JP2006251288A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中間転写体上のトナー像を形成しているトナーの帯電量により、適正転写条件が変化して、トナー散りや濃度ムラが発生するという現象を防止する。
【解決手段】 現像電流検知や、中間転写体上のトナー像の濃度検知によりトナー帯電量を検知し、検知したトナー帯電量に応じて、転写前帯電手段の放電電極への印加電圧を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式による画像形成装置に関する。

例えば、複写機、プリンタなどにおいて用いられる電子写真方式による画像形成方法の一つとして、像担持体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を中間転写体に１次転写し、更に、中間転写体から記録材にトナー像を２次転写する画像形成方法がある。このような画像形成方法は、カラー画像形成を形成するカラー画像形成装置において多く用いられる。

中間転写体上におけるトナー像のトナー層電位の高さはトナーの付着量によって変化するが、２次転写条件は通常、ベタ画像におけるトナー像層電位の高さに合わせて設定されているところ、トナー付着量が多い場合には、２次転写工程において様々な転写不良が生ずる結果、得られた画像において濃度ムラやトナー散りなどの画像欠陥が発生する、という問題がある。これは、適正な２次転写条件がトナー層電位の高さによって異なるからである。特に、カラー画像形成においては、中間転写体上のトナー付着量が大きくなるために、色ムラやトナー散り等の問題が顕著になる。

このような問題を解決するために、例えば、２次転写工程の前に、例えば放電電極とグリッド電極とからなるスコロトロン帯電器によって２次転写前処理を行ってカラートナー像に対してトナーと同極性の電荷を付与して当該カラートナー像のトナー層電位が一律の高さとなるよう調整し、その状態において２次転写工程を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

特許文献１、２では、グリッド電極に印加するグリッド電圧の大きさを常に一定にすることにより、２次転写処理されるトナー像のトナー層電位を一律の高さにしている。

また、特許文献２では、２次転写されるトナー像の電位と２次転写手段の電位との差を一定することが提案されている。更に、特許文献２では、トナー像の重ね回数に応じて転写前帯電手段の出力を変えることが行われている。

しかしながら、発明者が転写条件について行った実験によれば、グリッド電圧を一定にした帯電では、トナー層電位は一定にはならず、また、トナー層電位は中間転写体上のトナー像を形成しているトナーの量のみでなく、トナーの帯電量、即ち、トナーの単位質量当たりの電荷量によって変化するために、転写前帯電手段の出力を一律にする方法や、トナー像の転写回数に応じて転写前帯電手段の出力を制御する方法では、２次転写時における転写不良を十分には抑制することが困難であり、これにより、画像不良を十分に防止することが困難であることが判明した。

特に、転写前処理により、トナー層電位の高さを下げる転写前除電を行う場合には、グリッド電圧を一定にする等の従来の制御方法では、２次転写が原因で発生する画質の低下を十分に防止することができないことが判明した。

従って本発明は、従来技術における前記の問題を解決し、２次転写が原因で発生する画質の低下を防止することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。
（請求項１）
像担持体、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記像担持体上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段、中間転写体、前記像担持体上のトナー像を前記中間転写体に転写して前記中間転写体上にトナー像を形成する１次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する２次転写手段を有する画像形成装置において、
前記像担持体上にトナー像を形成する現像における現像電流を検知する現像電流検知手段、
放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなり、前記２次転写手段による転写の前に前記中間転写体を除電する転写前除電手段並びに、
制御手段を有し、
該制御手段は、前記現像電流検知手段の検知結果の基づいて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
像担持体、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記像担持体上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段、中間転写体、前記像担持体上のトナー像を前記中間転写体に転写して前記中間転写体上にトナー像を形成する１次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する２次転写手段を有する画像形成装置において、
放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなり、前記２次転写手段による転写の前に前記中間転写体を除電する転写前除電手段、
前記中間転写体上のトナー像の濃度を検知する濃度センサ並びに、
制御手段を有し、
該制御手段は、転写条件を変えて前記１次転写手段を作動させ、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を転写するとともに、前記転写条件の変更により前記中間転写体上に形成されたトナー像の各々の濃度を検知した前記濃度センサの出力に基づいて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
（請求項３）
前記中間転写体上に複数の単色トナー像が重なったカラートナー像を形成し、前記２次転写手段により、カラートナー像を記録材に転写することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
（請求項４）
帯電、露光及び現像により像担持体上にトナー像を形成し、１次転写により前記像担持体から中間転写体にトナー像を転写し、前記中間転写体上のトナー像を２次転写により記録材に転写する画像形成方法において、
放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなる転写前除電手段により、前記２次転写の前に、トナー像を担持する前記中間転写体を除電し、除電の際に、前記中間転写体上のトナー像を形成しているトナーの帯電量に応じて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成方法。
（請求項５）
前記中間転写体上に複数の単色トナー像が重なったカラートナー像を形成し、前記２次転写により、カラートナー像を記録材に転写することを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。

請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明により、環境の変化、現像剤の履歴等によりトナーの帯電量が変化した場合にも、転写不良を起こすことなく、常に安定した高画質の画像を形成する画像形成装置が実現される。

請求項１又は２の発明により、現像手段、転写手段等の画像形成手段を利用して、帯電量を検知するので、帯電量検知のために装置が複雑化することなく、また、帯電量検知のために、長時間装置の稼働を停止させることなくトナー帯電量を検知し、転写前除電制御を行うことができる。

カラー画像形成装置においては、色ムラの原因となる濃度ムラを低いレベルに抑えるなどのように、厳しい画質維持が要求されるが、請求項３又は請求項５の発明により、色ムラ等の画質不良が十分に抑制された高画質の画像を形成する画像形成装置が実現される。

以下、実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
＜カラー画像形成装置＞
図１は、本発明のカラー画像形成装置の構成の一例を示す説明図である。

この画像形成装置は、カラー画像を形成する画像形成装置であって、複数の像担持体に形成される互いに異なる色のトナー像を、共通の中間転写体に順次に１次転写することにより当該中間転写体上で単色のトナー像を重ね合わせ、この中間転写体上において形成されたカラートナー像を記録材に一括して２次転写することにより記録材上においてカラートナー像を形成する、いわゆる中間転写方式のものである。

このカラー画像形成装置は、無端状のベルトからなり図１において矢印方向に循環移動される中間転写体１７を具えており、この中間転写体１７の外周面領域に設けられたトナー像形成ユニット配置領域には、中間転写体１７の移動方向に沿って、各々、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像およびブラックトナー像を形成する４つのトナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋが順次に互いに離間して並ぶよう設けられている。中間転写体１７は、各々のトナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋにおける１次転写手段１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋによって像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの各々に対接されながら循環移動されるよう、中間ローラ１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび後述するバックアップローラ１７ｄよりなるローラ群に張架された状態とされている。

中間転写体１７は、例えば表面抵抗率が１×１０⁴〜１×１０¹²Ω／□である半導電性を有する無端状のベルトにより構成されている。表面抵抗率は、抵抗測定器「ハイレスターＩＰ」（油化電子製）を用い、常温常湿（温度２０±１℃、湿度５０±２％）環境下において、電圧１００Ｖを１０秒間印加することにより計測した値である。

この中間転写体１７は、例えば、熱硬化ポリイミド、変性ポリイミドなどのポリイミドにより形成されていることが好ましい。

イエロートナー像に係るトナー像形成ユニット３０Ｙにおいては、回転されるドラム状の感光体よりなる像担持体１０Ｙを具え、この像担持体１０Ｙの外周面領域において、各々、像担持体１０Ｙの回転方向に対して、帯電装置１１Ｙ、露光装置１２Ｙおよびイエロートナー像に係る現像剤により現像を行う現像手段１３Ｙがこの順に並ぶよう配設されており、像担持体１０Ｙの回転方向における現像手段１３Ｙより下流の位置に具えられた１次転写手段１４Ｙの下流の位置には、像担持体クリーニングブレードを具えた像担持体クリーニング手段１８Ｙが設けられている。

像担持体１０Ｙは、例えば、ドラム状金属基体の外周面に有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層を有するものであり、図１においては紙面に垂直な方向に伸びる状態で配設されている。

帯電装置１１Ｙは、例えばグリッド電極と放電電極とを有するスコロトロン帯電器よりなり、露光装置１２Ｙは、例えばレーザ照射装置よりなる。

帯電装置１１Ｙと露光装置１２Ｙとは像担持体１０Ｙ上に静電潜像を形成する潜像形成手段を構成する。

現像手段１３Ｙは、例えば、マグネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブおよび像担持体１０Ｙとこの現像スリーブとの間に直流および／または交流バイアス電圧を印加する電圧印加手段（図示せず）が設けられてなる。

１次転写手段１４Ｙは、中間転写体１７を介して像担持体１０Ｙの表面に押圧された状態で１次転写領域を形成するよう配設された１次転写ローラ１４１Ｙと、この１次転写ローラ１４１Ｙに接続された、例えば定電流電源よりなる転写電流供給装置（図示せず）とにより構成されており、転写電流供給装置によって１次転写ローラ１４１Ｙに１次転写電流が供給されることにより、像担持体１０Ｙ上におけるイエロートナー像を、中間転写体１７に転写する、いわゆる接触転写方式のものである。

像担持体クリーニング手段１８Ｙの像担持体クリーニングブレードは、例えば、ウレタンゴムなどの弾性体よりなり、その基端部分が支持部材によって支持されると共に、先端部分が像担持体１０Ｙの表面に当接されるよう設けられており、像担持体クリーニングブレードの基端側から伸びる方向は、当接箇所における像担持体１０Ｙの回転による移動方向と反対方向である、いわゆるカウンター方向とされている。

他のトナー像形成ユニット３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの各々についても、現像剤がイエロートナーの代わりにそれぞれマゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーを含むものである他は、イエロートナー像に係るトナー像形成ユニット３０Ｙと同様の構成とされている。

ここで、トナー像形成ユニット３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの１次転写手段１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋの各々においても、イエロートナー像に係るトナー像形成ユニット３０Ｙにおいて１次転写手段１４Ｙによって供給される１次転写電流の大きさと同じ大きさの１次転写電流が供給されている。

中間転写体１７の移動方向における最下流位置のトナー像形成ユニットである黒色トナーに係るトナー像形成ユニット３０Ｋより下流側の位置には、２次転写手段１４Ｓが設けられており、この２次転写手段１４Ｓは、中間転写体１７を介してバックアップローラ１７ｄを押圧して２次転写領域を形成する２次転写ローラ１４１Ｓと、この２次転写ローラ１４１Ｓに接続された、転写電圧印加装置（図示せず）とにより構成されており、転写電圧印加装置によって２次転写ローラ１４１Ｓに転写電圧が印加されることにより、中間転写体１７上に形成されたカラートナー像を、搬送されてきた記録材Ｐに２次転写する、いわゆる接触転写方式のものである。ここに、トナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ、中間転写体１７および２次転写手段１４Ｓにより、カラートナー像形成手段が構成されている。

また、中間転写体１７の移動方向における２次転写手段１４Ｓより下流側の位置には、中間転写体１７上における未転写トナーを除去するクリーニングブレードを具えた中間転写体クリーニング手段１８Ｓが設けられている。

像担持体１０Ｙ。１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ及び中間転写体１７を矢印で示すように作動させ、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上にイエロー、マゼンタ、シアン、黒の各トナー像を形成し、１次転写により中間転写体上に転写して、中間転写体１７上に前記の単色トナー像が重なった多色トナー像が形成される。中間転写体上の多色トナー像は２次転写により、記録材Ｐに転写される。
＜現像剤＞
現像剤としては、トナーとキャリアとを主成分とうる２成分現像剤が好ましく用いられる。

トナーは、重量平均粒径が４〜７μｍの範囲のものが好ましい。重量平均粒径が４〜７μｍの範囲であるトナーを用いることにより、定着装置における定着工程において、記録材Ｐに対する付着性の過度なトナーや付着力の弱いトナーなどの存在を減らすことができ、安定した現像性を長期間にわたって得ることができると共に、高い転写効率が得られてハーフトーンの画質が向上し、細線やドットなどの微細画の画質が向上した可視画像が形成される。

ここに、トナーの体積平均粒径は、「コールターカウンターＴＡ−II」または「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）を用いて測定した値である。

このようなトナーは、重合性単量体を水系媒体中で重合させて得られるものであり、例えば懸濁重合法や、必要な添加剤の乳化液を加えた液中にて単量体を乳化重合し、微粒の重合体粒子を製造し、その後に、有機溶媒、凝集剤などを添加して会合する方法で製造することができる。また、単量体とトナーの構成に必要な離型剤や着色剤などの分散液とを混合して会合させる方法や、単量体中に離型剤や着色剤などのトナー構成成分を分散した上で乳化重合する方法などにより製造することもできる。ここで、「会合」とは樹脂粒子および着色剤粒子が複数個融着することを示す。また本発明でいうところの水系媒体とは、少なくとも水が５０質量％以上含有されたものを示す。

このようなトナーを製造する方法の一例を示せば、重合性単量体中に着色剤や必要に応じて離型剤、荷電制御剤、さらに重合開始剤などの各種構成材料を添加し、ホモジナイザー、サンドミル、サンドグラインダー、超音波分散機などで重合性単量体に各種構成材料を溶解あるいは分散させる。この各種構成材料が溶解あるいは分散された重合性単量体を分散安定剤を含有した水系媒体中にホモミキサーやホモジナイザーなどを使用しトナーとしての所望の大きさの油滴に分散させる。その後、攪拌機構が後述の攪拌翼である反応装置へ移し、加熱することで重合反応を進行させる。反応終了後、分散安定剤を除去し、濾過、洗浄し、さらに乾燥することでトナーを調製する。

以上のようなトナーの球形化度が、０．９４〜０．９８であることが好ましい。トナーの球形化度は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により５００倍に拡大したトナー粒子像を５００個無作為にサンプリングして画像解析装置「ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＡＮＡＬＹＳＥＲ」（日本電子社製）によってトナー粒子像の解析を行い、下記式（２）によって算出されるものである。

式（２）；球形化度＝円相当径から求めた円の周囲長／粒子投影像の周囲長
球形化度が０．９４よりも小さいトナーは、粒子の凹凸が大きくなり、機械内での圧力により破壊されやすく、また現像手段１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋにおいてトナー粒子が一様に帯電されないため、良好な可視画像を形成することができない。一方、球形化度が０．９８よりも大きいトナーは、粒子が真球に近すぎるものであるため、クリーニング性が劣ったものとなる。

本発明のカラー画像形成装置においては、以上説明したような方法によって製造される、その形状が特定の条件を満たす小径の球形のトナーを含有する現像剤を用いることにより、ハーフトーンの画質が向上し、細線やドットなどの微細画の画質が向上した画質の可視画像を形成することができる。

以上説明したようなトナーは、一成分現像剤として用いても、二成分現像剤として用いてもよい。

一成分現像剤として用いる場合は、非磁性一成分現像剤、あるいはトナー中に０．１〜０．５μｍ程度の磁性粒子を含有させ磁性一成分現像剤としたものが挙げられ、いずれも使用することができる。

キャリアの磁性粒子として、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来より好適に利用されている材料を用いることができ、特にフェライト粒子が好ましい。上記磁性粒子は、その体積平均粒径が１５〜１００μｍのものであることが好ましく、より好ましくは２５〜８０μｍのものである。

キャリアの体積平均粒径の測定は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス（ＨＥＬＯＳ）」（シンパティック（ＳＹＭＰＡＴＥＣ）社製）により測定することができる。

このカラー画像形成装置においては、次のようにして画像形成動作が行われる。すなわち、トナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの各々において、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが回転駆動され、この像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが帯電装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋによって所定の極性、例えば負極性に帯電され、次いで、像担持体の表面においてトナー像が形成されるべき画像形成領域に、露光装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによって露光されることにより、照射箇所（露光領域）の電位が低下されて原稿画像に対応した静電潜像が像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に形成され、像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの表面電位と同じ極性、例えば負極性に帯電されたトナーが像担持体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの静電潜像に付着して反転現像が行われ、これにより各色のトナー像が形成される。

さらに、１次転写手段１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにより、トナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋの各々の１次転写領域において１次転写電流が供給されることによって、各色のトナー像が、順次に１次転写されて重ね合わせられることにより、中間転写体１７上にカラートナー像が形成される。

中間転写対１７上のカラートナー像は２次転写手段１４Ｓにより記録材Ｐに転写され、転写されたカラートナー像は定着装置１９により定着される。
＜転写前除電制御１＞
中間転写体１７の移動方向における２次転写手段１４Ｓの下流側であり、かつ、中間転写体クリーニング手段１８Ｓの上流側である位置には、中間転写体１７Ｙ上のカラートナー像の濃度を検出する濃度センサＩＤＣが設けられている。

濃度センサＩＤＣは、中間転写体１７上のカラートナー像の濃度を検出するものであって、中間転写体１７に光を照射する発光素子と中間転写体１７からの反射光を受光する受光素子で構成された反射型の濃度センサからなる。

また、中間転写体１７の移動方向における最下流位置の１次転写手段１４Ｋの下流側でかつ２次転写手段１４Ｓの上流側において、グリッド電極を有するスコロトロン帯電器よりなる転写前除電手段２０が、中間転写体１７を介して中間ローラ１７ｃに対向するよう設けられている。

転写前除電手段２０は、中間転写体上のトナー像を除電する機能を有するものであり、放電ワイヤよりなる放電電極２１と、グリッド電極２２と、これらの放電電極２１およびグリッド電極２２を支持する導電性材よりなる支持部材２３とにより構成される。

グリッド電極２２は、中間転写体１７の表面と例えば１ｍｍの間隙を介して離間した対向状態に設けられている。

支持部材２３はグリッド電極２２と同じ電位状態に維持されており、中間ローラ１７ｃは接地電位状態に維持されている。

放電電極２１には、電源２１Ａによって、トナー層電位と逆極性の電圧が印加され、グリッド電極２２には、グリッド電源２Ａによって、放電電極２１において印加される電圧の極性と逆極性の電圧、すなわち、トナー層電位と同極性のグリッド電圧が印加される。

２次転写処理されるトナー像のトナー層電位にはある幅を持った適正値があり、該適正値の外れると、電位が低すぎる場合、文字散りは発生し、電位が高すぎる場合、転写ムラが発生するなどの現象が発生しやすくなる。

発明者の実験によれば、転写除電処理により、トナー層電位を制御ことは出来るが、転写前除電処理後のトナー像電位は転写前除電処理前のトナー像電位により影響され、転写前のトナー像電位に応じた制御が必要であることが判明した。

図２に転写前除電処理前のトナー層電位と、転写前除電処理後のトナー層電位の関係を示す。

図２において、横軸は転写前除電処理前のトナー層電位を示し、縦軸は転写前除電処理後のトナー層電位である。なお、負帯電トナーを用いているので、図２における電圧は負電圧の高さ、即ち、電圧の絶対値を示す。

直線Ｌ１は転写前除電処理無しの場合を示し、当然のことながら、直線Ｌ１は４５°の傾斜角度をを持った直線である。

グリッド電極２の電圧をＶｇ（負電圧）に設定し、放電電極２１に低電圧（正の低電圧）を印加した場合には、直線Ｌ２で示し、高電圧（正の高電圧）を印可した場合には、直線Ｌ３で示すように、転写前除電後のトナー層電位は、転写前除電処理前のトナー層電位に対する関係となる。

転写前除電処理後のトナー層電位は、転写前除電処理前のトナー層電位に影響されるとともに、放電電極２１への印加電圧により変化する。即ち、放電電極２１への印加電圧が高いときは除電効果が大きいので、直線Ｌ３のように低い勾配の直線となり、印加電圧が低いときは、除電効果が小さいので、直線Ｌ２のように高い勾配の直線となる。

転写前除電処理後のトナー層電位がＶｖ１以下のとき、文字散りが発生し、転写前除電処理後のトナー層電位がＶｖ２以上のとき、転写ムラが発生した。

また、トナー像が１層からなるベタ像の場合、トナー像を形成しているトナーの量が少ないので、転写前除電処理前のトナー層電位はＶｈ１のように低く、トナー層が２層からなるベタ像の場合、トナーの量が多いので、除電処理前のトナー層の電位はＶｈ２のように高い。

電位Ｖｈ１に対応する転写前除電処理後の電位をＶｖ３でなく、Ｖｖ４のように高くすることにより、文字散りを確実に防止することが可能であり、また、電位Ｖｈ２に対応する転写前除電処理後の電位をＶｖ６でなく、Ｖｖ５とすることにより、転写ムラを確実に防止することが可能である。

表１はトナー帯電量に対する放電電極２１への印加電圧の関係に関する実験の結果を示す。

トナーとして、測定により予め帯電量（単位質量当たりトナーの電荷量）が分かっているトナー、即ち、帯電量４０μＣ／ｇ、５０μＣ／ｇ、６０μＣ／ｇの３種のトナーを用いた。

表１において＃で示すように、４０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４ｋＶ、５０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４ｋＶ及び４．５ｋＶ、６０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４．５ｋＶ及び５ｋＶにおいて、それぞれ転写率が高く、且つ、転写時にトナーの散りが十分に抑制されて良好な画像が形成された。そして、１層ベタ像、２層ベタ像とも同様に良好な画像を形成するには、トナーの帯電量に対応して放電電極への印加電圧を変更する必要があることが判明した。表１において、１層ベタ像の場合、たとえば、放電電極印加電圧５ｋＶのとき、トナー帯電量６０μＣ／ｇでは良好な転写が行われるが、４０μＣ／ｇのとき及び５０μＣ／ｇでは転写不良が起こるように、付着量の等しいトナー像の転写でも、トナー帯電量により適正放電条件が異なる。

従って、トナー帯電量に応じて、放電電極２１への印加電圧を変える必要があり、表１に示すように、トナー帯電量に応じた電圧を放電電極２１に印加することにより、トナー散り、色ムラが十分に抑制された画像を形成することが可能となる。

トナーの帯電量は次に説明する方法により検知される。

現像時のトナーの挙動を示す図３において、像担持体ＺＴ上の静電潜像を現像して像担持体ＺＴ上にトナー像を形成する現像においては、現像スリーブＧＳに電源Ｅにより現像バイアス電圧が印加される。そして現像工程においては、電荷（図では負電荷）を担持するトナーＴが現像スリーブＧＳから像担持体ＺＴに移動することにより、バイアス電圧印加回路に現像電流が流れる。

現像スリーブＧＳから像担持体ＺＴへはトナーＴの移動によってのみ電流が流れるので、電流計ＡＭにより現像電流を測定して、移動電荷量を計測し、他方において、像担持体に付着したトナーの量（質量）を計測することにより、単位質量のトナーが有する電荷量である帯電量ｑが検知される。

トナー帯電量ｑは、所定面積Ｓであり、単位面積当たりのトナー付着量Ｍのトナー像を形成したときの現像電流Ｉを検知することにより、次の式から算出される。

Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ、Ｑ＝ｑ×Ｍ×Ｓ
表２は現像電流Ｉとトナー帯電量ｑとの関係を示す。

表２のトナー帯電量は、次の現像条件でトナー像を形成することにより検知されたものである。
トナー・・・・・・・・・・６．５μｍ、シアントナー（比重１．１）
トナー像・・・・・・・・・幅５０ｍｍ×長さ１０ｍｍ（形成時間０．２ｓｅｃ）
トナー付着量・・・・・・・６ｇ／ｍ²
像担持体線速度・・・・・・２２０ｍｍ／ｓｅｃ
トナー付着量Ｍは像担持体ＺＴ上のトナー像の濃度を計測することにより検知されるが、図１に示す実施の形態においては、像担持体から中間転写体１７に転写されたトナー像の濃度を濃度センサＩＤＣで検知することによりトナー付着量を検知している。

図４は本発明の実施の形態における転写前除電制御１を実行する制御系のブロック図である。

制御手段ＣＲは、現像電流を検知する現像電流検知手段としての電流計ＡＭ及び濃度センサＩＤＣの検知結果から得られたトナー帯電量に基づいて、転写前前除電手段２０における放電電極２１の電源２１Ａを制御してその出力を適切な値に設定する。

トナー帯電量の検知は次のようにして行われる。

露光装置を駆動するための画像データを出力する画像処理部ＧＳを制御して、露光装置を所定の画像データで駆動して像担持体上にベタ画像からなるパッチ画像の静電潜像を形成する。次に静電像を現像装置で現像し、現像したトナー像を中間転写体１７に転写し、中間転写体１７上のトナー像の濃度を濃度センサＩＤＣで検知する。濃度センサＩＤＣの検知結果を現像装置の現像バイアス電流にフィードバックして、濃度センサＩＤＣの出力が一定になるように、現像バイアス電流を制御し、所定濃度のトナー像が形成されたときの現像電流を電流計ＡＭで計測する。

トナーの付着量は、すでに濃度センサＩＤＣにより一定値の濃度としているので、分かっており、制御手段ＣＲはトナー付着量と現像電流とからトナー帯電量を算出する。

現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ中のトナーの帯電量は、ほぼ同等になるように設計されているので、イエロー、マゼンタ、シアン、黒のいずれか１色又は２色のトナーについて前記のトナー帯電量検知により、十分な帯電前除電の制御を行うことができるが、４個の現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ全てを作動させて、前記パッチ画像を形成し、トナー帯電量を検知し、その平均値に基づいて、転写前帯電手段２０の電源２１Ａを制御することも可能である。

制御の例は表１に示すとおりであり、帯電量４０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４ｋＶを、帯電量５０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４ｋＶ又は４．５ｋＶを、帯電量６０μＣ／ｇに対しては、印加電圧４．５ｋＶ及び５ｋＶをすれぞれ設定することにより、かぶり、文字散り、色ムラのない高い画質の画像が形成された。

トナー帯電量に対する表１の＃で示すような適正印加電圧の値は予め測定され、不揮発メモリＭＲに格納されており、制御手段ＣＲは不揮発メモリＭＲ中のテーブルを参照して、放電電極２１への印加電圧を設定する。

トナーの帯電量は、温度や湿度等の環境、現像剤及びトナーの使用履歴、画像形成条件等により変化するが、前記に説明したようにトナー帯電量に応じて、転写前帯電手段２０を制御することにより、トナー帯電量やトナーの付着量に影響されないで、常に安定した高い転写率が維持され、高画質の画像が形成される。

特に、カラー画像形成においては、色ムラのない画像が形成される。
＜転写前除電制御２＞
前記転写前除電制御１においては、現像電流に基づいて、トナー帯電量を検知しているが、１次転写における転写電流と転写率との関係に基づいて、トナー帯電量を検知することができる。

図５は転写における転写電流と転写率との関係を示すグラフである。

横軸で示すように転写電流値を種々変えたときに、転写率は曲線Ｆ１〜Ｆ３で示すように変化するが、トナー像を形成しているトナーの帯電量により、異なった曲線Ｆ１〜Ｆ３のように転写率が変化する。即ち、帯電量４０μＣ／ｇのトナーでは、曲線Ｆ１で示す変化を示し、帯電量５０μＣ／ｇのトナーでは曲線Ｆ２で示すような変化を示し、帯電量６０μＣ／ｇのトナーでは曲線Ｆ３で示すような変化を示す。

転写電流ＴＡのとき、４０μｍＣ／ｇでは、転写率Ｃａ１、５０μｍＣ／ｇでは転写率Ｃａ２、６０μｍＣ／ｇでは転写率Ｃａ３である。また、転写電流ＴＢのとき、４０μｍＣ／ｇでは、転写率Ｃｂ１、５０μｍＣ／ｇでは、転写率Ｃｂ２、６０μｍＣ／ｇでは転写率Ｃｂ３である。

このような転写電流と転写率との関係から、横軸上の複数点、即ち、異なるレベルの一定転写電流で転写を行ったときの転写トナー像の濃度、即ち、１次転写により中間転写体１７に転写されたトナー像の濃度を測定することにより、トナー像を形成しているトナーはどのＦ１〜Ｆ３のどの曲線上の転写率に相当するかがわかり、トナー帯電量を検知することができる。

図６は本発明の実施の形態における転写前帯電制御２を実行する制御系のブロック図である。

制御手段ＣＲは露光装置を駆動する画像処理部ＧＳを制御して、露光装置を所定の画像データに基づいて駆動し、所定濃度の画像を像担持体上に形成し、１次転写手段１ＴＲにより中間転写体１７に転写して、中間転写体１７上にトナー像を形成する。濃度センサＩＤＣは中間転写体上のトナー像の濃度を検知する。制御手段ＣＲは１次転写手段ＴＲ１を制御して予め設定された複数レベルの定転写電流で転写を行う。

制御手段ＣＲは、濃度センサＩＤＣの出力から転写率を算出し、このようにして検知された転写率から、図５における曲線Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを選択し、トナーの帯電量を算出する。

具体的には、制御手段ＣＲは所定の２レベルの転写電流ＴＡ及びＴＢで１次転写手段ＴＲ１が転写を行うように制御して、２個のトナー像を中間転写体上に形成する。濃度センサＩＤＣは各転写電流に対応して形成された中間転写体上の２個のトナー像の濃度を検知する。制御手段ＣＲは濃度センサＩＤＣの出力に基づいて、転写率Ｃａ１とＣｂ１、Ｃａ２とＣｂ２又はＣａ３とＣｂ３とを算出し、算出した転写率に基づいて曲線Ｆ１〜Ｆ３のいずれかを選択し、トナー帯電量を算出する。

なお、転写電流のレベル数を増やすことにより、より高い信頼度でトナー帯電量を算出することができる。

表３は３レベルと転写電流（μＡ）と、トナー帯電量（μｍＣ／ｇ）と、濃度センサＩＤＣの出力（Ｖ）との実測値を示す。

トナー帯電量に対して適正なグリッド電圧の値は実験により予め求められており、不揮発メモリＭＲに格納されている。制御手段ＣＲは不揮発メモリＭＲから適正なグリッド電圧を読み取って、電源２１Ａを制御する。

以上説明した１次転写における転写率から算出した帯電量に基づいて、転写前除電手段２０の放電電極２１の電源２１Ａを制御することにより、トナー散りや濃度ムラを十分に抑制することができた。

前記に説明した例では、複数レベルの定転写電流で転写を行って、各転写電流における転写率からトナー帯電量を算出しているが、複数レベルの定転写電圧で転写を行い、各転写電圧における転写率からトナー帯電量を算出することも可能である。

転写前除電制御２においても転写前除電制御１と同様に、トナー像形成ユニット３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋのいずれか１以上において、トナー帯電量検知用のトナー像を形成して、トナー帯電量を検知し、電源２１Ａを制御することができる。

本発明のじっしの形態に係るカラー画像形成装置の一例を示す図である。 転写前除電処理前のトナー層電位と、転写前処理後のトナー層電位の関係を示すグラフである。 現像時のトナーの挙動を示す図である。 本発明の実施の形態における転写前除電制御１を実行する制御系のブロック図である。 転写における転写電流と転写率との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態における転写前除電制御２を実行する制御系のブロック図である。

符号の説明

１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 像担持体
１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ 帯電装置
１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ 露光装置
１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ 現像手段
１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ、１ＴＲ １次転写手段
１４１Ｙ、１４１Ｍ、１４１Ｃ、１４１Ｋ １次転写ローラ
１４Ｓ ２次転写手段
１４１Ｓ ２次転写ローラ
１７ 中間転写体
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 中間ローラ
１７ｄ バックアップローラ
１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ 像担持体クリーニング手段
１８Ｓ 中間転写体クリーニング手段
２０ ２次転写前除電手段
２１ 放電電極
２１Ａ、２２Ａ 電源
２２ グリッド電極
２２Ａ グリッド電圧印加装置
２３ 支持部材
３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ トナー像形成ユニット
ＣＲ 制御手段
ＩＤＣ 濃度センサ
ＡＭ 電流計

Claims (5)

1. 像担持体、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記像担持体上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段、中間転写体、前記像担持体上のトナー像を前記中間転写体に転写して前記中間転写体上にトナー像を形成する１次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する２次転写手段を有する画像形成装置において、
   前記像担持体上にトナー像を形成する現像における現像電流を検知する現像電流検知手段、
   放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなり、前記２次転写手段による転写の前に前記中間転写体を除電する転写前除電手段並びに、
   制御手段を有し、
   該制御手段は、前記現像電流検知手段の検知結果の基づいて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体、該像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、前記像担持体上の静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段、中間転写体、前記像担持体上のトナー像を前記中間転写体に転写して前記中間転写体上にトナー像を形成する１次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する２次転写手段を有する画像形成装置において、
   放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなり、前記２次転写手段による転写の前に前記中間転写体を除電する転写前除電手段、
   前記中間転写体上のトナー像の濃度を検知する濃度センサ並びに、
   制御手段を有し、
   該制御手段は、転写条件を変えて前記１次転写手段を作動させ、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を転写するとともに、前記転写条件の変更により前記中間転写体上に形成されたトナー像の各々の濃度を検知した前記濃度センサの出力に基づいて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記中間転写体上に複数の単色トナー像が重なったカラートナー像を形成し、前記２次転写手段により、カラートナー像を記録材に転写することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 帯電、露光及び現像により像担持体上にトナー像を形成し、１次転写により前記像担持体から中間転写体にトナー像を転写し、前記中間転写体上のトナー像を２次転写により記録材に転写する画像形成方法において、
   放電電極及びグリッド電極を有するスコロトロン帯電器からなる転写前除電手段により、前記２次転写の前に、トナー像を担持する前記中間転写体を除電し、除電の際に、前記中間転写体上のトナー像を形成しているトナーの帯電量に応じて、前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とする画像形成方法。
5. 前記中間転写体上に複数の単色トナー像が重なったカラートナー像を形成し、前記２次転写により、カラートナー像を記録材に転写することを特徴とする請求項４に記載の画像形成方法。

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