JP2010191088A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紙面に大きな凹凸があっても、画像パターンや印字率に依らず、紙の地肌が目立たない、均一な最終画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】電子写真方式の画像形成装置は、中間転写体６上のトナー像が被転写材に転写される前に、該被転写材の抵抗を前記被転写材抵抗上昇手段によって上げるとともに、導電部材２６又は対向部材２４に流す２次電流値を、前記被転写材に転写される前記トナー像の印字率や画素数に基づいて制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体に現像されたトナー像をいったん中間転写体上に１次転写した後、紙、その他の被転写材へ２次転写して最終画像を得る電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機、プリンタ等では、感光体に現像されたトナー像をいったん中間転写体上に１次転写した後、紙、その他の被転写材へ２次転写して最終画像を得ることによって、カラー画像の位置ずれ、色ずれ等の発生が低減可能となる、中間転写方式の画像形成装置が広く知られている（例えば、特許文献１乃至４参照）。
例えば、特許文献１、その他には、複数の感光体を有する中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置が多く市販され、そのベルト材料として、高速駆動時の位置ずれ低減の観点から、高い弾性率を有するポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂等が多く採用されていることが記載されている。
しかしながら、このような高弾性率を示す材料は、凹凸の大きな紙では均一な転写画像が得られ難い問題がある。原因は紙の凹部では、中間転写ベルト上のトナーとの間に空隙が生じてしまうために、凸部に比べて電界が小さくなり、紙に転写され難い。少しでも転写電界が弱くなると紙の地肌が見えるため、均一な転写画像が得られ難い。

そこで転写電界を強くするために、安易に２次転写電流や２次転写電圧を高くすると、凹部の空隙で放電が発生しトナーの極性が反転して、逆に転写効率が低下してしまい、一層地肌が目立つ結果になる。
とくに２次転写電流を同じ電流値で定電流制御している画像形成装置では、トナーの印字率や帯電量、紙の抵抗によって、トナーが中間転写ベルトから紙へ移動（転写）することによって流れる電流量、放電量、及び紙の非画像部に直接流れる電流量のバランスが変わるため、様々なパターン（印字率）の画像に対して、均一な画像、すなわち、一定の転写効率、画像濃度を実現するのは困難であった。
一方、凹部と中間転写ベルト上のトナーとの密着性を高くするために、特許文献１に示されるような、２次転写バイアスローラ（以下、「２次転写ローラ」と記す）と、２次転写対向ローラ（以下、「対向ローラ」と記す）との間の圧力を高くすると、今度は凸部に接するトナーに応力が集中してトナー粒子間や、トナーと中間転写ベルトとの間の非静電的な付着力が増加してしまい、とくに文字画像や細線画像においてトナーが転写されなくなる課題がある。

このような課題を解決するために、例えば、特許文献２、その他では、高弾性率材料を基層とし、その上に弾性層を積層した中間転写ベルトが多数提案されているが、導電性の接着剤等で各層を接着する必要があり、抵抗ムラ、耐久性、コスト等の点で難があった。
ところで上述したように、凹凸の大きい紙に対し、画像パターンや印字率に依らずに均一な画像を実現するためには、紙の凹部で放電が発生しない範囲内で、最大の電界を安定して形成することが重要である。
すなわち、無駄な放電は発生させずに、対向ローラ、又は２次転写ローラから供給した電流の殆どが、中間転写ベルトから紙へのトナーの移動に使われるような状況を作る必要がある。
しかし、上述したように、２次転写電流を定電流制御すると、転写ニップ中の主走査方向に、印字率、つまり、転写されるトナーの総電荷量が変わるだけで、トナーが中間転写ベルトから紙へ移動することによって流れる電流量、放電量、及び紙の非画像部に直接流れる電流量のバランスが変わるため、様々な画像に対して、トナーが転写するのに必要なだけの電流を供給することは原理的に不可能である。
このような課題を解決するために、例えば、特許文献３又は特許文献４には、画像データに基づいて転写ローラに印加するバイアスを変更する方法が提案されている。

しかしながら、２次転写プロセスの場合は、対向ローラ、及び２次転写ローラとも導電性を有し、紙の非画像部での流れ込みの影響が大きいため、特許文献３又は４のように、単純に画像データに基づいて２次転写電流又は２次転写電圧を制御しても、画像パターンに依存せずに均一かつ良好な画像を得ることはできなかった。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、紙面に大きな凹凸があっても、画像パターンや印字率に依らず、紙の地肌が目立たない、均一な最終画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、像担持体上に形成されるトナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体との間に被転写材を挟持する導電部材と、該導電部材に対して前記中間転写体を介して対向する位置に配設されかつ前記導電部材との間に電界を形成する対向部材と、を有する画像形成装置において、前記被転写材の抵抗を上昇させるための被転写材抵抗上昇手段と、前記中間転写体上のトナー像が前記被転写材に転写される前に、該被転写材の抵抗を、前記被転写材抵抗上昇手段によって上げるとともに、前記導電部材又は前記対向部材に流す２次電流値を、前記被転写材に転写される前記トナー像の印字率や画素数に従って大きくなるように制御する制御手段と、を備える画像形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記被転写材抵抗上昇手段を通過した前記被転写材を、２次転写タイミングを合わせるレジストローラに向かって搬送する搬送経路を有し、前記被転写材抵抗上昇手段が、前記被転写材に転写された転写後のトナー像を熱によって前記被転写材に固定するために使用される定着装置であり、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で前記中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記定着装置で前記被転写材が加熱される請求項１の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記導電部材又は前記対向部材に流す２次電流値を、前記中間転写体上のトナーの帯電量が大きくなるに従って高くなるように制御する請求項１または２記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上のトナー像が前記被転写材に転写される前に、環境センサによって検知される温度及び湿度のうち少なくとも何れか一方に基づいて、前記被転写材の抵抗を予測する抵抗予測手段、あるいは、前記被転写材の抵抗を検知する抵抗検知手段、を設けるとともに、前記抵抗予測手段による予測結果又は前記抵抗検知手段による検知結果が、所定値よりも小さい場合に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げる請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記被転写材の種類に基づいて、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げる請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、パソコンから書類をプリントする際のプリント画面、もしくは画像形成装置本体で書類をコピーする際、前記被転写材の種類を操作パネル上でユーザーが選択することにより、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げる請求項１乃至５のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記中間転写体がベルト状部材であり、該ベルト状部材の引張り弾性率が２ＧＰａ以上である請求項１乃至６のいずれか１項記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、紙にトナーを転写する前に、紙の抵抗を上げる処理を行うとともに、紙に転写するトナー画像の画素数や印字率、トナーの電荷量に基づき、転写電流を制御する。すなわち、２次転写電流の値を、ニップ中の主走査方向における、トナーの印字率を基準に決定して（副走査方向の画素毎に）制御する。
これにより、紙の非画像部を流れる電流の影響を排除できるため、トナーを転写するのに必要な電流量だけを正確に付与可能となり、表面の凹凸の大きな紙でも均一な最終画像を出力することができる。

本発明の画像形成装置の１つの実施の形態を示す概略図である。 図１のプリンタに本発明を実施する制御の流れを示すフローチャートである。 ベタパターンの１例を示す模式図である。 ベタパターンの他の例を示す模式図である。 従来例における２次転写電流と印加電圧との関係をグラフで示す図である。 本発明における２次転写電流と印加電圧との関係をグラフで示す図である。 ２次転写率と、２次転写電流と、記録シートの体積抵抗率と、印字率との関係をグラフで示す図である。 粗面紙の第２面に印字率５［％］で形成されたベタパターンの表面の凸部の画像濃度と、凹部の画像濃度との主観評価を表で示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の画像形成装置の１つの実施の形態を示す略図である。本発明を画像形成装置としてのタンデム型の画像形成部によってカラー画像を形成するカラープリンタ（以下、単にプリンタという）Ａに適用した実施の形態について説明する。まず、実施の形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。
この実施の形態のプリンタＡは、図示しない光書き込みユニット、タンデム画像形成部１０、転写ユニット２０、定着装置４０、再送装置５０などを備えている。タンデム画像形成部１０は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の各色トナー像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。
転写ユニット２０は、無端状の中間転写ベルト６、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、２次転写対向ローラ２４、４つの１次転写ローラ５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、２次転写ローラ２６などを有している。像担持体としての無端状の中間転写ベルト６は、側方からの眺めが逆三角形状の形状になる姿勢で、駆動ローラ２２、従動ローラ２３及び２次転写対向ローラ２４に掛け回されている。

中間転写ベルト６は、駆動ローラ２２の回転駆動によって図中時計回り方向に無端移動させられる。中間転写ベルト６のループ内側には、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、２次転写対向ローラ２４の他に、４つの１次転写ローラ５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋも配設されている。なお、１次転写ローラ５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋや２次転写ローラ２６の役割については後述する。
タンデム画像形成部１０は、４つの画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを中間転写ベルト６の上張架面に沿って水平方向に並べる姿勢で、転写ユニット２０の上方に配設されている。画像形成ユニット１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、図中反時計回りの方向に回転駆動されるドラム状の感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと、現像ユニット４Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと、帯電手段３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと、を有している。
また、図示してないＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用のドラムクリーニング装置も有している。感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ中間転写ベルト６の上張架面に当接してＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップを形成しながら、図示してない駆動手段によって図中反時計回りの方向に回転駆動させられる。
現像ユニット４Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに形成された静電潜像をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナーによって現像するものである。また、帯電手段３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの表面をトナーの帯電極性と同じ極性に一様帯電させるものである。

Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップの下方では、中間転写ベルト６のループ内で、１次転写ローラ５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが中間転写ベルト６を感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに向けて押圧している。これら１次転写ローラ５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋには、１次転写電源１１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって１次転写バイアスが印加される。
タンデム画像形成部１０の上方には、図示しない光書き込みユニットが配設されている。この光書き込みユニットは、帯電手段３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって一様帯電させられ感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの表面に対し、走査光Ｌによる光書き込み処理を施して静電潜像を形成するものである。
感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに形成された静電潜像は、現像ユニット４Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって現像されてＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像になる。これらＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像は、上述したＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の１次転写ニップにて、中間転写ベルト６の表の面に重ね合わせて１次転写される。これにより、中間転写ベルト６の表の面には、４色重ね合わせのトナー像が形成される。
なお、本プリンタＡにおいては、帯電手段として、帯電バイアス電源１２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって帯電バイアスが印加される帯電部材である非接触帯電ローラ３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを採用している。この非接触帯電ローラ３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに近接させた状態で、非接触帯電ローラ３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋとの間に放電を生じさせて、感光体２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを一様帯電させる。このような帯電手段（非接触帯電ローラ）３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに代えて、スコロトロン帯電器などを採用してもよい。

転写ユニット２０は、中間転写ベルト６の下方に２次転写ローラ２６を有している。ニップ形成部材としての２次転写ローラ２６は、接地された状態で、中間転写ベルト６における２次転写対向ローラ２４に対する掛け回し箇所にベルトの表の面側から当接して２次転写ニップを形成している。
これに対し、２次転写ニップの上方にて、中間転写ベルト６を掛け回している２次転写対向ローラ２４には、２次転写バイアス電源１４により、トナーの帯電極性と同極性の２次転写バイアスが印加される。
これにより、２次転写対向ローラ２４と２次転写ローラ２６との間の２次転写ニップには、トナーを２次転写対向ローラ２４側から２次転写ローラ２６側に静電移動させる２次転写電界が形成される。
２次転写ニップには、記録シート（図示せず）が所定のタイミングで送り込まれる。そして、中間転写ベルト６上の４色重ね合わせのトナー像が、ニップ圧や２次転写電界の作用によって記録シートに一括２次転写される。
２次転写ニップで４色重ね合わせのトナー像が２次転写された記録シートは、２次転写ニップを出た後、図中反時計回り方向に無端移動せしめられる用紙搬送ベルト８を介して定着装置４０内に送り込まれる。
そして、定着装置４０内において、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱定着ローラ４１と、これに向けて押圧される加圧ローラ４２との当接による定着ニップに挟み込まれ、加圧や加熱処理によるトナー像の定着処理が施される。

この定着装置４０は、上述したようにトナー像を記録シートに固定する、通常の定着装置としての役割とは別に、後述するように、記録シートにトナー像が２次転写される前に、予め記録シートを乾燥する役割を担っている。
片面に定着装置４０で定着された画像を有する記録シートの反対面に作像が行われる場合、すなわち、両面印字動画が行われる場合、再送装置５０は、定着装置４０から送られてくる記録シートを、搬送ガイド１２によって搬送経路１７に導入し、記録シートを反転するためのスイッチバック機構（被転写材反転装置）５１でスイッチバック搬送することで、その上下を反転させる。その後、記録シートは２次転写ニップに再送される。
一方、トナー像を有さない記録シートが定着装置４０で乾燥された場合は、再送装置５０は、定着装置４０から送られてくる記録シートを、搬送ガイド１２によって搬送経路１６に導入し、紙の上下を反転させることなく、２次転写ニップに再送する。
レジストローラ１３は、２つのローラの回転を停止させた状態で、記録シートの先端が突き当てられることで、記録シートのスキューを矯正する。その後、２つのローラを回転させて記録シートの先端部をレジストニップ内にくわえ込むが、その後すぐにローラの回転を停止させる。そして、記録シートを２次転写ニップで中間転写ベルト６上のトナー像に同期させ得るタイミングで、ローラの回転を再開する。

図２は図１のプリンタに本発明を実施する制御の流れを示すフローチャートである。図１及び図２を参照して作像動作について説明する。本プリンタＡにおいて、スキャナ等でカラー画像データが発生すると、まず、紙、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクタ）シートなどの被転写材である記録シートが、図示してない被転写材給紙装置である給紙カセットから、抵抗測定ローラ対３１、レジストローラ１３を通して搬送される（Ｓ１）。
この時、記録シートが紙である場合に、紙の抵抗が高いかどうかを判断する（Ｓ２）。紙の抵抗は、例えば、湿度が５０％を超えて高いと、紙種によっては、抵抗が低い（例えば、体積抵抗率で１Ｅ９［Ω・ｃｍ］以下）状態にあると判断する。
紙の抵抗が低いと判断されると、図１に示す中間転写ベルト６、対向ローラ２４、２次転写ローラ２６、搬送ベルト８、定着装置４０等を駆動させ（Ｓ３）、この定着装置４０に紙を通して熱で紙を乾燥し、紙の抵抗を上昇させる（Ｓ４）。定着装置４０を通過した紙は、搬送ガイド１２で搬送経路１６に誘導され（Ｓ５）、再び、レジストローラ１３に送られる（Ｓ６）。
この場合、２次転写前に事前に紙の抵抗を上げる被転写材抵抗上昇手段として定着装置４０を利用することにより、紙の抵抗を上げるための余分な機構や装置を設けることなく、確実な紙の抵抗上昇を実現できる。

一方、紙が定着装置４０で乾燥されるのと並行して、１次転写画像形成部１０の画像形成ユニット１Ｙでは、まず、電源によってマイナスにバイアスされた非接触帯電ローラ３Ｙが感光体ドラム２Ｙを均一にマイナス帯電し、次いで、図示してない露光装置が感光体ドラム２Ｙ表面に静電潜像を形成する（Ｓ７）。
続いて現像ユニット４Ｙがマイナスの電荷を有するトナーを反転現像することによって、感光体ドラム２Ｙ上にトナー像が形成される（Ｓ８）。１次転写ローラ５Ｙには、トナーの極性とは逆極性のプラスのバイアスが印加されており、感光体ドラム２Ｙ上のトナー像は１次転写ローラ５Ｙとの間で形成される転写電界によって中間転写ベルト６上に転写され（Ｓ９）、１次転写画像が形成される。
これと同様に、１次転写画像形成ユニット１Ｍ、Ｃ、Ｋにおいても各タイミングに応じて画像形成が行われ、中間転写ベルト６上には４色のトナーからなる１次転写画像が形成される。
続いて、中間転写ベルト６上の１次転写画像が２次転写ニップ部に到達する（Ｓ１０）タイミングに合わせて、前述のごとくステップＳ４で抵抗を上昇された記録シートがレジストローラ１３から中間転写ベルト６と２次転写ローラ２６とで形成される２次転写ニップに搬送される（Ｓ１１）。

対向ローラ２４にはトナーと同極性の電流（以下、「２次転写電流」と記す）が付与される（Ｓ１２）。２次転写電流の値は、２次転写ニップ出口部におけるトナー画像の主走査方向の印字率と、トナーの帯電量の推定値に基づき、以下の式（１）から算出される値で、副走査方向の画素毎に制御される。
Ｉ＝Ａ×Σ（ηｉ×Ｑｉ）＋Ｂ・・・式（１）
ただし、Ｉ：２次転写電流値［μＡ］
Ａ、Ｂ：定数
ηｉ：各色のトナーの印字率
Ｑｉ：各色のトナーの帯電量（μＣ／ｇ）
導電部材である２次転写ローラ２６又は対向部材である対向ローラ２４に流す２次電流値を、中間転写体である中間転写ベルト６上のトナーの帯電量が大きくなるに従って高くなるように制御する。転写されるトナーの印字率とトナーの帯電量を考慮して最適な２次転写電流値を精度良く決定、制御することによって、安定した均一転写の実現が可能となった。
なお、図１の実施の形態では、２次転写前に被転写材である紙の抵抗を上げる被転写材抵抗上昇手段として定着装置４０を採用し、これによる加熱を利用しているが、この被転写材抵抗上昇手段はこれに限らない。
例えば、レジストローラ１３から２次転写ニップに至る間に、紙に接触／非接触で紙を加熱する機構を設けても構わないし、あるいは、給紙トレイ内の紙の常時加熱や、除湿器等による除湿を実施することも可能である。

次に、本発明者らが行った実験について説明する。本発明者らは、図１に示したプリンタＡと同様の構成のプリンタ試験機を用意した。このプリンタ試験機における諸条件は次に列記する通りである。
（１）中間転写ベルト６
厚さ６０［μｍ］、体積抵抗率が１Ｅ９［Ω・ｃｍ］（三菱化学製ハイレスターＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５０にて１００Ｖの電圧印加条件で測定した値）のカーボン分散ポリイミドベルト。
（２）トナー
粉砕法によって製造され、母材樹脂がポリエステル系樹脂からなるもの。
（３）２次転写ローラ２６
ローラ部の表面に導電性ゴム材料からなる弾性層が被覆され、かつローラ部の体積抵抗率が１Ｅ９［Ω・ｃｍ］に調整されたもの。
（４）２次転写対向ローラ２４
ローラ部の表面に導電性ゴム材料からなる弾性層が被覆され、かつローラ部の体積抵抗率が１Ｅ９［Ω・ｃｍ］に調整されたもの。
（５）定着装置４０
定着温度（加熱定着ローラ４１の表面温度）を１６５［℃］に設定した。
（６）レジストローラ１３の一方のローラ
ステンレスローラ。
（７）プロセス線速
実験においては、中間転写ベルト６等の線速であるプロセスを２８０［ｍｍ／ｓ］に設定した。
（８）２次転写ニップのベルト移動方向の長さＷ
３［ｍｍ］に設定した。
このようなプリンタ試験機を用いて、テスト画像のプリントテストを行った。記録シートのサイズとしては４２０［ｍｍ］×２９７［ｍｍ］のＡ３サイズを採用した。トナーとしては、常温常湿における帯電量が約−２０［μＣ／ｇ］となるものを用いた。

図３はベタパターンの一例を示す模式図である。図４はベタパターンの他の例を示す模式図である。図３のテスト画像は、副走査方向（シート搬送方向）に延びる帯状のベタパターンを採用し、長辺方向に沿って搬送しているＡ３サイズの記録シートに対してそのベタパターンを形成した。
ベタパターンの印字率については、０．０５（５［％］）及び１．００（１００［％］）の２通りを採用した。印字率は、主走査方向（搬送方向と直交する方向）における記録シートサイズに対する各色画像サイズの総和の割合を示す数値である。
例えば、図３に示したベタパターンは、黒（Ｋ）トナーからなる帯状パターンを１つだけ具備するものであり、その主走査方向のサイズが２９．７［ｍｍ］になっている。これは、主走査方向の記録シートサイズ（２９７ｍｍ）の０．１０（１０［％］）に相当するので、図示のベタパターンは０．１０（１０［％］）の印字率で形成されていることになる。

また、例えば、図４に示すベタパターンは、黒トナーからなる帯状パターンＢ１と、マゼンタ（Ｍ）トナーからなる帯状パターンＢ２とを備えており、主走査方向のサイズがそれぞれ２９．７［ｍｍ］になっている。その総和は、主走査方向の記録シートサイズ（２９７ｍｍ）の０．２０（２０［％］）に相当するので、図示のベタパターンは０．２０（２０［％］）の印字率で形成されていることになる。
なお、図４の例では、黒トナーからなる帯状パターンＢ１と、Ｍトナーからなる帯状パターンＢ２とを互いにずらして形成しているが、両パターンを重ね合わせた場合でも、印字率は０．２０（２０［％］）である。印字率は、各色画像サイズの総和の割合だからである。
このプリントテストでは、Ａ３サイズの記録シートとして、ＮＢＳリコー社製の普通紙（マイペーパー）を用いた。２次転写バイアス電源１４（図１）から出力される２次転写バイアスについては、定電流制御ではなく、定電圧制御を行った。

図５は従来例における２次転写電流と印加電圧との関係をグラフで示す図である。図６は本発明における２次転写電流と印加電圧との関係をグラフで示す図である。
図５には、温度２６℃、相対湿度６０％の環境下において、２次転写前に記録シートとして普通紙（ＮＢＳリコー製、マイペーパー）を定着装置に通さない従来技術の場合についての２次転写電流と印加バイアスとの関係における、印字率依存性を示している。
図６には、図５と同様な環境下において、２次転写前に記録シートとして普通紙（ＮＢＳリコー製、マイペーパー）を定着装置に通す本実施の形態の場合について、２次転写電流と印加バイアスとの関係における、印字率依存性を示している。なお、本実施の形態では黒トナー（帯電量−２０μＣ／ｇ）を使用した。
従来例について示す図５のように、定着装置を通さず、記録シートの抵抗が低い場合は、２次転写電流−電圧特性がトナーの印字率によってほとんど差がないことが分かる。また、トナーが転写されることによって流れる電流が、放電電流や記録シート（紙）の地肌部を流れる電流に埋もれていることが解かる。

このため、印字率や画素数に応じて、副走査方向の画素毎に２次転写電流を制御する効果が小さいことが容易に推定される。しかし、トナーに由来する電流と、放電電流と、記録シートの地肌部を流れる電流とのバランスは湿度によって大きく変化するため、印字率や画素数を考慮せずに一定の値で定電流制御しても、得られる最終画像の画像濃度等にバラツキが生じてしまう。
一方、本実施の形態について示す図６のように、一度定着装置を通して記録シートの抵抗を上げた場合は、転写されたトナー電荷の影響が顕著に現れていることが解かる。また、印加電圧が低い領域では印字率が高い程、同じ電圧で大きな電流が流れている。ちなみに、印加電圧が高い領域で各曲線の差が小さくなるのは、放電電流の影響が強くなるためである。
ここで、印字率が高い程、同じ電圧で大きな電流が流れるのは、トナー自体が移動（転写）することによって電流が流れるため、トナー付着量（印字率）や帯電量が大きい程、低い印加（転写）電圧で多くの電流が流れる。例えば、転写電圧が０Ｖの場合の転写効率は、大まかに見積もって５０％になるが、その際流れる電流量は印字率や帯電量に依存する。

このように、２次転写ローラ２６と中間転写ベルト６との当接部でこの中間転写ベルト６上のトナー像が被転写材である記録シート（紙）に転写される前に、測定又は予想される記録シートの抵抗が、事前に決められた値よりも低い場合に、被転写材抵抗上昇手段によって記録シートの抵抗を上げる。
温湿度や記録シートの抵抗の実測によって、記録シートの抵抗が低いと予想される場合にのみ、記録シートの抵抗を上げるための動作を実施する。記録シートの抵抗が高い場合は、定着装置を通さないので、生産性の低下を低減できる。
導電部材である２次転写ローラ２６又は対向部材である対向ローラ２４に流す電流値を、中間転写体である中間転写ベルト６上のトナーの帯電量が大きくなるに従って高くなるように制御する。

図７は２次転写効率と、２次転写電流と、記録シートの体積抵抗率と、印字率との関係をグラフで示す図である。図８は粗面紙の第２面に印字率０．０５（５［％］）で形成されたベタパターンの表面の凸部の画像濃度と、凹部の画像濃度との主観評価を表として示す図である。
図７には、一度定着装置を通して、紙である記録シートの抵抗を上げた場合の、２次転写効率（＝記録シートに２次転写されたトナーの質量／中間転写ベルト上に予め１次転写されたトナーの質量）と２次転写電流との印字率依存性を示している。２次転写効率が最大となる電流値は、印字率が高い程大きくなっていることが解かる。
一方、図８には、印字率０．０５（５［％］）の条件で、表面の凹凸が大きい記録シート（ＮＢＳリコー ＦＣ和紙タイプ「さざ波」）に対し、凸部の画像濃度と、凹部の画像濃度（凹部の地肌の見え具合）とを主観評価した結果を示している。この結果から、２次転写電流値が高くなると、記録シートの凹部の地肌が目立ち、画像品質が低下することが解かる。

上述したように、記録シートとして、表面凹凸の大きなＦＣ和紙タイプの粗面紙（ＮＢＳリコー社製の商品名「さざ波」）を用いた。この記録シート（粗面紙）を印字率０の条件で転写ニップと定着装置４０とに通して記録シートの体積抵抗率を上昇させた後、再送装置５０による再送で、その記録シートの第２面に印字率０．０５（５［％］）のベタパターンを形成した。
そして、第２面において、表面の凸部の画像濃度と、凹部の画像濃度とを主観評価した。この結果を図８に示している。なお、図８において、○、△、×は、良い（十分な画像濃度が得られている）、許容できる（許容範囲内の画像濃度が得られている）、悪い（著しい低画像濃度しか得られない＝白抜け）という評価結果を示している。
図８に示すように、体積抵抗率が高い記録シートを用いた場合、２次転写電流を増加させるにつれて凸部で良好な画像濃度が得られるが、凹部では、逆に画像濃度を低下させてしまうことが解かる。これは、２次転写電流を増加させるにつれて、凹部内での微小放電量を増大させて、逆帯電トナーの発生量を増やしてしまうからである。

以上のことから、記録シートである紙の体積抵抗率が高い場合には、体積抵抗率と印字率とに応じて転写電流の制御目標値を適切に補正する必要があることが判明した。単に、想定された印字率（例えば、０．２０（２０［％］）〜０．５０（５０［％］））で一定の２次転写効率を確保できるように制御目標値を決定してしまうと、体積抵抗率によっては記録シート表面の凹部で微小放電によるトナーの逆帯電を顕著に発生させてしまうおそれがある。
これは上述したように、２次転写電流が高くなると放電が発生するためであり、記録シートの凹部では放電によって中間転写ベルト上のトナーの電荷が反転し、記録シートに転写されないためと結論される。
本発明では、２次転写効率が０．９となる２次転写電流を各印字率、トナー帯電量に対して設定することで、凹凸の大きな記録シートでも地肌が目立たない、良好な最終画像を実現することに成功した。

具体的には、以下の式（２）に示される数式を使って、印字率とトナー帯電量に応じて２次転写電流を制御する。これにより、良好な最終画像を実現している。すなわち、印字率が高いほど２次転写電流値を大きくしている。また、トナー帯電量（絶対値）が大きいほど２次転写電流値を大きくしている。
Ｉ＝０．５０×Σηｉ×Ｑｉ＋１２．４２・・・式（２）
Ｉ：２次転写電流値［μＡ］
０．５０及び１２．４２：定数
ηｉ：各色のトナーの印字率
Ｑｉ：各色のトナーの帯電量（μＣ／ｇ）
なお、画像形成装置である本プリンタに搭載されている中間転写ベルトは引張り弾性率２．６ＧＰａのポリイミドベルトである。高い弾性率を示す材料を中間転写ベルトとして用いることによって、位置ずれや色ずれを抑制する。

ゴム（概ね１〜１０ＭＰａ）に比べて高い弾性率を有するため、表面の凹凸の大きな記録シートに対する密着性は小さいが、２次転写電流を印字率とトナー帯電量に応じて制御することによって均一な２次転写が実現できる。
よって、従来から課題であった、凹凸の大きな記録シートでの均一な転写と、１次転写部での色ずれや位置ずれの抑制、及び耐久性の向上が実現できた。色ずれや位置ずれを抑制するには、中間転写ベルトの材料として、少なくとも２ＧＰａ以上の弾性率を有する材料を使用することが望ましい。
このように、本発明では高い弾性率の材料を中間転写ベルトとして用いることによって、位置ずれや色ずれを抑制する。このようなベルトでは、表面の凹凸の大きな記録シートで均一に転写できないことが課題であったが、印字率により転写電流制御と組み合わせることによって、位置ずれの抑制と均一転写を両立できる。

ところで、本実施の形態では被転写材である記録シートが紙で、相対湿度が５０％を超える場合のみ、２次転写前に定着装置４０による乾燥を行うようにした。これは、毎回２次転写前に一度定着装置４０を通すことによる、生産性の低下を抑制するためである。しかし、記録シートの抵抗が高い程、２次転写電流の印字率やトナー帯電量に基づく電流制御の効果は高くなるため、上述の基準は生産性と画質のバランスを考慮して適宜決定される。
ちなみに、もともと抵抗が高い被転写材である記録シートの場合は２次転写前に乾燥させても意味がない。このため、例えば、ＯＨＰシートに関しては、光学的なセンサによって検知し、２次転写前の乾燥は行わないようにしている。
本発明の１つの実施の形態である図１の構成では、記録シート（紙）の種類に応じて、２次転写ローラ２６と中間転写ベルト６との当接部（図１）でこの中間転写ベルト６上に転写されたトナー像が記録シートに転写される前に、被転写材抵抗上昇手段である定着装置４０によって記録シートの抵抗を上げることを特徴とする。

本発明は、上述したように、表面の凹凸が大きな紙（記録シート）で最も効果を示すため、本プリンタを使用するユーザーが、パソコンから書類をプリントする際のプリント画面、もしくは本画像形成装置本体で書類をコピーする際の操作パネル上で、例えば、「ＮＢＳリコー ＦＣ和紙タイプ さざ波」のような特定の記録シートを選択できるようにする。さらに、記録シートの名前が解からなくても、ユーザーが「凹凸紙モード」を選択した場合は、２次転写前に紙を定着装置４０に通すようにした。
これにより、２次転写ローラ２６と中間転写ベルト６との当接部でこの中間転写ベルト６上に転写されたトナー像が記録シートに転写される前に、被転写材抵抗上昇手段である定着装置４０によって記録シートの抵抗を上げる。ユーザーが表面の凹凸が大きな記録シートを指定した場合、記録シートの抵抗を上げる動作を必ず入れることによって、均一な２次転写を実現する。
本プリンタでは式（１）や式（２）で示したように、転写される各色のトナーの電荷量に基づいて２次転写電流を制御することによって、最適な転写を実現している。しかし、各色のトナーの帯電量にあまり差がない場合や、現像ユニット内のトナーの帯電量が環境やストレスに対して安定している場合は、転写において印字率だけで２次転写電流を制御しても大きな効果が得られる。

制御に用いる関数も（１）式や（２）式に限られるものではなく、もっと単純な関数や、逆に、温湿度や中間転写ベルト上のトナーの付着量といった、他の物理量を考慮したより複雑な関数を使うことも可能である。さらに、関数を使わず、各トナーの帯電量や印字率に応じて予め定められたテーブルに基づいて制御しても良い。
なお、制御する上で基準となる印字率は、２次転写ニップの出口部に限らず、ニップの中央や、ニップ内に存在する印字率の平均値を使うことも可能である。また、電流の制御も副走査方向の画素毎に行うのではなく、もっと粗く（例えば、２次転写ニップの幅／プロセス線速（秒）毎に行っても良い。
本発明では、２次転写電流の値を、２次転写ニップ中の主走査方向における、トナーの印字率を基準に決定して（副走査方向の画素毎に）制御する。これにより、記録シート（紙）の非画像部を流れる電流の影響を排除できるため、トナーを転写するのに必要な電流量だけを正確に付与可能となる。
その際、記録シートの抵抗が低いと、記録シートの非画像部を流れる電流が多くなり、トナーを転写するのに必要な電流量が誤差に埋もれ、様々な印字率の画像に対して、均一な画像（安定した転写効率）が得られないため、２次転写前に事前に記録シートの抵抗を上げる。なお、２次転写効率は、ベルト表面上のトナー量に対する、記録シートへの転写トナー量の割合を示す数値である。

なお、ローラ３１ａ及び３１ｂからなる抵抗測定ローラ対３１、電流計３４、高圧電源３５、定電流制御部などの組み合せが、記録シートの抵抗を検知する抵抗検知手段として機能している。このように、温湿度環境だけでなく、実際に紙の抵抗を実測して判断することもできる。
本発明では、２次転写電流の値を、２次転写ニップ中の主走査方向における、トナーの印字率を基準に決定して（副走査方向の画素毎に）制御する。これにより、記録シート（紙）の非画像部を流れる電流の影響を排除できるため、トナーを転写するのに必要な電流量だけを正確に付与可能となる。
その際、記録シートの抵抗が低いと、記録シートの非画像部を流れる電流が多くなり、トナーを転写するのに必要な電流量が誤差に埋もれ、様々な印字率の画像に対して、均一な画像（安定した転写効率）が得られないため、２次転写前に事前に記録シートの抵抗を上げるように構成している。

Ａ 画像形成装置（プリンタ）、１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ 画像形成ユニット、２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ 像担持体（感光体ドラム）、４Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ 現像ユニット、５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ １次転写ローラ、６ 中間転写体（中間転写ベルト）、８ 被転写材搬送ベルト、１０ タンデム画像形成部、１２ 搬送ガイド、１３ レジストローラ、１４ ２次転写バイアス電源、１６ 搬送経路、２０ 転写ユニット、２４ 対向部材（対向ローラ、ニップ形成部材）、２６ 導電部材（２次転写ローラ、ニップ形成部材）、３１ 抵抗測定ローラ対（抵抗検知手段の一部）、３４ 電流計（抵抗検知手段の一部）、３５ 高圧電源（抵抗検知手段の一部）、３６ 環境センサ、４０ 定着装置、４１ 定着ローラ、４２ 加圧ローラ、５０ 再送装置

特開２００７−１２１６１９公報 特開２００１−１００５４５公報 特開平０６−２８９６８２号公報 特開平０７−１７５３４０号公報

Claims (7)

1. 像担持体上に形成されるトナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体との間に被転写材を挟持する導電部材と、該導電部材に対して前記中間転写体を介して対向する位置に配設されかつ前記導電部材との間に電界を形成する対向部材と、を有する画像形成装置において、
   前記被転写材の抵抗を上昇させるための被転写材抵抗上昇手段と、前記中間転写体上のトナー像が前記被転写材に転写される前に、該被転写材の抵抗を、前記被転写材抵抗上昇手段によって上げるとともに、前記導電部材又は前記対向部材に流す２次電流値を、前記被転写材に転写される前記トナー像の印字率や画素数に従って大きくなるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記被転写材抵抗上昇手段を通過した前記被転写材を、２次転写タイミングを合わせるレジストローラに向かって搬送する搬送経路を有し、前記被転写材抵抗上昇手段が、前記被転写材に転写された転写後のトナー像を熱によって前記被転写材に固定するために使用される定着装置であり、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で前記中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記定着装置で前記被転写材が加熱されることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記導電部材又は前記対向部材に流す２次電流値を、前記中間転写体上のトナーの帯電量が大きくなるに従って高くなるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上のトナー像が前記被転写材に転写される前に、環境センサによって検知される温度及び湿度のうち少なくとも何れか一方に基づいて、前記被転写材の抵抗を予測する抵抗予測手段、あるいは、前記被転写材の抵抗を検知する抵抗検知手段、を設けるとともに、前記抵抗予測手段による予測結果又は前記抵抗検知手段による検知結果が、所定値よりも小さい場合に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記被転写材の種類に基づいて、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の画像形成装置。
6. パソコンから書類をプリントする際のプリント画面、もしくは画像形成装置本体で書類をコピーする際、前記被転写材の種類を操作パネル上でユーザーが選択することにより、前記導電部材と前記中間転写体との当接部で該中間転写体上に転写されたトナー像が前記被転写材に転写される前に、前記被転写材抵抗上昇手段によって前記被転写材の抵抗を上げることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の画像形成装置。
7. 前記中間転写体がベルト状部材であり、該ベルト状部材の引張り弾性率が２ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の画像形成装置。

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