(57)【要約】【課題】使用環境、履歴等の外乱により帯電電荷量が変動するトナー像に対して、廃トナーを最小限に留めながら、最適転写バイアスを決定し再転写を抑制する転写方式を備える画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体上に形成されたトナー像を、転写部において電源からの転写バイアスの印加により被転写体上に転写する転写手段を備えた画像形成装置において、前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの制御を行う制御手段を有し、前記制御手段は、被転写体上に形成したトナー像が転写部を通過する時に、前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスを順次変化させながら、このときの転写電圧と転写電流を読み取り、読み取った転写電圧又は転写電流の情報に基づいて、転写時に前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの設定を変更するよう制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成されたトナー像を、転写部において電源からの転写バイアスの印加により被転写体上に転写する転写手段を備えた画像形成装置において、
前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの制御を行う制御手段を有し、前記制御手段は、被転写体上に形成したトナー像が転写部を通過する時に、前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスを順次変化させながら、このときの転写電圧と転写電流を読み取り、読み取った転写電圧又は転写電流の情報に基づいて、転写時に前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの設定を変更するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、読み取った転写電圧と転写電流の関係において屈曲点となるときの転写電圧又は転写電流を求め、求めた屈曲点における転写電圧又は転写電流に基づいて、転写時に前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの設定を変更するように制御を行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、所定の区間で計算された転写電圧と転写電流の関係式に前記転写電圧を代入して算出される転写電流と前記転写電流との差分が所定の値以下となる転写電圧の最大値、又はそれに対応する転写電流を転写バイアスとして設定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記被転写体が中間転写体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記転写装置は、前記中間転写体の像担持体に接触していない面側から転写バイアスを印加する転写部材を接触させていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体上に形成されたトナー像を前記被転写体上に転写する際の転写バイアスが定電圧制御であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体上に形成されたトナー像を前記被転写体上に転写する際の転写バイアスが定電流制御であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式画像形成装置に関する。より詳しくは、像担持体に帯電、画像書き込み、現像を行っ後、転写部材において被転写体を挟み、転写部材に電圧を印加することで、像担持体上の現像剤を被転写体に移動させる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式方式の画像形成装置において、感光体上に形成されたトナー像を被転写体に移動させるための手段として、感光体に対向して設けられた導電性の弾性体である接触転写部材に数百〜数ｋＶの電圧を印加することで、像担持体と転写部材の間に挟まれた被転写体への転写動作を行う接触転写プロセスが、安定性等の点より多用されている。
【０００３】
又、転写部材としては、ソリッド又は発泡性のゴムを金属の芯金の周りに巻いたローラ状のもの（転写ローラ）が、ブレード状のものに比べて耐磨耗性の点から好まれて使用されている。
【０００４】
このような接触転写においては、転写バイアス（電圧若しくは電流）を変化させると感光体上に転写されないで残るトナー、いわゆる転写残トナーの量が変化する。転写バイアスが小さ過ぎる場合は、トナーと感光体との引力に対して転写電界が小さいためトナーが移動せず転写残トナーが多くなる。一方、大き過ぎる場合、トナー層の中で放電が発生し転写電界が弱くなるため転写残トナーは増えてしまう。以上の特性に対して、転写バイアスは、転写残トナーが最も少なくなる領域に設定される。
【０００５】
しかし、フルカラーの画像形成時においては各色のトナー像を被転写材上に重ねて転写するため、２色目以降の転写の時にそれよりも前に既に被転写材上に転写されているトナー像が感光体に逆戻りする、いわゆる再転写と呼ばれる現象が発生する。この再転写するトナー量も、転写バイアスが大きくなるほど増える傾向があり、又、一般的には転写残トナーとの関係は、図２に示すように、転写残トナーの最小領域では既に再転写が開始している。
【０００６】
転写バイアスと再転写トナー量の関係は、感光体上のトナー像の電荷量等により変化する。特に、温湿度の変化、現像剤の劣化等によるトナー帯電量の変化に対しては、図３に示すように帯電量が小さいほど転写バイアスに対する再転写トナー量増加の傾きが急峻になる。つまり、再転写が発生している領域の転写バイアスで作像を行うと、トナーの帯電量が変化した時に再転写トナー量も変化し、画像性が変化してしまう。特に、高湿度環境において長時間作像を行わないとトナーの帯電量は減少し易く、その前後で出力画像の色味が大きく変化することになり、安定した色再現性を保つことが困難となる。トナー帯電量変化に伴う画像性の変化を防止するためには、再転写が発生していない状態で転写動作を行うことが有効である。
【０００７】
以上の点から、再転写が開始する転写バイアスを算出する制御方法が必要となる。
【０００８】
従来から知られている環境変動に対する最適転写バイアスの制御方法としては、特許文献１に示される温湿度センサー等の環境検知手段からの出力値や画像形成装置の使用履歴情報を用いて、予め用意されている制御値から転写バイアスを決定しているものが挙げられるが、現像剤の帯電量に関わるパラメータは多く且つ相互作用や履歴現象があるため、正確にトナー帯電量の算出や最適転写バイアスの決定を行うことは困難であり、又、検知手段や使用履歴を記憶する手段を設けるためのコストアップを招く。
【０００９】
又、転写ニップ中の放電を防止する方法として、特許文献２に示される転写バイアスと感光体電位との関係を制御するものがあるが、トナー像の状態を反映できないため、上述の変動に対して最適転写電圧を決定することは困難である。
【００１０】
特許文献３〜５に示される像担持体に転写部材を当接させた状態で電圧を変化させ、転写部材に流れる電流値が急激に変化する屈曲点に応じて転写電圧を決定するものも挙げられるが、転写ローラの電気抵抗の変化に依るものであり、トナー像の状態を反映しているものではない。
【００１１】
又、特許文献６に示されるトナー像を転写している際の電流、電圧特性から転写バイアスを決定する方法では、トナーの状態を反映した転写バイアスを算出することが可能である反面、再転写開始バイアスを検出できず、且つ、転写電圧、電流特性を測定するために使用されるトナーは作像に用いられず捨てられるため、画像形成に使用されない廃トナーが増え環境性、コストの観点から好ましくない。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１３３４９５号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２８０６号公報
【特許文献３】特開２００２−０８２５４６号公報
【特許文献４】特開２００２−０８２５４７号公報
【特許文献５】特開２００２−１９６５４４号公報
【特許文献６】特開２００３−０２９５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、使用環境、履歴等の外乱により帯電電荷量が変動するトナー像に対して、廃トナーを最小限に留めながら、最適転写バイアスを決定し再転写を抑制する転写方式を備える画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を、転写部において電源からの転写バイアスの印加により被転写体上に転写する転写手段を備えた画像形成装置において、前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの制御を行う制御手段を有し、前記制御手段は、被転写体上に形成したトナー像が転写部を通過する時に、前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスを順次変化させながら、このときの転写電圧と転写電流を読み取り、読み取った転写電圧又は転写電流の情報に基づいて、転写時に前記電源から前記転写手段に印加する転写バイアスの設定を変更するよう制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
適正転写バイアス値を超えると転写ニップ中のトナー層で放電が発生し、再転写トナー発生の原因になっている。
【００１６】
転写部材に流れる電流は、適正転写バイアス以下では中間転写体と感光体の基体に挟まれたトナー層と感光層から形成されるコンデンサに充電される電流であるのに対し、適正転写バイアスを超えるとコンデンサの充電電流にトナー層放電電流が加算される。転写部分にトナー層がある状態で、転写電圧の増加に対する転写電流の増加割合が変化する電圧、つまり再転写が開始する転写電圧を検出することで、トナー層電荷量の変化によらず再転写を抑えることが可能となり、画像性の安定化を行うことができる。
【００１７】
又、転写電圧、電流の測定を行う時のトナー層は、中間転写体に転写されたものを繰り返し用いるため、最適転写バイアス検出に用いるトナーも最小限に留まり、廃トナーを少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜実施の形態１＞
図１に本発明が適用できる電子写真方式画像形成装置の概略構成図を示す。
【００２０】
この画像形成装置は、矢印方向に回転する感光ドラム１を備え、その周囲には、帯電部材２、転写装置３及び感光ドラムの図上方に配置したレーザービームスキャナー４等から成る画像形成手段から構成されている。
【００２１】
本実施の形態では、帯電部材２として導電性ゴムから成る接触帯電ローラ方式を用いた。帯電バイアスとして直流電圧（−４８０Ｖ）に交流電圧（正弦波、９２０Ｈｚ、１１００μＡ）を重畳したものを用いた結果、約−４８０Ｖの均一な帯電電位を得ることができた。
【００２２】
ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置（不図示）は、原稿の画像情報に対応する画像信号を出力する。レーザービームスキャナー４に内蔵された半導体レーザーは、この画像信号に対応して制御されレーザービームＬを射出する。尚、電子計算機からの出力信号もプリントアウトすることができる。
【００２３】
この画像形成装置全体のシーケンスは、先ず感光体ドラムが、帯電部材によって一様に帯電される。感光体は、矢示の時計方向に２００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転する。
【００２４】
本実施の形態で用いた感光体は、負帯電のＯＰＣ感光体であり、φ６０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に下記の第１〜第４の４層の機能層を下から順に設けたものである。
【００２５】
第１層は下引き層であり、アルミニウムドラム基体（以下、「アルミ基体」と記す）の欠陥等をならすため、又、レーザー露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられている厚さ約２０μｍの導電層である。
【００２６】
第２層は正電荷注入防止層であり、アルミ基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、ポリアミド樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０６
Ω・ｃｍ程度に、抵抗調整された厚さ約１μｍの中抵抗層である。
【００２７】
第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００２８】
第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。
【００２９】
次に、画像信号により変調されたレーザー光Ｌにより走査露光が行われ、感光ドラム１上に静電潜像（露光部感光体表面電位約１００Ｖ）が形成され、現像器５によってこの静電潜像は反転現像される。
【００３０】
本画像形成装置は、４種類の回転可能な現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋが順次感光体に対向して現像動作を行う。現像されたトナー像は、１次転写ローラ３ｃと感光ドラムが対向している１次転写部にて中間転写ベルト３ａに順次転写され、重ね合わされる。中間転写ベルト上で４色重ねられたトナー像は、２次転写外ローラ３ｆとバックアップローラ３ｅに挟まれている２次転写部にて、給紙カセット６から取り出され、給紙ローラ、給紙ガイドを経由して進行した紙等の被転写材Ｐに転写される。本実施の形態では、重合法で作成した転写残トナーの少ない高離型性球形非磁性トナーと磁性キャリアを混合した現像剤による、２成分接触現像方式を用いた。
【００３１】
本実施の形態で用いた転写装置３に用いた１次転写ローラ３ｃ、２次転写外ローラ３ｆは芯金とその外周面に形成した円筒状の導電性発泡ゴムから成るものを用いた（１次転写ローラ直径：φ２４ｍｍ、２次転写ローラ直径：φ２８ｍｍ、体積抵抗：１次、２次共に１０６
Ω・ｃｍ（２３℃、５０％ＲＨ）のローラを使用（１０６ 〜１０８ Ω・ｃｍの範囲で使用可能）バックアップローラ３ｅは金属ローラ表面に導電性ゴム（体積抵抗１０６ 〜１０８ Ω・ｃｍの範囲で使用可能）をコートしたものを用いた。
【００３２】
１次転写ローラは、両端部が軸受け部材にて回転自在に軸支されると共に、感光ドラムの母線に平行に配置され、スプリング等の押圧手段で転写ベルトを介して感光ドラムに一定の力（ローラ両端各４Ｎ）で押し当てられている。転写電圧印加は端部軸受けに導電性樹脂を使用することで行っている。
【００３３】
中間転写ベルトは、ポリイミド等の基材に導電性材料を含有させ体積抵抗１０９ Ω・ｃｍ（１０５ 〜１０１２Ω・ｃｍで使用可能）に調整した端無状のもの（内周長５３０ｍｍ）を用いた。転写位置下流の駆動ローラ３ｂにより感光ドラムの周速と同じ２００ｍｍ／ｓｅｃ（中間転写ベルトの外周面）で回転駆動している。
【００３４】
４色重ねられたトナー像が紙に転写された後に中間転写ベルト上に残った転写残トナーは、中間転写ベルト表面に当接、離間が自在に取り付けられた中間転写ベルト清掃部材３ｄにより除去される。以下で説明する転写バイアス算出時に中間転写ベルトに転写されたトナーも、この中間転写ベルト清掃部材により除去される。中間転写ベルト清掃部材は、１次転写中には中間転写ベルト表面から離間しており２次転写前のトナー像を乱さないようにしている。
【００３５】
転写されないで感光ドラム１表面に残ったトナーは、クリーニング装置７のクリーニング部材（ブレード）により感光ドラム表面から除去される。転写残トナーが除去された感光ドラムは繰り返して画像形成に供される。
【００３６】
トナーが転写された転写材は定着器（熱ローラ定着器）８へと送られ、画像の定着が行われる。
【００３７】
上記の画像形成装置で、長手方向全域（２９０ｍｍ）のベタトナー像（現像剤中トナー濃度１０ｗｔ％、単位重量当たりのトナー電荷量：約30μＣ／ｇ、単位面積当たりのトナー量：約０．６ｍｇ／ｃｍ２ ）を、現像器５Ｙを用いて感光ドラム上に形成し、中間転写ベルト上に転写する。中間転写ベルト清掃部材を離間して中間転写ベルトを回転させながら転写電圧を印加し、１次転写ローラに流れた転写電流と感光ドラム表面の再転写トナー量を測定した。
【００３８】
再転写トナー量は、感光ドラム上の再転写トナーを透明粘着テープで付着させたものを白紙に貼り付け、白地部との反射濃度の差分（測定器：Ｘ−Ｒｉｔｅ  Ｉｎｃ．製反射濃度計５００シリーズ）で代用した（低濃度部においては、反射濃度とトナー量の間には比例関係が見られることは確認されている）。
【００３９】
その結果を図４に示す。
【００４０】
転写電流は約９００Ｖで傾きが変化しており、又、再転写トナー量も約９００Ｖから増加し始める。このとき、９００Ｖ以上の転写電圧で再転写したトナー像には放電の痕跡があり、電流増加の傾きの変化は充電電流に放電電流が加わったためである。
【００４１】
以上の結果より、次に示す制御方法により転写電圧の最適化を行った。
【００４２】
本実施の形態では、所定枚数の作像を行った後において、制御回路９で転写電圧の適正値を演算・決定している。
【００４３】
先ず、帯電、露光、現像（５Ｙ）、１次転写動作を行い、中間転写体上に周方向の幅１００ｍｍ、長手方向全域のベタトナー像を作成する（１回の測定で使用するトナーは、約１２０ｍｇ）。転写ニップをベタ部が通過する度に、転写電圧を５００Ｖから１５００Ｖまで１００Ｖ間隔を１１ステップに変化させ転写電流の測定を行う。ベタトナー像が転写ニップを通過する時間は５００ｍｓｅｃであるので、その間に１２．６ｍｓｅｃ間隔で６点サンプリングを行い、その平均を転写電流値とした（１次転写ローラ１回転での平均値）。
【００４４】
制御回路では、測定したデータの中から確実に再転写トナーが増加している領域での３点（本実施の形態では、１３００Ｖ，１４００Ｖ，１５００Ｖ）のデータを、最小二乗法を用いて直線近似し、式（１）を算出する。
【００４５】
Ｉ＝α・Ｖ＋β      …  （１）
（Ｉ：測定転写電流（μＡ）、Ｖ：転写電圧（Ｖｏｌｔ））
次に、式（１）に印加した転写電圧の各々の値を入力して算出される電流値と実際測定された電流値との差分電流ΔＩを算出する（図５参照）。
【００４６】
差分電流がある閾値（本実施の形態では３μＡ）を超える中で最も大きい転写電圧値を出力値として決定し、転写高圧電源より転写動作を行う。閾値は、誤った値の算出を防ぐため、電流測定誤差より若干大きい値が好ましい。
【００４７】
実際の計算では、最も高い転写電圧（本実施の形態では１５００Ｖ）から低い方に向かって、対応するΔＩを閾値と比較していき、最初にΔＩが閾値を超えた時の転写電圧を採用した結果、８００Ｖの制御値が算出された。
【００４８】
電圧・電流特性を測定した後の中間転写ベルト上のトナーは転写部材のクリーニング部材により除去されるため、裏汚れ等の画像不良は発生しない。
【００４９】
同様の作業を現像器５Ｍ，５Ｃでも行い、各トナーに対して最適転写バイアスを算出する。各トナーの最適転写バイアスが異なる場合は最も低い転写バイアスを用いることで、全てのトナーの再転写を抑制することが可能となる。
【００５０】
転写バイアスとしては、上記方法で算出した電圧値を用いて定電圧制御にて使用する方法と、算出した電圧値と測定した電圧と電流の関係から電流値に換算して定電流制御にて使用する方法があり、どちらでも同様の効果が得られる。
【００５１】
図３のケースにおいて１２００Ｖ（転写残は最小）で転写している場合、連続の作像でトナーの帯電量が高くなっているときと、長期放置などにより帯電量が下がっているときの色差（Ｃ  ＩＥ１９７６  Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系）は、約８であったのに対し、本実施の形態で算出した８００Ｖで転写したところ、上記の色差は約５まで低減することができた。
【００５２】
つまり、以上の制御を行うことにより、現像剤帯電量の変動に対しても再転写トナー量が変化しない安定した転写を行うことが可能となった。
【００５３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、中間転写ベルト上に３色のトナーベタ像を連続で形成した後に、転写電流の測定を行った。装置のシーケンスを図６に示す。
【００５４】
帯電動作は連続で行い、現像器の切り替わり時間は約３００ｍｓｅｃであるので、その間隔で周方向長さ１００ｍｍのベタ画像の露光、現像を行い、中間転写ベルトに転写する。３色のベタ列は４２０ｍｍであるため、中間転写ベルト１周内に収まる。このベタ画像に対して、実施の形態１と同様の測定を行うことで、制御のための測定が約１／３の時間で最適な転写バイアスを決定することが可能となった。
【００５５】
＜実施の形態３＞
本実施の形態では、４本の感光体を用いたタンデム式の画像形成装置を用いた。
【００５６】
図６に本実施の形態で用いた電子写真方式画像形成装置の概略構成図を示す。
【００５７】
感光体周りの帯電、露光、現像（固定式）、クリーニングは実施の形態１と同じである。転写装置も、中間転写ベルトの内周長が１５２６ｍｍである以外は実施の形態１と同じである。
【００５８】
図７に各要素の動作順序を表すシーケンスチャートを示す。同時に現像器７５Ｙ，７５Ｍ，７５Ｃで進行方向１００ｍｍ幅のベタを中間転写ベルトに転写する。それぞれのベタが下流ステーションの転写ニップ通過する時に電流の測定を行う。
【００５９】
印加する転写電圧は最初に転写ニップを通過する時は５００Ｖとし、その後、転写ニップを通過する度に１００Ｖずつ加算して１５００Ｖまで測定する（２次転写外ローラ７６ｆ、中間転写ベルト清掃部材７３ｄは離間させておく）。電流値のサンプリング方法や測定した値を用いての転写バイアス計算は、実施の形態１と同様に行ったところ、現像剤帯電量の変化に対して色差変動の少ない作像を行うことができた。
【００６０】
又、画像形成装置の２次転写外ローラや中間転写ベルト清掃部材が固定式の場合は、上記のベタをサンプリングする回数分作像すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態１で用いた電子写真方式画像形成装置の概略構成図である。
【図２】転写残トナーと再転写トナーの転写バイアス依存性を示す図である。
【図３】帯電量の異なる現像剤における再転写トナーの転写バイアス依存性を示す図である。
【図４】転写電圧に対する再転写トナー濃度と転写電流を示す図である。
【図５】転写電圧に対する差分電流を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２で用いた作像シーケンスを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３で用いた電子写真方式画像形成装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３で用いた作像シーケンスを示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    感光ドラム
２    帯電ローラ
３    転写ユニット
３ａ  中間転写ベルト
３ｂ  中間転写ベルト駆動ローラ
３ｃ  １次転写ローラ
３ｄ  中間転写クリーナー
３ｅ  ２次転写バックアップローラ
３ｆ  ２次転写外ローラ
４    画像露光装置
５    画像部現像装置
６    給紙ユニット
７    感光ドラムクリーナー
８    定着装置
９    転写電圧給電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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