過去の現像電圧適正化制御で適正値とされた既知の現像電圧値の分布から最頻値の現像電圧値を求め、この最頻値の現像電圧値を初期値として現像電圧適正化制御を開始する。

以上より、本発明によれば、適切なリーク度の現像電圧値を初期値として現像電圧適正化制御を行うので、短時間で現像電圧適正化制御を終了することができる。したがって、現像リーク検出による感光体、現像器の劣化を軽減するとともに、ユーザに対し待ち時間の短縮を行うことが可能となる。

図７および図８に現像電圧適正化制御による現像電圧出力波形の増減の仕方の一例を示した。これは上記リーク度算出手段により算出される現在のリーク度に応じて、現像用高圧電源１０８が出力する現像電圧の交流電圧値を段階的に変化させ、その現像電圧値を現像リークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値にする現像電圧適正化制御を行う現像電圧適正化制御を、初期値から開始するものであり、上記現像電圧制御手段４３により実行される。

図７は、現像電圧制御手段４３が、現像電圧の交流電圧値を高くして行く場合の現像電圧適正化制御を示す。図７に示した様に、まず、初期値の１４００Ｖを第１段階目の時刻Ｔ０からＴ１の時間幅に亘って設定し、現像リークの発生の有無を判定する。現像リークの発生が無いと判定された場合は、第２段階目のＴ１からＴ２間を１００Ｖ増加した１５００Ｖに設定して、現像リークの発生の有無を判定する。さらに現像リークの発生が無いと判定された場合は、第３段階目のＴ２からＴ３間を１６００Ｖに設定し、さらに第４段階目のＴ３からＴ４間を最大電圧の１７００Ｖに設定して、それぞれ現像リークの発生の有無を判定する。

図８は、図７とは逆に現像電圧の交流電圧値を低くして行く場合の現像電圧適正化制御を示す。図８に示すように、時刻Ｔ０からＴ１間の現像電圧１４００Ｖで現像リークが発生したと判定された場合、Ｔ１からＴ２間で現像電圧を１００Ｖ下げ、１３００Ｖに設定して現像リークの有無を判定する。ここで現像リークの発生が無いと判定された場合、さらに時刻Ｔ２からＴ３間で１２００Ｖに設定して、現像リークの発生の有無を判定する。同様に、時刻Ｔ３からＴ４間で１１００Ｖに設定し、時刻Ｔ４からＴ５間で１０００Ｖに設定して、それぞれ現像リークの発生の有無を判定する。

上述のサンプリング周波数２０ｋＨｚにてサンプリングすれば、現像電圧出力波形の１周期中の現像リークを検出可能であるが、十分余裕を取って、現像電圧出力波形の２０周期分、すなわち１０ｍｓを現像リーク検出のための所定の一定時間として設定する。現像電圧出力の電圧値の切替には、約３０ｍｓかかるので計４０ｍｓを設定する。よって、本例によれば、時刻Ｔ０からＴ５までの時間は、４０ｍｓ×５＝２００ｍｓで現像リークの検出が可能となり、従来方式に比べて大幅に時間短縮が可能である。

現像リークは、その発生頻度またはリークレベルから見た現像リークの度合（リーク度）が現像電圧値により異なっている。全く現像リークを生じないか又は現像リークが許容できる程度のリーク度の場合は、さらに現像電圧値を高める。また、許容できないリーク度の場合は、現像電圧値を下げて適切な現像電圧値に変更する。

このリーク度の良否を判断する判定基準として、ここでは上記波形歪部分５３の１Ｖの電圧ドロップが、上記現像電圧出力波形２０周期分の１０ｍｓ間に１〜２個であった場合、図６のフローのステップＳ６、Ｓ７で示したように、許容できる現像リーク有りと判定する。また、１Ｖの電圧ドロップが３〜４個の場合は、２段階（２００Ｖ）電圧を下げる。さらに１Ｖの電圧ドロップが５〜６個の場合は、４段階（４００Ｖ）電圧を下げることにより、さらに現像電圧適正化制御に要する時間を短縮することが可能となる。

逆に、上記１Ｖの電圧ドロップが０の場合、１段階（１００Ｖ）ずつ電圧を上げて行き、１〜２個となったところで現像リーク発生と判定する。また、前回現像リークが発生したときの現像電圧をメモリ１０９に格納しておき、この現像電圧を初期値として、次回の現像リーク検出用の現像電圧とすれば、さらに現像リーク検出時間の短縮となる。

また現像器が新品に交換された場合は、上記デフォルト値を使わず、工場出荷時の初期設定値（１４００Ｖ）を用いるようにする。

上記実施形態では、Ｋ色のプロセスユニットＫを中心に説明したが、その他のＹ色、Ｍ色、Ｃ色のプロセスユニットについても、同様の現像電圧適正化制御を個々に行い、それぞれ適切な現像電圧に設定する。

［比較例］
次に比較例について説明する。図９は現像用高圧電源１０８の回路構成を示したもので、破線で囲まれたリーク検出回路の部分を除き、図３と同じ構成となっている。図１０にこのリーク検出回路のＰ１部、Ｐ２部、Ｐ３部の各部の波形を示す。

符号２１６の電源ＤＣ２４Ｖから供給された電流が、抵抗３０１を介して符号２１７の現像電圧出力端子Ａに至るが、上記現像電圧を徐々に上げて行き、現像リークが発生した場合、コンデンサ３０２から電荷が移動し、コンデンサ３０２の電位（Ｐ１部の電位）がＶ１（Ｖ）からＶ１’（Ｖ）に落ちる（図１０（ａ）参照）。

コンデンサ３０２の電位（Ｐ１部の電位）が落ちると、符号２１６で示す電源ＤＣ２４Ｖから抵抗３０１を介してチャージ電流がコンデンサ３０２に流れ込み、電位を上昇させる。これによりコンデンサ３０３、抵抗３０４の後の電位（Ｐ２部の電位）が、０ＶからＶ２（Ｖ）に上昇する（図１０（ｂ）参照）。

この際の電荷をコンデンサ３０６が保持し、オペアンプ３０７によりＰ２部の電位が増幅され、リーク検出出力Ｂ（Ｐ３部の電位）として出力される（図１０（ｃ）参照）。オペアンプ３０７による増幅回路は非反転増幅回路であり、抵抗３０８、３０９により、符号３１０で示すリーク検出出力Ｂとして、出力Ｂ＝（１＋抵抗３０８の抵抗値／抵抗３０９の抵抗値）×（Ｐ２部の電位）に増幅されたものが得られる。出力Ｂは図１０（ｃ）中に示すＶ３（Ｖ）となる。

この様に比較例のリーク検出回路は、ＣＲの時定数に影響される構成であり、上記コンデンサ３０６に現像リークによりチャージされた電荷をディスチャージするのに、抵抗３０５を介して行う。しかし、この抵抗３０５の抵抗値を小さいものにしてしまうと、コンデンサ３０６にチャージされた電荷を保持する時間が短くなりすぎることがある。また、抵抗３０５の抵抗値を大きくしすぎると、コンデンサ３０６に保持された電荷をディスチャージする前に２回目以降の現像リークがあると、リーク検出が出来なくなるといった不具合が生じる。この為、概して５０ｍｓ程度の時定数を設定している。

このことにより、上記時定数以上の時間を設定し、徐々に現像電圧を上げて現像リークの有無を検出する必要がある。比較例では、現像電圧適正化制御で設定する現像リーク検出用の現像電圧を５００ｍｓ毎に上げて現像リークの有無を検出している。

図１１に、比較例において現像リーク検出時まで現像電圧を立上げて行くシーケンス例を示した。

この例では、時刻Ｔ０からＴ１までＶｐｐ＝１０００Ｖに初期値を設定し、Ｔ１からＴ２まで１１００Ｖ、Ｔ２からＴ３までを１２００Ｖ、Ｔ３からＴ４までを１３００Ｖ、Ｔ４からＴ５までを１４００Ｖ、Ｔ５からＴ６までを１５００Ｖ、Ｔ６からＴ７までを１６００Ｖ、Ｔ７からＴ８までを１７００Ｖというように、現像電圧Ｖｐｐを所定時間毎（５００ｍｓ毎）に上げて行く。Ｖｄｃは直流電圧＋１００Ｖ一定に設定している。本例ではＶｄｃをプラス側に設定することで上記感光体の表面電位−４５０Ｖに対しＶｐｐのプラス側でリークさせる様にしている。これは、より印字状態に近い状態、感光体の表面電位−４５０Ｖである状態で、現像リークの検知をさせたい為である。

この比較例では、現像電圧Ｖｐｐを１０００Ｖから１７００Ｖまで上げて現像リークを検出するまでに、最大４０００ｍｓの時間を要する。このことは、適切な現像リークとなる現像電圧を探知する現像電圧適正化制御において、比較的長時間、感光体や現像器を駆動することになるので、これらの寿命劣化を促進する方向となり好ましくない。また、比較例の場合、現像電圧適正化制御が、所定印字枚数ごとや、現像器、感光体交換時の画像安定化制御の中で行われるので、ユーザに対しての待ち時間となるので好ましくない。なるべく短時間とするのが良いのである。

これに対し、本発明の上記実施形態によれば、比較例のリーク検出回路のようにコンデンサと抵抗による充放電回路ではなく、リーク発生により矩形波中に現れる波形歪部分の個数をカウントするか又はその波形歪部分の歪み量を計測する回路構成であるので、リーク度合の検出動作にかかる時間を短縮することができる。

［変形例］
上記実施形態では、リーク発生により矩形波中に現れる波形歪部分の個数を計測しその個数から現在のリーク度を判断したが、本発明はこれに限定されるものではなく、波形歪部分の歪み量を計測し、その歪み量の大きさから現在のリーク度を判断しても良い。

また、上記実施形態では、現在のリーク度に応じて現像電圧の交流電圧値を現像リークが発生し始める現像電圧値まで段階的に可変制御したが、現像リークが発生し始める直前の現像電圧値まで段階的に可変制御してもよい。

本発明は、トナー担持体から像担持体にトナーを移動させて静電潜像を顕像化する非接触現像方式の画像形成部を有する電子写真方式の複写機やプリンタなどの画像形成装置に適する。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の全体構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図１に示した画像形成装置の現像用高圧電源の構成を示す回路図である。 図３の現像用高圧電源の出力端子Ａに得られる現像電圧の波形を示した図である。 本発明のリーク検出回路の各部の波形を示した図である。 本発明の現像電圧適正化制御の一例を示したフローチャートである。 本発明の現像電圧適正化制御において現像電圧値を高くして行く場合を示した図である。 本発明の現像電圧適正化制御において現像電圧値を低くして行く場合を示した図である。 比較例の現像用高圧電源の構成を示した回路図である。 比較例のリーク検出回路の各部の波形を示した図である。 比較例において現像リーク検出時まで現像電圧を立上げて行くシーケンスの例を示した図である。

符号の説明

１ 給紙カセット、
２ 給紙ローラ、
３ 給紙経路、
４ タイミングローラ、
５ ２次転写ローラ、
６ 対向ローラ、
７ 定着ローラ、
８ 転写ベルト、
１０ Ｙ色用１次転写ローラ、
１１ Ｙ色用像担持体（感光体）、
１２ Ｙ色トナー現像用現像ローラ（トナー担持体）、
１３ Ｙ色用プリントヘッド、
１５ Ｍ色用１次転写ローラ、
１６ Ｍ色用像担持体（感光体）、
１７ Ｍ色トナー現像用現像ローラ（トナー担持体）、
１８ Ｍ色用プリントヘッド、
２０ Ｃ色用１次転写ローラ、
２１ Ｃ色トナー現像用現像ローラ（トナー担持体）、
２２ Ｃ色用像担持体（感光体）、
２３ Ｃ色用プリントヘッド、
２５ Ｋ色用１次転写ローラ、
２６ Ｋ色用像担持体（感光体）
２７ Ｋ色トナー現像用現像ローラ（トナー担持体）、
２８ Ｋ色用プリントヘッド、
３０ タイミングセンサ、
３１ トナー濃度検出センサ、
３３ Ｋ色トナー現像用現像モータ、
３４ Ｃ色トナー現像用現像モータ、
３５ Ｍ色トナー現像用現像モータ、
３６ Ｙ色トナー現像用現像モータ、
４１ リーク検出手段、
４２ リーク度算出手段、
４３ 現像電圧制御手段、
５２ 矩形波、
５３ 波形歪部分
５５ 現像リーク検出用信号
１００ 制御基板、
１０１ ＣＰＵ、
１０２ 画像制御部、
１０３ 画像コントローラ、
１０４ プリントヘッド、
１０５ ２次転写用高圧電源、
１０６ 帯電用高圧電源、
１０７ １次転写用高圧電源、
１０８ 現像用高圧電源、
１０９ メモリ、
１１１ 画像データライン、
１１２、１１４〜１１７ 制御ライン、
１１３ 接続ライン、
１１９ ＡＤポート入力ライン、
２００〜２０２ トランス駆動制御回路、
２０３ ＡＣトランス、
２０４、２０５ ＤＣトランス、
２０６、２１１ 抵抗、
２０７、２１０、２１３ コンデンサ、
２０９、２１２ 整流ダイオード、
２１４、３０１ 抵抗。

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、トナーを担持するトナー担持体とを相互に離間させて配設し、そのトナー担持体に矩形波の交流電圧を印加し、トナー担持体から像担持体にトナーを移動させて静電潜像を顕像化する非接触現像方式の画像形成装置において、
   前記矩形波の交流電圧に直流電圧を重畳させた波形を有する現像電圧を生成し、その現像電圧を前記トナー担持体に印加する現像電圧生成手段と、
   前記現像電圧を分圧する分圧器と、
   前記分圧器で分圧された前記現像電圧の波形を一定期間サンプリングして、前記像担持体と前記トナー担持体との間にリークが発生したときに前記矩形波中に現れる波形歪部分を検出するリーク検出手段と、
   前記リーク検出手段により前記一定期間内に検出される前記波形歪部分の個数または前記波形歪部分の歪み量を計測し、その波形歪部分の個数または歪み量から現在のリーク度を算出するリーク度算出手段と、
   前記リーク度算出手段により算出される現在のリーク度に応じて前記現像電圧生成手段が出力する前記現像電圧の値を段階的に変更し、その現像電圧値を前記リークが発生し始める適正リーク度の現像電圧値またはその直前の現像電圧値にする現像電圧適正化制御を行う現像電圧制御手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像電圧制御手段は、前回の現像電圧適正化制御で適正値とされた現像電圧値を初期値とし、この初期値から前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像電圧制御手段は、過去の現像電圧適正化制御で適正値とされた既知の現像電圧値の分布から最頻値の現像電圧値を求め、この最頻値の現像電圧値を初期値として前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体が新品と交換されたことを検知する検知手段をさらに有し、
   前記現像電圧制御手段は、前記検知手段により前記像担持体が新品と判断された場合、過去の現像電圧適正化制御で適正値とされた既知の現像電圧値の分布から最頻値の現像電圧値を求め、この最頻値の現像電圧値を初期値として前記現像電圧適正化制御を開始することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記リーク検出手段は、前記一定期間として、前記現像電圧における前記交流電圧の波形の１周期分もしくはその整数倍のＮ周期分をサンプリングする、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。

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