JP6821355B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置に関する。

従来から、複写機やレーザービームプリンタなどの画像形成装置において、中間転写体として無端状のベルトを用いた構成の画像形成装置が知られている。この画像形成装置は、１次転写工程として、像担持体としての感光ドラム表面に形成されたトナー像を、感光ドラム対向部に配置された１次転写部材に電圧電源より電圧を印加することで、ベルト上に転写する。その後、この１次転写工程を、複数色のトナー像に関して繰り返し実行することにより、ベルト表面に複数色のトナー像を形成する。続けて、２次転写工程として、ベルト表面に形成された複数色のトナー像を、２次転写部材へ電圧を印加することで、紙などの記録材表面に一括して転写する。一括転写されたトナー像は、その後、定着手段により、記録材に永久定着されることにより、カラー画像が形成される。

特許文献１には、画像形成装置の小型化、低コスト化を可能とした、ベルト表面の電位を変更できる構成が開示されている。特許文献１に記載の画像形成装置は、ベルトとアースの間に、設定電圧の異なる複数のツェナーダイオードを備える回路で構成されている。かかる構成において、２次転写ローラ等のベルト外表面に接触する電流供給部材からベルトの支持部材である張架ローラへ電流を供給することにより、ベルト表面に電位を持たせることで１次転写を行っている。また、使用環境や耐久に応じて複数のツェナーダイオードの接続を切り替えることによりベルト表面の電位を変更し１次転写効率を安定化している。

特開２０１３−２１３９９０号公報

一般的に１次転写部の構成は、感光ドラム、中間転写体、１次転写部材と複数の部材が介在し、周囲の環境、また、画像形成装置本体の使用状況によって１次転写部の抵抗が変化する場合や、最適な１次転写電流が変化する場合がある。特許文献１の構成では、周囲の環境を検知し、電圧維持手段を切り替えるとともに感光ドラムの表面電位を調整して最適な転写性を確保している。しかしながら、電圧維持手段を切り替えたとき、張架ローラの電位が変わるため、張架ローラの対向に配置した部材である２次転写ローラ等の電流供給部材と、ベルトの支持部材である張架ローラとの間の電位差が変化する。例えば、２次転写の場合、２次転写ローラとベルト表面との電位差が、電圧維持の設定を変更することで変動し、２次転写に最適な電位差とならない場合があり、２次転写性の低下を招く場合がある。

本発明の目的は、２次転写における電流供給部材とベルトの支持部材との間の電位差が変動することで生じる画像不良を防止することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤像を担持する像担持体と、
前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトであって、前記像担持体が担持する現像剤像が１次転写され、１次転写された現像剤像を記録材に２次転写するベルトと、
前記ベルトを支持する支持部材と、
前記ベルトを介して前記支持部材と対向する位置において前記ベルトに接触し、電圧が
印加されることで前記ベルトとの接触部に電流を流す電流供給部材と、
前記電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記電圧印加部から前記電流供給部材に電圧を印加している状態において、前記ベルトの表面電位を前記１次転写のための１次転写電位とすることで前記像担持体から前記ベルトに現像剤像を１次転写するとともに、前記接触部に記録材を挟持した状態において前記支持部材との間に前記２次転写のための電位差を形成する画像形成装置において、
前記支持部材の電位を所定の維持電位に可変に維持することができる電位調整部であって、前記維持電位を変化させることで前記１次転写電位を変化させることが可能な電位調整部を備え、
前記電圧印加部は、前記２次転写において前記電流供給部材から前記支持部材へ流れる電流の大きさが所定の大きさとなるように前記電流供給部材に電圧を印加する定電流制御を行い、前記定電流制御を開始する直前に所定の大きさの固定電圧を印加し、前記電位調整部が前記維持電位を小さくするほど、前記２次転写のための前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が小さくなるように、前記２次転写電圧の大きさを変化させることを特徴とする。

本発明によれば、２次転写における電流供給部材とベルトの支持部材との間の電位差が変動することで生じる画像不良を防止することができる。

実施例１の画像形成装置を説明する図 画像形成装置の動作を制御するための制御ブロック図 ツェナーダイオードの電圧電流特性を示す図 １次転写特性を説明するグラフ 絶対水分量に応じた１次転写電圧の設定を示す対応テーブル ２次転写ローラの電圧−電流特性検知を行う場合のフローチャート 絶対水分量に応じたα、βの設定を示す対応テーブル 実施例１における２次転写電圧のタイムチャート ２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３の電位関係を示す図 実施例１における先端電圧と比較の先端電圧の値を示す表 実施例１の効果を満たす別の画像形成装置を示す図 実施例１で下限電圧を決定する際に使用する固定値を示す表 実施例２における２次転写電圧のタイムチャート 実施例２における下限電圧と比較の下限電圧の値を示す表 実施例３の画像形成装置を説明する図 除電針２２の断面概略を示す図

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

［実施例１］
［画像形成装置の概略説明］
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略図であり、図１を用いての本実施
例の画像形成装置の構成及び動作を説明する。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここではカラーレーザプリンタに適用した場合について説明する。尚、本実施例の画像形成装置は、ａ〜ｄの複数の画像形成ステーションを有するいわゆるタンデムタイプのプリンタである。第１の画像形成ステーションａはイエロー（Ｙ）、第２の画像形成ステーションｂはマゼンタ（Ｍ）、第３の画像形成ステーションｃはシアン（Ｃ）、第４の画像形成ステーションｄはブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成する。各画像形成ステーションの構成は、収容するトナーの色以外では同じであり、以下、第１の画像形成ステーションａを用いて説明する。

第１の画像形成ステーションａは、像担持体としてドラム状の電子写真感光体（以下、感光ドラムという）１ａと、帯電部材である帯電ローラ２ａと、現像器４ａと、クリーニング装置５ａと、を備える。感光ドラム１ａは、矢印の方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動しトナー像（現像剤像）を担持する像担持体である。さらに、現像器４ａは、現像剤としてイエローのトナーを収容し感光ドラム１ａに形成された静電潜像をイエロートナーを用いて現像するための装置である。クリーニング装置５ａは、感光ドラム１ａに付着したトナーを回収するための部材である。クリーニング装置５ａは、本実施例では、感光ドラム１ａに当接するクリーニング部材であるクリーニングブレードと、クリーニングブレードが回収したトナーを収容する廃トナーボックスをクリーニング装置５ａは備える。

画像信号によって、画像形成動作を開始すると感光ドラム１ａは回転駆動される。感光ドラム１ａは回転過程で、帯電ローラ２ａにより所定の極性（本実施例では負極性）で所定の電位に一様に帯電処理され、露光手段３ａにより画像信号に応じた露光を受ける。これにより、目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像器（イエロー現像器）４ａにより現像され、イエロートナー像として可視化される。ここで、現像器に収容されたトナーの正規の帯電極性は、負極性である。

中間転写ベルト１０は、無端状のベルト体である。中間転写ベルト１０は、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、２次転写対向ローラ１３とで張架され、感光ドラム１ａと当接した対向部において感光ドラム１ａと同方向に移動する向きに、感光ドラム１ａと接触しつつ略同一の周速度で回転駆動される。１次転写ローラ６ａは、中間転写ベルト１０を挟んで感光ドラム１ａに対向して配置されている。感光ドラム１ａ上に形成されたイエロートナー像は、感光ドラム１ａと中間転写ベルト１０との当接部（以下、１次転写ニップと称す）を通過する過程で、１次転写ローラ６ａに正極性の電圧を印加することで中間転写ベルト１０の上に転写される（１次転写）。１次転写の方法については後述する。感光ドラム１ａ表面に残留した１次転写残トナーは、クリーニング装置５ａにより清掃、除去された後、帯電以下の画像形成プロセスに供せられる。以下、同様にして、第２、３、４の画像形成ステーションｂ、ｃ、ｄによって第２色のマゼンタトナー像、第３色のシアントナー像、第４色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト１０上に順次重ねて転写される。これにより、目的のカラー画像に対応した合成カラー画像が得られる。

中間転写ベルト１０上の４色のトナー像は、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２０が形成する２次転写ニップを通過する過程で、給紙手段５０により給紙され、２次転写ニップに挟持された記録材Ｐの表面に一括転写される（２次転写）。２次転写の詳細は後述する。その後、４色のトナー像を担持した記録材Ｐは定着器３０に導入され、そこで加熱および加圧されることにより４色のトナーが溶融混色して記録材Ｐに固定される。２次転写後に中間転写ベルト１０上に残ったトナーは、クリーニング装置１６により清掃、除去される。以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。

［制御ブロック図の説明］
図２は、本実施例の画像形成装置の動作を制御するための制御ブロック図である。ホストコンピュータであるＰＣ２７１は、画像形成装置２７２の内部にあるフォーマッタ２７３に対して印刷指令を出し、印刷画像の画像データをフォーマッタ２７３に送信する。フォーマッタ２７３は、ＰＣ２７１からの画像データを露光データに変換し、ＤＣコントローラ２７４内にある露光制御部２７７に転送する。露光制御部２７７は、制御部としてのＣＰＵ２７６からの指示により、露光データのオンオフを制御することにより露光装置２７８の制御を行なう。ＣＰＵ２７６は、フォーマッタ２７３から印刷指令を受け取ると画像形成シーケンスをスタートさせる。ＤＣコントローラ２７４にはＣＰＵ２７６、メモリ２７５等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。ＣＰＵ２７６は、帯電高圧２７９、現像高圧２８０、２次転写高圧２８１の各電源を制御して静電潜像の形成や、現像されたトナー像の転写等を制御することで画像形成を行う。後述するように、２次転写部材によって供給された電流によって、張架ローラ１３や中間転写ベルト１０の電位を決定する維持電圧も決定している（維持電圧設定２８２）。

また、ＣＰＵ２７６は、２次転写制御に関する処理も行う。ＣＰＵ２７６は、２次転写部材２０に流れる電流を検知する電流検知部２８４（図１）を備え、２次転写制御では、２次転写部材２０に印加する電圧に対する電流値を検知することで、それぞれの電圧における電流値がメモリ２７５に蓄えられる。２次転写制御終了後にＣＰＵ２７６を介して演算が実施される。演算された結果は、２次転写部材２０に流れる電流を所定電流に保つための定電流制御や、記録材Ｐが２次転写部材２０に到達したときに２次転写部材に印加する固定電圧の決定等に使用される。また、ＣＰＵ２７６は、検知手段としての温湿度センサ２８３の制御も行っており、温湿度センサ２３８によって検知された雰囲気中の温度と湿度から絶対水分量が算出（取得）され、メモリ２７５に格納される。

［中間転写ベルトの説明］
中間転写ベルト１０は、厚さが７０μｍ、幅２５０ｍｍで、導電剤としてイオン導電剤を混合した無端状のポリイミド樹脂を用いている。イオン導電剤による電気的特性として、雰囲気中の温湿度に対して抵抗値変動するが、室内温度２３℃、室内湿度５０％の環境下では体積抵抗率が１０^８Ωｃｍに調整された、ポリイミド樹脂からなる。体積抵抗率の測定は、三菱化学株式会社のＨｉｒｅｓｔａ−ＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）にリングプローブのタイプＵＲ（型式ＭＣＰ−ＨＴＰ１２）を使用して測定した。中間転写ベルト１０は、周長が中心値で６５０ｍｍであり、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、２次転写対向ローラ１３の３軸で張架され、感光ドラム１を回転駆動するモータと同一のモータで駆動ローラ１１を回転させることによって回転駆動される。駆動ローラ１１の直径が中心値である場合に表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃとなるように設定されている。尚、本実施例の中間転写ベルトでは導電剤としてイオン系の導電剤を混合しているが、本実施例と同様の効果を示す構成としてはこれに限らない。例えばカーボン分散によって導電性を付与する電子導電系の中間転写ベルトでも良い。

［１次転写の説明］
図１の画像形成装置は、装置の小型化やコストダウンのために、１次転写専用の電源を省いた構成となっている。すなわち、電流供給部材としての２次転写部材２０に電圧を印加して、２次転写部材２０と中間転写ベルト１０との接触部に電流を流すことにより、中間転写ベルト１０の表面電位を所定の一次転写電位とする構成である。この構成において、中間転写ベルト１０の表面電位は、中間転写ベルト１０を支持する、張架ローラ１３や、電位維持部材としての１次転写ローラ６ａ〜６ｄの電位と略同じとみなすことができる。このため、感光ドラム１からトナー像を中間転写ベルト１０上に１次転写するために、１次転写ローラ６ａ〜６ｄと張架ローラ１３を電気的に同電位となるように接続し、張架ローラ１３に電位を持たせることで１次転写ローラ６ａ〜６ｄに電圧を供給している。所
定の維持電位として張架ローラ１３に電位を持たせるために、張架ローラ１３とアースとの間に電位調整部を構成する電圧維持素子としてのツェナーダイオード１５を配置することで中間転写ベルト１０とアースとの間の電圧降下を設定電圧に維持している。ツェナーダイオード１５への電流供給は、２次転写部材２０に電圧を印加する電圧印加部である２次転写電源２１によって行う。２次転写電源２１によって２次転写部材２０に電圧を印加し、２次転写部材２０から張架ローラ１３を通してツェナーダイオード１５へと電流が供給されることで張架ローラ１３に電位を持たせている。

図３を参照して、ツェナーダイオードの特性について説明する。図３は、ツェナーダイオードの電流電圧特性を示す。ツェナーダイオードは、ツェナー降伏電圧Ｖｚ以下の電圧ではほとんど電流が流れず、Ｖｚ以上の電圧では急激に電流が流れるという特性を持ち、降伏電圧Ｖｚ以上の範囲では電圧降下がＶｚを維持するように電流を流す。

図１に示すように、１５ａは、降伏電圧Ｖｚが５０Ｖのツェナーダイオードを５個直列に接続している。また、１５ｂは５０Ｖのツェナーダイオードが３個直列に接続されており、１５ｃは５０Ｖのツェナーダイオードが９個直列に接続されている。１５ａ、１５ｂ、１５ｃはそれぞれ並列に接続されており、状況に応じて２次転写対向ローラ１３との接続を１５ａ、１５ｂ、１５ｃのいずれかに切り替えることが可能となっている。１５ａに接続された場合、降伏電圧は５０Ｖ×５＝２５０Ｖであり、１５ｂに接続された場合、降伏電圧は５０Ｖ×３＝１５０Ｖであり、１５ｃに接続された場合、降伏電圧は５０Ｖ×９＝４５０Ｖとなる。状況に応じて１次転写に最適な中間転写ベルト１０の電位を維持できるように１５ａ、１５ｂ、１５ｃを切り替える。

１次転写電圧の設定値について説明する。１次転写ローラ６ａ〜６ｄと２次転写対向ローラ１３は同電位に接続されているため、２次転写対向ローラ１３の電位が１次転写電圧となる。

図４は、雰囲気中の温室度に対する１次転写性能を示すグラフであり、横軸は１次転写電圧である。図４の縦軸は１次転写後の感光ドラム１上におけるトナー濃度を示しており、中間転写ベルト１０に転写されなかったトナー量に対応している。縦軸のトナー濃度は、光学濃度計であるＸ−ｒｉｔｅ５０４Ａ（メーカー：Ｘ−ｒｉｔｅ社）で測定した結果を示しており、値が低いほど１次転写性能が良いことを示している。図４のグラフは、温度３０℃湿度８０％（高温高湿環境）、温度２０℃湿度５０％（常温常湿環境）、温度１５℃湿度１０％（低温低湿環境）におけるグラフとなっており、グラフ中のカッコ内はそれぞれの温湿度における絶対水分量である。

１次転写電圧が低すぎる場合は、電流不足によって感光ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト１０上に転写出来ない弱抜け現象が発生するため、電位が低い程１次転写後における感光ドラム１上のトナー量は多くなる。一方、１次転写電圧が高すぎる場合は、感光ドラム１と中間転写ベルト１０との間で発生する放電電流によって１次転写前に感光ドラム１上のトナー極性が負極性から正極性に反転する結果、中間転写ベルト１０に転写されない強抜け現象が発生する。このため、１次転写電圧が高すぎても１次転写後の感光ドラム１上のトナー量は多くなる。

このように、良好な１次転写性能を得るためには、雰囲気中の温湿度によって１次転写電圧を好適な値とする必要がある。１次転写性能が温湿度によって変わるのは、トナーが担持する電荷量の変化や、中間転写ベルト１０の抵抗値変化が生じるためである。本実施例では、雰囲気中の温湿度によって好適な１次転写電圧を設定する。

［１次転写電圧設定値の説明］
図５を参照して、１次転写電圧の設定方法について説明する。本実施例では、１次転写電圧の設定値を環境センサ２８３で検知した温湿度を基に決定される絶対水分量によって決定する。図５は、絶対水分量に対する１次転写設定値を示した表である。図５に示す通り、絶対水分量の値に応じて、ツェナーダイオードの接続を１５ａ〜１５ｃに切り替え最適な１次転写電圧を設定する。このような切り替えによって、本実施例の画像形成装置ではいずれの環境によっても実用上問題ないレベルである１次転写性能を満足できる。

［２次転写部材の説明］
２次転写部材としての２次転写ローラ２０は、外径８ｍｍのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗１０^８Ω・ｃｍ、厚み５ｍｍに調整したＮＢＲとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径１８ｍｍのものを用いている。また、２次転写ローラ２０は、中間転写ベルト１０に対して、５０Ｎの加圧力で当接し、２次転写部（以下、２次転写ニップ）を形成している。２次転写ローラ２０は中間転写ベルト１０に対して従動回転し、また、中間転写ベルト１０上のトナーを紙等の記録材Ｐに２次転写するために正極性の電圧が印加されている。

［２次転写制御の説明］
２次転写では、中間転写ベルト１０上に担持される複数色からなるトナー像を一括で記録材Ｐ上に転写する。中間転写ベルト１０上のトナー像を記録材上に転写するために、２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３との間に所定の電位差を設ける必要がある。２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３との間の電位差は、２次転写電源２１によって２次転写ローラ２０に印加する電圧と、ツェナーダイオード１５によって決定される２次転写対向ローラ１３の電位によって決定される。

２次転写では、中間転写ベルト１０上のトナー像を記録材上に転写するために２次転写ローラ２０から２次転写対向ローラ１３に対して所望の電流を流す必要がある。このため、通常は所定電流を流すために定電流制御が行われている。しかし、定電流制御は所定電流に到達するまでの制御時間を要するため、中間転写ベルト１０上のトナー像の先端が２次転写部材２０に到達したタイミングでは所望電流に到達していない可能性がある。その結果、記録材上のトナー像先端が２次転写ローラ２０に到達したタイミングで電流不足による転写抜けや、電流過多によってトナー像の極性が正極性に反転することで生じる反転抜け等の画像不良が生じる場合がある。

そこで、記録材上のトナー像先端の２次転写不良を防止するために、記録材の到達前（定電流制御の開始直前）に２次転写ローラ２０に固定電圧を印加する。記録材の到達前に印加する固定電圧を以降では先端電圧と呼ぶ。先端電圧は、予め２次転写ローラ２０の電圧−電流特性を把握しておくことで、定電流制御を行った場合の２次転写電圧２０への印加電圧に近い電圧を予測して印加する。

［２次転写ローラの電圧−電流特性検知］
２次転写ローラ２０の電圧−電流特性検知について説明する。電圧−電流特性検知では、所定電流に要する２次転写ローラ２０の平均電圧を決定することが目的である。例として、本実施例では２次転写ローラ２０に１５μＡの電流が流れる平均電圧を決定するとして説明する。電圧−電流特性検知は、例えば、温湿度センサの検知温湿度が常温常湿環境の場合には、ツェナーダイオード１５ｂを通電状態とし、中間転写ベルト１０を回転させて２次転写ローラ２０を従動回転させながら行う。

図６は、２次転写ローラの電圧−電流特性検知を行う場合のフローチャートである。検知開始後、図６のＳ１では２次転写ローラ２０に初期電圧を印加する。本実施例では、初期電圧として５００Ｖを印加する。次に粗調制御と微調制御を行う。２次転写ローラ２０
への印加電圧を初期電圧に立ち上げた後、Ｓ２では粗調制御を実施する。粗調制御では、１５μＡ±２μＡの範囲の電流となるように２次転写ローラ２０への印加電圧を初期電圧から変化させる。このときの電圧変化量は、２０ｍｓｅｃ間隔で約５０Ｖである。粗調制御に次いで、Ｓ３の微調制御を実施する。微調制御では、１５μＡ±０．８μＡの範囲の電流となるように２次転写ローラ２０への印加電圧を初期電圧から変化させる。このときの電圧変化量は、２０ｍｓｅｃ間隔で約１５Ｖである。１５μＡ±０．８μＡの範囲内に電流が収束した後（Ｓ４、ＹＥＳ）、電流値が１５μＡ±０．８μＡ以内に収まるように、定電流制御を行い、２０ｍｓｅｃ間隔で３０回サンプリングを行う（Ｓ５）。このときの平均電圧をＶ０とする。３０回サンプリングを行うときのサンプリングごとの電圧変化量は約１５Ｖである。

３０回という回数は２次転写ローラ２０の１周分以上の距離をサンプリングすることから決定した。以降では、電圧−電流特性検知によって求めた電圧をＶ０と表記する。本実施例ではツェナーダイオード１５によって２次転写対向ローラ１３が電位Ｖｄを有するため、Ｖ０はＶｄの分だけかさ上げされた電圧となっている。尚、初期電圧は固定値でも良いが、制御の収束性を早くするために前回プリント時に検知した結果を基に決定しても良い。

以上の検知によって求められたＶ０を基に、先端電圧Ｖｔは式１によって決定する。
Ｖｔ＝αＶ０＋β ・・・（式１）
式１におけるαとβは、予め実験によって決定された固定値であり、絶対水分量によって異なる値である。

図７は、絶対水分量に対するα、βを示した表である。図７に示す通り、絶対水分量の値に応じて、α、βを設定する。絶対水分量ごとにα、βの値を設定することで、好適なＶｔを決定できる。

図８に示すタイムチャートを用いて、Ｖｔを印加するタイミングについて説明する。図８（ａ）は、２次転写電圧と、２次転写対向ローラ１３の電位のタイムチャートである。
区間Ａでは、上述した２次転写部材の電圧−電流特性検知を行っており、区間Ａで決定されたＶ０を先端電圧Ｖｔが印加されるまで印加する。
区間Ｂは、先端電圧Ｖｔ印加区間である。区間ＢにおけるタイミングＰ１は、記録材Ｐの先端が２次転写ローラ２０に到達するタイミングであり、到達タイミングより前に先端電圧Ｖｔを印加する。これは、記録材Ｐの搬送が遅れた場合でも、トナー像先端で確実にＶｔを印加し、トナー像先端の画像不良を生じさせないためである。本実施例では、先端電圧Ｖｔは設計中心において記録材Ｐ１先端がＰ１より２ｍｍ手前の位置で印加を開始して、７ｍｍ分だけＶｔを印加する。
区間Ｃは、定電流制御であり、トナー像の２次転写が行われる。本実施例では１５μＡの定電流制御を実施する。
区間Ｄは、記録材Ｐの後端付近における印加電圧であり、このときも後端付近のトナー像の転写性を安定させるため、定電流制御が終了した直後にも、後端電圧としてＶｔを印加する。区間Ｄ内のＰ２で記録材Ｐ後端が２次転写ローラ２０を通過する。後端電圧Ｖｔは、Ｐ２から７ｍｍ手前のタイミングで印加を開始し、記録材Ｐ後端が２次転写ローラ２０を２ｍｍ通過してから終了する。区間Ｄの後は、動作終了までＶ０を印加する。

尚、図８（ｂ）に示すように、２次転写対向ローラ１３の電位は、２次転写ローラ２０への電圧印加中は２次転写ローラ２０から供給された電流によって、Ｖｄとなっている。

［２次転写対向ローラ１３の電位が変動したときの影響］
図９を参照して、２次転写対向ローラ１３の電位が変動したときの影響について説明す
る。図９は、２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３の電位関係を示している。
図９（ａ）は、本実施例における電位関係を示している。電圧−電流特性検知によるターゲット電流Ｉ０に対して２次転写ローラ２０への印加電圧はＶ０である。一方、２次転写対向ローラ１３の電位はＶｄであるため、Ｉ０を流すために必要な電位差をＶ０´とすると、
Ｖ０´＝Ｖ０−Ｖｄ ・・・（式２）
となるため、
Ｖ０＝Ｖ０´＋Ｖｄ ・・・（式３）
で表すことができる。

Ｖ０に対して先端電圧Ｖｔは式１で計算できるため、式３より、
Ｖｔ＝αＶ０＋β
＝α（Ｖ０´＋Ｖｄ）＋β ・・・（式４）
と表すことができる。

先端電圧Ｖｔを印加したときに２次転写ローラ２０に流れる電流をＩｔ、２次転写ローラ２０と記録材Ｐと中間転写ベルト１０の合成抵抗をＲとした場合、Ｉｔは式５のようになる。
Ｉｔ＝（Ｖｔ−Ｖｄ）／Ｒ
＝（αＶ０´＋β）／Ｒ＋｛（α−１）Ｖｄ｝／Ｒ ・・・（式５）
式５は、Ｉｔの値はＶｄによって変化することを示しており、２次転写対向ローラ１３の電位によって変化することを示している。

図９（ｂ）は、２次転写対向ローラ１３の電位がゼロである場合の電位関係を示している。電圧−電流特性検知によるターゲット電流Ｉ０を流すための電位差は、図９（ａ）と同様Ｖ０´であるため、このときの２次転写ローラ２０への印加電圧もＶ０´となる。
式１を図９（ｂ）に対して適応した場合の先端電圧をＶｔ´とすると、Ｖｔ´は式６で表すことができる。
Ｖｔ´＝αＶ０´＋β ・・・（式６）
先端電圧Ｖｔ´を印加したときに２次転写ローラ２０に流れる電流をＩｔ´とするとＩｔ´は式７で表すことができる。
Ｉｔ´＝（αＶ０´＋β）／Ｒ ・・・（式７）
式７の通り、Ｉｔ´はＶ０´によって一意に決まる。

ここで、Ｉｔ´とＩｔの差分ΔＩｔを求めると式８のようになる。
ΔＩｔ＝Ｉｔ´−Ｉｔ
＝｛（α−１）Ｖｄ｝／Ｒ ・・・（式８）
式８は、２次転写対向ローラ１３の電位ＶｄによってＶｔが変わり、電流が変化することを示している。

上述の通り、先端電圧は記録材先端の２次転写性を安定させるために印加しているため、２次転写対向ローラ１３の電位によって先端電流が変化するのは好ましくない。式８により、２次転写ローラ１３の電位Ｖｄによる影響はαによって異なり、αが１より大きい場合は、ΔＩｔが正であるため、２次転写電流過多による画像弊害が懸念される。一方、αが１より小さい場合は、ΔＩｔが負であるため、２次転写電流不足による画像弊害が懸念される。

［実施例１の特徴］
本実施例では１次転写電圧の設定値の変更に応じて２次転写の固定電圧を変更する。２転写対向ローラ１３が電位Ｖｄを有していても、先端電圧を印加したときの所望電流は、
式７で導出したＩｔ´である必要がある。式８より、Ｉｔ´＝Ｉｔ−ΔＩｔであるため、本実施例では、Ｉｔ−ΔＩｔとなるような電圧Ｖｔ´´を先端電圧と定義する。
Ｖｔ´´＝Ｒ（Ｉｔ−ΔＩｔ）
＝α（Ｖ０−Ｖｄ）＋β＋Ｖｄ
＝αＶ０＋β＋（１−α）Ｖｄ ・・・（式９）

２次転写対向ローラ１３が電位Ｖｄを有する状態でＶ０を決定しているため、式９では、Ｖｄによって先端電圧がずれる分を第３項によって補正することで、Ｖｔ´´と２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄとの電位差がＶｔ´となっている。

［実施例１の作用効果］
図１０は、本実施例において算出した先端電圧を示している。
Ｎｏ．１〜３は、比較として先端電圧がＶｔの値を記しており、このときは２次転写対向ローラ１３の電位がＶｄであるため、Ｖｄの作用で２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３との電位差は大きくなる。その結果、２次転写電流過多による画像弊害が発生する。中間転写ベルト１０上のトナー像が正極性に反転することで記録材Ｐに転写されない強抜けや、２次転写ローラ２０から記録材Ｐに対して発生する放電電流による放電ムラ画像等が発生する。
Ｎｏ．４〜６は、本実施例における先端電圧Ｖｔ´´であり、式９の通り２次転写対向ローラ電位Ｖｄによるずれを補正しているため、Ｖｔ´´と２次転写対向ローラ１３との間の電位差は良好な２次転写性能が得られるものとなる。すなわち、本実施例では、先端電圧の大きさが、絶対水分量が小さいほど、２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３との間の電位差が、補正前よりも小さくなるように、補正される。

以上より、本実施例では２次転写ローラ２０から供給された電流によって１次転写電位を形成する画像形成装置において、２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄに応じて、記録材Ｐの先端電圧を補正する。こうすることで、記録材Ｐの先端に形成されたトナー像が２次転写不良を生じることなく、良好な画像形成装置を提供できる。

本実施例では、先端電圧について説明を行ったが、図８の区間Ｄのように記録材Ｐの後端付近においても固定電圧を印加する場合は、本実施例のように式９に従って後端電圧を印加することで良好な２次転写性能が得られる。

本実施例では、２次転写対向ローラ１３の電位が変化する画像形成装置として、図１のように、２次転写対向ローラ１３とアースとの間にツェナーダイオードを接続することで２次転写対向ローラ１３の電圧を維持する構成について説明した。しかしながら、本実施例の効果はこのような構成に限るものではない。

例えば、図１１の構成のように、２次転写対向ローラ１３とアースとの間にトランジスタ１５２による電圧調整回路１５ｄを有した画像形成装置についても同様に成り立つ。図１１の画像形成装置では、１次転写電圧は、２次転写電源２１により２次転写電圧が出力されることにより、２次転写ローラ２０、中間転写ベルト１０、２次転写対向ローラ１３を介して電流が流れる。このとき、コントローラから出力されたＰＷＭ信号が、抵抗、コンデンサにより平滑化されてオペアンプ１５１の反転入力端子（−端子）に入力され、オペアンプ１５１の出力電圧が、抵抗により分圧されてトランジスタ１５２のベース端子に入力される。これにより、コレクタ電流が制御されトランジスタのコレクタエミッタ間電圧が生成され、これが１次転写電圧となる。すなわち、電圧調整回路１５ｄは、コントローラから入力されるＰＷＭ信号の大きさ、つまり、オンデューティ比の大きさに応じて、電流供給部材としての２次転写ローラ２０から中間転写ベルト１０へ流れる電流の大きさを可変に構成されている。コントローラが制御信号としてのＰＷＭ信号のオンデューティ
比を制御することで、２次転写ローラ２０から中間転写ベルト１０へ流れる電流の大きさが制御され、その電流によって形成される１次転写電圧が制御されることになる。

このように、図１１の画像形成装置ではトランジスタの設定可能電圧範囲内で任意の電圧を設定できる。トランジスタ設定可能電圧範囲は例えば０Ｖ〜６００Ｖ等のものがあり、この場合は０Ｖ〜６００Ｖの範囲で任意の電圧に調整できる。このため、式９に従って設定された１次転写電圧に対して最適な先端電圧を印加すれば良好な２次転写性能を確保することができる。

［実施例２］
本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。実施例２は、高温高湿環境において固定電圧によって２次転写を行う場合の制御に特徴を有している。本実施例に係る画像形成装置の構成において、実施例１と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。

温度３０℃、湿度８０％のような高温高湿環境下では環境中の絶対水分量が多いため、環境中の水分がイオン化することで２次転写ローラ２０や中間転写ベルト１０の抵抗値が低下する。また、記録材も吸湿により抵抗値が低下する。このような状況で定電流制御によって２次転写を行うと、２次転写電流が記録材を通して直接中間転写ベルト１０に電流が流れることになり、電流の大半がトナー像を通過せず、電流不足によって２次転写不良が発生する。このため、高温高湿環境では２次転写のために通常より多くの電流が必要となるが、記録材が含む水分量が多いほどより多くの電流が必要となる。最適な電流設定が困難であるため、高温高湿環境では定電圧制御を行う。最低限の２次転写電流を確保するための最低電圧を決定するための制御であるため、以後、下限電圧制御と呼ぶ。

［下限電圧制御の実施条件］
下限電圧制御は、高温高湿環境で実施するため、本実施例では絶対水分量を基に制御の実施を判断する。例として、本実施例では絶対水分量が１４．６ｇ／ｍ^２以上の場合に下限電圧制御を実施する。下限電圧制御によって決定される電圧をＶｌｏｗとすると、固定係数をγとしてＶｌｏｗは式１０によって算出される。
Ｖｌｏｗ＝Ｖｔ´´−γ
＝αＶ０＋β＋（１−α）Ｖｄ−γ ・・・式（１０）
固定係数γは、絶対水分量によって決定される値であり、図１２のように予めテーブル化されている。式１０に示すように、Ｖｌｏｗは、実施例１で定義したＶｔ´´とγとの差分である。実施例１で説明した通り、Ｖｔ´´は、２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄによるずれを補正した電圧であるため、Ｖｌｏｗも２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄに影響されず、２次転写にとって最適な電圧となる。下限電圧制御の場合、図１３のタイムチャートに示すように、記録材が２次転写ローラ２０に到達する前から通過するまで、式３で決定したＶｌｏｗを印加する。

［実施例２の作用効果］
図１４は、本実施例において算出した下限電圧を示している。
Ｎｏ．１〜３は、比較として実施例１のＶｔによって求めた下限電圧であり、このときは２次転写対向ローラ１３の電位がＶｄであるため、Ｖｄの作用で２次転写ローラ２０と２次転写対向ローラ１３との電位差は比べて大きくなる。その結果、先端電圧を印加したときの電流は実施例より大きくなるため、２次転写電流過多によって強抜け等が発生する。
Ｎｏ．４〜６は、本実施例の式１０に従って求めた値であり、式１０の通り２次転写対向ローラ電位Ｖｄによるずれを補正しているため、Ｖｌｏｗと２次転写対向ローラ１３との間の電位差は良好な２次転写性能が得られるものとなる。

以上より、実施例２では下限電圧制御を実施する場合においても、２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄによる変動分を補正した下限電圧を設定することで、２次転写にとって最適なコントラストが得られ、良好な２次転写性能が得られる。

［実施例３］
本発明の実施例３に係る画像形成装置について説明する。実施例３は、記録材の除電手段に固定電圧を印加する構成となっている。本実施例に係る画像形成装置の構成において、実施例１と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。

２次転写工程では、記録材の裏面に接触して記録材を搬送する２次転写ローラ２０に正極性の電圧を印加することで中間転写ベルト１０上のトナー像を記録材上に転写する。このとき、２次転写ローラ２０によって正極性の電荷が記録材に付与されるため、記録材に対して相対的に負の電位を持つ中間転写ベルト１０に記録材が張り付く分離不良が発生する場合がある。本実施例では、分離不良を防止するために、帯電した記録材を除電するための除電部材を備える。

図１５は、本実施例の画像形成装置の概略図である。記録材の搬送方向に対して、２次転写ローラ２０の下流位置に除電針２２が配置されており、除電部材２２に負極性の電圧を印加するための除電針電源２４が接続されている。
図１６は、除電針２２の長手方向断面の概略図である。図１６に示す通り、除電針２２は高さ３ｍｍ、ピッチ３ｍｍの針状の形状であり、ステンレス鋼であるＳＵＳ３０４から成る。

本実施例では、除電針２２への電圧印加は、記録材の種類によって決定される。本実施例では、坪量が６０ｇ以下の記録材に対して、上述した分離不良を防止するために除電針２２に電圧を印加する。分離不良は記録材先端が中間転写ベルト１０に対して分離すればよいため、先端電圧に合わせて除電針２２に電圧を印加する。除電針２２から生じた負極性の放電電流によって記録材２２は除電される。除電針２２からの放電電流は、除電針２２へ印加した電圧と、記録材の帯電量と、２次転写ローラ２０の電位によって決定される。記録材の帯電量は２次転写ローラ２０から供給される電荷量で決まるため、２次転写ローラ２０に印加する電位に応じて記録材の帯電量が変化する。本実施例では、除電針２２の２次転写対向ローラ２０との電位差が１０００Ｖとなるように、除電針２２に負極性の電圧を印加する。

除電針２２への印加電圧Ｖｄｉｓを式１１に従って印加する。
Ｖｄｉｓ＝−１０００Ｖ＋Ｖｔ´´ ・・・（式１１）
式１１のＶｔ´´は実施例１で説明した先端電圧であり、２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄによる変動分を補正した先端電圧である。したがって、Ｖｄｉｓは２次転写対向ローラ１３の電位変動にされず、常に２次転写ローラ２０の電位との関係に応じて適切な電圧となる。

以上より、分離不良を防止するために、除電針２２に印加した電圧によって記録材の帯電を除電する構成において、本実施例では式１１に従って除電針２２への印加電圧を決定する。こうすることで２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｄの影響をキャンセルし、良好な分離特性を得ることができる。

１…感光ドラム、６…１次転写ローラ、１０…中間転写ベルト、１３…２次転写対向ローラ、１５…ツェナーダイオード、２０…２次転写ローラ、２１…２次転写電源

Claims (12)

1. 現像剤像を担持する像担持体と、
   前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトであって、前記像担持体が担持する現像剤像が１次転写され、１次転写された現像剤像を記録材に２次転写するベルトと、
   前記ベルトを支持する支持部材と、
   前記ベルトを介して前記支持部材と対向する位置において前記ベルトに接触し、電圧が印加されることで前記ベルトとの接触部に電流を流す電流供給部材と、
   前記電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
   を備え、前記電圧印加部から前記電流供給部材に電圧を印加している状態において、前記ベルトの表面電位を前記１次転写のための１次転写電位とすることで前記像担持体から前記ベルトに現像剤像を１次転写するとともに、前記接触部に記録材を挟持した状態において前記支持部材との間に前記２次転写のための電位差を形成する画像形成装置において、
   前記支持部材の電位を所定の維持電位に可変に維持することができる電位調整部であって、前記維持電位を変化させることで前記１次転写電位を変化させることが可能な電位調整部を備え、
   前記電圧印加部は、前記２次転写において前記電流供給部材から前記支持部材へ流れる電流の大きさが所定の大きさとなるように前記電流供給部材に電圧を印加する定電流制御を行い、前記定電流制御を開始する直前に所定の大きさの固定電圧を印加し、前記電位調整部が前記維持電位を小さくするほど、前記２次転写のための前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が小さくなるように、前記２次転写電圧の大きさを変化させることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記定電流制御は、前記電流供給部材の電圧−電流特性に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記固定電圧の大きさは、前記定電流制御において所定の大きさの電流を流すために前記電圧印加部が印加する電圧の平均の大きさを、前記電位調整部が維持する前記維持電位に応じて補正した大きさであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記固定電圧は、記録材の先端が前記電流供給部材と前記ベルトとの接触部に到達する前から印加が開始され、前記先端が前記接触部に到達してから所定の時間まで印加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧印加部は、前記定電流制御が終了した直後にも前記固定電圧を印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記固定電圧は、記録材の後端が前記電流供給部材と前記ベルトとの接触部を通過する前から印加が開始され、前記後端が前記接触部に通過してから所定の時間まで印加されることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 温度及び湿度を検知する検知手段をさらに備え、
   前記電位調整部は、前記検知手段が検知した温度及び湿度から取得される絶対水分量が大きいほど前記１次転写電位が小さくなるように、前記維持電位を小さくすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記固定電圧の大きさは、前記検知手段が検知した温度及び湿度から取得される絶対水分量が小さいほど、前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が補正前よりも小さくなるように、補正されることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記電位調整部は、前記支持部材とアースとの間に接続された複数の電圧維持素子を有するとともに、前記複数の電圧維持素子のうち通電される電圧維持素子の数を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記電圧維持素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記ベルトを介して前記像担持体と対向する位置において前記ベルトに接触するとともに、前記支持部材と同電位となるように前記電圧維持素子に接続される電位維持部材をさらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装置。
12. 前記電位調整部に対して大きさが可変の制御信号を出力する制御部をさらに備え、
    前記電位調整部は、前記支持部材とアースとの間に接続されたトランジスタを有する調整回路であって、前記制御部から入力される前記制御信号の大きさに応じて、前記支持部材の電位を変化させることができる調整回路を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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