(57)【要約】【課題】転写ローラの抵抗値が機内の温湿度や通電時間により変化して、使用する転写電圧の値が変わる場合も、所望の転写電流を得るための電流分解能を概略一定にすることが可能な画像形成装置を提供すること。【解決手段】トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体上に担持されたトナー像が転写される第２の像担持体若しくは転写材と、前記像担持体上のトナー像を前記第２の像担持体若しくは転写材に転写するための転写部材と、前記転写部材に転写電圧を印加するための転写電圧生成手段と、前記転写電圧生成手段が出力すべき転写電圧を指示する転写電圧指示値を生成するＤ／Ａコンバータで構成された転写電圧指示値生成手段と、前記転写電圧指示値に対して転写電圧が累進的に変化するように転写電圧指示値を変換する転写電圧指示値変換手段を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を転写材上に形成する画像形成装置であって、
前記トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体上に担持されたトナー像が転写される第２の像担持体若しくは転写材と、前記像担持体上のトナー像を前記第２の像担持体若しくは転写材に転写するための転写部材と、前記転写部材に転写電圧を印加するための転写電圧生成手段と、前記転写電圧生成手段が出力すべき転写電圧を指示する転写電圧指示値を生成するＤ／Ａコンバータで構成された転写電圧指示値生成手段と、前記転写電圧指示値に対して転写電圧が累進的に変化するように転写電圧指示値を変換する転写電圧指示値変換手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記転写電圧指示値変換手段の出力値が入力値の逆対数に比例することを特徴とする請求項１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、例えば複写機やＬＢＰ（レーザービームプリンタ）等の静電記録方式の画像形成装置に関し、感光ドラム上に形成したトナー像を転写材又は中間転写体に転写する方式を採用する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における画像形成装置として、例えば、電子写真方式の複写機やＬＢＰ（レーザービームプリンタ）等の画像形成装置は、図７に示すように回転ドラム型を一般的とする像担持体としての電子写真感光体（感光ドラム１）、帯電器２、露光装置３、感光ドラム１の周囲にイエロ（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色成分の現像器４Ｙ，５Ｍ，６Ｃ，７Ｋを備える各色現像器を有している。
【０００３】
各色現像器は、磁性キャリアとトナーが混在する現像剤を内包しており、感光ドラム１に対して例えばベルト状の中間転写体（中間転写ベルト９）を対向配置し、感光ドラム１の１回転毎にその感光ドラム１上に形成された各色成分の未定着トナー像を中間転写ベルトに順次静電的に一次転写し、中間転写ベルト上に重ね合わされた４色のフルカラー画像を転写材２０へ静電的に二次転写して転写材上にフルカラー画像を形成する。
【０００４】
感光ドラム１から中間転写ベルト９へのトナー像の一次転写手段１５としては、低出力で電源の低コスト化が図れる接触転写方式が用いられ、定電圧制御された電圧が、図７に示す感光ドラム１の対向位置に配置且つ当接された一次転写手段１５に印加される。それによって一次転写手段１５には接触回転型のいわゆる転写ローラ（以後、一次転写ローラ１５と呼ぶ）を用いた転写手段が近年多用されるようになった。同様に、中間転写ベルト９から転写材２０へのトナー像の二次転写手段としても、接触転写方式が用いられ、二次転写内ローラ１３の対向位置に配置且つ当接された二次転写手段たる２次転写外ローラ１６に定電圧制御された電圧が印加される。
【０００５】
一次転写ローラ１５及び二次転写外ローラ１６は、その抵抗値が１×１０６ 〜１×１０１０（Ω）程度の値に調整されるが、近年提案されている転写ローラは、図３に示すように、導電性の芯金１５ａの外周面に弾性層１５ｂを設け、この弾性層１５ｂに導電性を持たせるようにしている。転写ローラは、この導電性の持たせ方により２種類に大きく分けられる。
【０００６】
電子導電性の転写ローラは、図３に示すように弾性層１５ｂを有し、この弾性層１５ｂに導電性フィラーを分散させたものであり、例として、カーボンや金属酸化物等の導電性フィラーを分散させたＥＰＤＭローラやウレタンローラを挙げることができる。
【０００７】
イオン導電性の転写ローラは弾性層１５ｂにイオン導電系の材料を含むもので、例として、ウレタン等の材料自身に導電性を持たせたものや、界面活性剤を弾性層１５ｂに分散させたものが挙げられる。
【０００８】
又、転写ローラの抵抗は機内の温湿度や通電時間に応じて変動し易いことが知られている。
【０００９】
図４に一次転写ローラにおける抵抗変動の例を示す。
【００１０】
図４では、転写電流２０μＡを得るために必要な電圧値は、耐久初期且つＨ／Ｈ環境においては２５０Ｖであるが、耐久末期且つＬ／Ｌ環境では４ｋＶ必要であり、耐久時間と環境により大きく変動していることが分かる。一次転写ローラ１５の抵抗変動が発生すると上記一次転写部位に適正な電荷を付与することができず、転写不良の発生を誘発することが懸念されている。これは２次転写外ローラ１６についても同様である。
【００１１】
そこで、適正な転写電圧を求めるため、例えば、特許文献１では、作像直前に一次転写ローラ１５に印加する転写電圧をステップ的に増加させ所望の転写電流になったときの転写電圧を作像時に用いる方法を提案している。
【特許文献１】特開平５−００６１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、この従来例に代表される回路構成においては、転写高圧電源に転写電圧を指示する指示値であるＤ／Ａコンバータの出力電圧と転写高圧出力電圧が比例するように構成されている。例えば、図８のように８ｂｉｔＤ／Ａコンバータの出力電圧を０Ｖから５Ｖまで変化させた時に転写電圧が０Ｖから５ｋＶまで変化する場合、１ＬＳＢ当たりの転写電圧の変化量は１９．５Ｖとなる。前掲の図４のように耐久時間と環境により転写ローラの抵抗値が変化することで、使用する転写電圧が変わる場合、転写電流２０μＡでの電流分解能は、下表のようになる。
【００１３】
【表１】
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つまり、耐久末期且つＬ／Ｌ環境では１ＬＳＢ当たり０．０９７５μＡの値が得られるのに対し、耐久初期且つＨ／Ｈ環境ではその１６分の１の１．５６となってしまい、十分な分解能が得られない。逆に、Ｈ／Ｈ環境において、十分な電流分解能を得ようとすると、高価な多ビットのＤ／Ａコンバータが必要になるという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、転写ローラの抵抗値が機内の温湿度や通電時間により変化して、使用する転写電圧の値が変わる場合も、所望の転写電流を得るための電流分解能を概略一定にすることが可能な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】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナー像を転写材上に形成する画像形成装置であって、前記トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体上に担持されたトナー像が転写される第２の像担持体若しくは転写材と、前記像担持体上のトナー像を前記第２の像担持体若しくは転写材に転写するための転写部材と、前記転写部材に転写電圧を印加するための転写電圧生成手段と、前記転写電圧生成手段が出力すべき転写電圧を指示する転写電圧指示値を生成するＤ／Ａコンバータで構成された転写電圧指示値生成手段と、前記転写電圧指示値に対して転写電圧が累進的に変化するように転写電圧指示値を変換する転写電圧指示値変換手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記転写電圧指示値変換手段の出力値が入力値の逆対数に比例することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、転写高圧の指示値を累進的な特性を持つ変換回路で変換することで、転写ローラの抵抗値が機内の温湿度や通電時間により変化して、使用する転写電圧の値が変わる場合も、所望の転写電流を得るための電流分解能を概略一定にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る画像形成装置を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図２は本発明を適用したカラー画像形成装置の概略構成を示す。同図において、１は感光体ドラム（潜像担持体）であり、矢線Ａ方向への回転に伴いその表面には帯電装置２、画像情報に基づいて露光する露光装置３等の周知の電子写真プロセスによって画像情報に応じた静電潜像が形成される。２２は感光体ドラム１の表面電位を検出する電位検出手段である。２３は感光体ドラム１上のトナー像の濃度を検出する濃度検出手段、３４はドラムヒーターで、感光体ドラム1 の表面付近の温度を一定に保ち、その雰囲気中の水分量を調整し、安定した前述の静電潜像形成を行うためである。
【００２０】
又、感光体ドラム１の周囲にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の各色に対応した現像器４〜７を含む現像器ユニット８が配設されており、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像器の何れかで現像してトナー像を形成するようになっている。
【００２１】
又、９は感光体ドラム１の表面に当接されるよう配設された中間転写ベルトであり、複数の張架ローラ１０〜１４に張架されて矢印Ｂの方向へ回動するようになっている。本実施の形態では、張架ローラ１０，１１は、１次転写位置の近傍に配置され、中間転写ベルト９の平坦な一次転写面の形成に用いられる金属製の従動ローラ、張架ローラ１２は、中間転写ベルト９の張力を一定に制御するようにしたテンションローラ、張架ローラ１４は中間転写ベルト９の駆動ローラ、張架ローラ１３は二次転写用の対向ローラである。
【００２２】
そして、本実施の形態では、中間転写ベルト９として、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、塩化ビニル等の樹脂又は各種ゴム等に帯電防止剤としてカーボンブラックを適当量含有させ、その体積抵抗率を１×１０８〜１×１０１３［Ω・ｃｍ］、厚みを０．０７〜０．１［ｍｍ］としたものを用いている。
【００２３】
更に、中間転写ベルト９の感光体ドラム１に対向する一次転写位置において、中間転写ベルト９の裏面側には、一次転写ローラ１５が配設されており、この一次転写ローラ１５に、トナーの帯電極性と逆極性の正極性の一次転写バイアスを印加することで、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト９上に１次転写されるようになっている。１９は一次転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーを除去するドラムクリーナである。
【００２４】
又、転写材２０の搬送経路に面した中間転写ベルト９の二次転写位置には、本実施の形態では、中間転写ベルト９のトナー像担持面側に圧接配置される二次転写ローラ１６と、中間転写ベルト９の裏面側に配設されて二次転写ローラ１６の対向電極を成す接地された張架ローラ１３を備えている。二次転写ローラ１６には、トナーの帯電極性と逆極性の二次転写バイアスが印加されている。
【００２５】
更に、二次転写位置の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト９上に残留したトナーを除去するベルトクリーナ２１が設けられている。尚、前記二次転写ローラ１６及びベルトクリーナ２１は、中間転写ベルト９に対して接離可能に配設されており、複数色のカラー画像が形成される場合には、最終色前のトナー像が二次転写ローラ１６及びベルトクリーナ２１を通過するまで中間転写ベルト９から離間するようになっている。
【００２６】
又、本実施の形態において、レジストローラ１７で一旦位置決め停止させた後所定のタイミングで二次転写位置へと転写材２０を送り込むようになっており、更に、二次転写後の転写材２０を不図示の搬送部材により不図示の定着器へ搬送し、転写材にトナー像を溶融固着するようになっている。
【００２７】
本発明による回路構成は、一次転写と二次転写の両方に適用できるが、先に説明した図４の一次転写ローラにおける抵抗変動の例を基に、本発明の基本となる考え方を説明する。
【００２８】
転写高圧を生成するための回路構成を図１８のブロック図を使用して説明する。
【００２９】
ＣＰＵ１０１は、Ｄ／Ａコンバータ１０２に対して設定値を設定する。Ｄ／Ａコンバータ１０２は、ＣＰＵ１０１に設定された値により０Ｖから５Ｖの範囲で信号電圧ｘを出力する。Ｄ／Ａコンバータ１０２は、一般的なリニアな出力をするタイプであるので、信号電圧ｘは設定値に対してリニアに変化する。変換回路１０３は、Ｄ／Ａコンバータ１０２の信号電圧ｘを受け、その値を一定の関数に従って変換し電圧出力する。その出力である信号電圧ｙは信号電圧ｘの関数であるので、ｙ＝ｆ（ｘ）と書くことができる。転写高圧電源１０４は入力された信号電圧ｙを１０００倍にして出力し、その高圧出力ｚが転写ローラに印加される。
【００３０】
式にすれば、ｚ＝１０００ｆ（ｘ）＝ｇ（ｘ）と書ける。
【００３１】
図４の各条件での電流−電圧特性を原点を通る直線に簡略化して書き直すと図５のようになる。又、分かり易くするために、２０μＡの転写電流を流すのに、２５０Ｖ，１ｋＶ，２ｋＶ，４ｋＶの転写電圧が必要となる４環境について考える。各条件において、転写電流１μＡ当たりの転写電圧は下表のようになる。
【００３２】
【表２】
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この表のように、ターゲット電圧が小さい条件では、所定の転写電流当たりの転写電圧の変化量が小さく、ターゲット電圧が大きい条件では比例して所定の転写電流当たりの転写電圧の変化量が大きくなっている。環境変動等によりターゲット電圧が変化した場合に、所定電流の分解能を一定にするのが本発明の目的であるから、この表から、転写電圧の分解能はターゲット電圧に比例した値で良いことが分かる。つまり、転写電圧指示値である信号電圧ｘにより、高圧出力ｚを微分した値が高圧出力ｚに比例している。
【００３３】
ｄｚ／ｄｘ＝ｄｇ（ｘ）／ｄｘ＝ａ・ｇ（ｘ）  ここでａは定数である。
この微分方程式を解くと、
ｇ（ｘ）＝ｂ・ｅｘｐ（ａ・ｘ）という式が得られる。ここでｂは定数である。
ｇ（ｘ）＝１０００ｆ（ｘ）であったので、変換回路１０３を定義する関数として、
ｆ（ｘ）＝ｂ／１０００・ｅｘｐ（ａ・ｘ）が得られる。
【００３４】
つまり、変換回路１０３として逆対数回路が最適であることが分かる。
【００３５】
ここで、信号電圧ｘが０．２５Ｖの時に高圧出力２５０Ｖ、信号電圧ｘが４Ｖの時に高圧出力４ｋＶと決めて、定数ａ，ｂを求めると、それぞれ２０８．１，０．７３９となる。よって、変換回路１０３を定義する式は、
ｆ（ｘ）＝０．２０８・ｅｘｐ（０．７３９・ｘ）
である。
【００３６】
尚、逆対数回路自体は既知であるので、ここでは説明しない。
【００３７】
この変換経路を使用することで、転写高圧指示値ｘと転写高圧出力ｚの関係は図６に示すようになる。
【００３８】
このように定義された回路を使用することで、各条件での１ＬＳＢ当たりの電流分解能は以下のようになる。
【００３９】
【表３】
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従来の回路では２５０Ｖ設定時に電流分解能が１．５６μＡだったのに対し、０．２９μＡの分解能が得られており、５倍の分解能向上が図られていることが分かる。更に、使用する電圧による分解能の差が無いため、環境変動等により抵抗値が変動してもプロセス的に同等の制御が可能となる。
【００４０】
以上のように、変換回路として逆対数回路を使用すれば理想的な特性が得られるが、逆対数回路ではなくても特性が累進的であれば、同様の効果を得ることができる。例えば、
ｆ（ｘ）＝ａ・ｘ２ ＋ｂ・ｘ＋ｃ
という２次関数であっても良い。
【００４１】
信号電圧ｘが０．２５Ｖの時に高圧出力２５０Ｖ、信号電圧ｘが１．７５Ｖの時に高圧出力１ｋＶ、信号電圧ｘが４Ｖの時に高圧出力４ｋＶと決めて、定数ａ，ｂ，ｃを求めると、それぞれ、２２２，５５．５，２２２となる。
【００４２】
変換回路の入出力にこのような特性を持たせれば下表の分解能が得られる。
【００４３】
【表４】
2007121508.tif 000006
逆対数回路の場合とは異なり分解能は一定でないものの、従来のものと比べて分解能の変動が小さく抑えられていることが分かる。
【００４４】
尚、以上の実施の形態は、変換回路として逆対数回路、２乗回路を使用した例について説明したが、特性が累進的であれば良く、簡易な回路として折れ線近似回路を採用しても良い。
【００４５】
又、転写高圧を掛ける対象として一次転写を例に説明したが、感光体ドラムから直接転写材に転写する直接転写においても使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の画像形成装置概略図である。
【図３】本発明の実施例及び従来例の転写ローラを説明する図である。
【図４】本発明の実施例及び従来例を説明する図である。
【図５】本発明の実施例及び従来例を説明する図である。
【図６】本発明の実施例を説明する図である。
【図７】従来例を説明する図である。
【図８】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    感光体ドラム（潜像担持体）
２    帯電装置
３    露光装置
４〜７  現像器
９    中間転写ベルト
１５  一次転写ローラ
１６  二次転写ローラ
１７  レジストローラ
２１  ベルトクリーナ
２２  電位検出手段
２３  濃度検出手段
３４  ドラムヒーター
１０１  ＣＰＵ
１０２  Ｄ／Ａコンバータ
１０３  変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007121508.tif 000009
【図４】
2007121508.tif 000010
【図５】
2007121508.tif 000011
【図６】
2007121508.tif 000012
【図７】
2007121508.tif 000013
【図８】
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