JP2011237712A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常に帯電したトナー像とかぶりトナーとの転写効率の違いを利用して、画像形成条件の小さな変更量で、かぶりトナー付着量の大きな抑制効果が再現性高く得られる画像形成装置を提供する。
【解決手段】光学式センサ１５は、ＡＴＶＣ制御によって設定された転写電圧を用いて感光ドラム１ａ上の画像の白地部から中間転写ベルト９へ転写されたかぶりトナー付着量を検出する。制御部１１０は、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が所定値以下であれば、ＡＴＶＣ制御によって設定した転写電圧をそのまま用いる。しかし、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が所定値を超えている場合には、ＡＴＶＣ制御によって設定された転写電圧よりも絶対値が大きくて、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が所定値に収束するような転写電圧を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体に形成したトナー像を、中間転写体を経由して記録材に転写する画像形成装置、詳しくは最終的に記録材に転写されるかぶりトナーを所定水準以下に抑制する制御に関する。

電子写真プロセスを用いて像担持体の静電像に電気的にトナーを付着させてトナー像を形成し、像担持体に形成したトナー像を中間転写体経由で記録材に転写する画像形成装置が広く用いられている。

電子写真プロセスを用いる画像形成装置では、像担持体上の画像の白地部にかぶりトナーと呼ばれる不必要なトナーが付着して画像品質を低下させる場合がある。かぶりトナーは、現像装置から供給された未帯電トナーや反対極性に帯電した逆帯電トナーであるため、通常に帯電したトナーが付着する画像部には付着しないで、画像の白地部に現像されてしまう。

かぶりトナーは、画像形成装置の起動直後、長時間の連続画像形成時、高温高湿環境等で発生し易く、記録材に形成された最終画像の白地部に色を付けて、画像品質を低下させる。フルカラー画像形成装置の場合は、かぶりトナーが記録材上で他色のトナー像と混色を生じて色彩の再現性を大幅に低下させるため、さらに深刻である。

特許文献１には、カラーパッチを検出するための光学式センサを用いて、非画像形成時に、感光ドラムのかぶりトナー付着量を検出する制御が記載されている。そして、かぶりトナー付着量の検出結果を画像形成条件にフィードバックして、感光ドラムのかぶりトナー付着量を抑制している。また、画像の白地部にトナーを付着させないために設定されるかぶり取り電圧を画像形成時よりも低下させて、意図的にかぶりトナー付着量を増すことにより、画像形成時の感光ドラムのかぶりトナー付着量の推定精度を高めている。

特開２００６−２５９１０１号公報

中間転写体を用いる画像形成装置の場合、特許文献１に示される制御では、かぶりトナー付着量をあまり正確に制御できないことが判明した。像担持体の表面で検出されたかぶりトナー付着量が少なくても、記録材に形成された最終画像では、かぶりトナーの影響が大きく現れる場合がある。逆に、像担持体の表面で検出されたかぶりトナー付着量が相当多くても、記録材に形成された最終画像では、かぶりトナーの影響がほとんど現れない場合がある。

検討を重ねた結果、像担持体から中間転写体へトナーが転写される際に、同じ転写電圧でも、通常に帯電したトナー像とかぶりトナーとでは転写効率が大きく異なっていることが判明した（図７参照）。そして、たまたまかぶりトナーに対して高い転写効率の転写電圧が用いられた場合に、記録材に形成された最終画像で、かぶりトナーの影響が大きく現れることが判明した。

本発明は、通常に帯電したトナー像とかぶりトナーとの転写効率の違いを利用して、画像形成条件の小さな変更量で、かぶりトナー付着量の大きな抑制効果が再現性高く得られる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、形成された前記静電像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、中間転写体に前記像担持体が当接する一次転写部に定電圧の転写電圧を印加して前記像担持体から前記中間転写体へトナー像を転写させる一次転写手段と、前記中間転写のトナー像を記録材へ転写する二次転写手段とを備えたものである。そして、トナー像の転写効率を高めるように設定された転写電圧を前記一次転写部に印加して前記像担持体の白地部から前記中間転写体へ転写された前記中間転写体のかぶりトナー付着量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基いて、前記中間転写体のかぶりトナー付着量が所定値を超える場合には、前記設定された転写電圧よりも絶対値の大きい転写電圧を前記一次転写部に印加してトナー像を転写させる制御手段とを備える。

本発明の画像形成装置では、中間転写体上でかぶりトナー付着量を検出するため、特許文献１のように、像担持体上でかぶりトナー付着量を検出する場合よりも記録材に形成される最終画像に対するかぶりトナー付着量の影響を精密に判断できる。

そして、かぶりトナー付着量が所定値を超える場合には、トナー像の転写効率を高めるように設定された通常の転写電圧よりも絶対値が大きい転写電圧を設定するので、通常に帯電したトナーに比較して、かぶりトナー付着量の転写効率が大きく低下する。このため、一次転写部における画像の転写効率をあまり低下させることなく、かぶりトナー付着量を大きく低下させることができる。

したがって、通常に帯電したトナー像とかぶりトナーとの転写効率の違いを利用して、転写条件の小さな変更量で、かぶりトナー付着量の大きな抑制効果が再現性高く得られる。

画像形成装置の構成の説明図である。 画像形成部の構成の説明図である。 中間転写ベルトの断面構成の説明図である。 制御部の構成の説明図である。 かぶりトナー付着量検出時の光学式センサの出力変化の説明図である。 中間転写ベルトのかぶりトナー付着量と光学式センサの出力の関係の説明図である。 かぶりトナーの転写効率の説明図である。 転写効率差を利用してかぶりトナー付着量を減少させる制御の説明図である。 一次転写電圧の絶対値とかぶりトナー付着量の関係の説明図である。 転写電圧の設定の説明図である。 実施例１の制御のフローチャートである。 トナーの電荷量分布の変化の説明図である。 実施例１の制御の説明図である。 トナーの電荷量分布の変化の説明図である。 実施例２の制御のフローチャートである。 帯電電位とかぶりトナー付着量の関係の説明図である。 帯電電位の制御可能な範囲の説明図である。 実施例２の制御の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、中間転写ベルトの表面でかぶりトナー付着量を検出して転写電圧にフィードバックする限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、フルカラー／モノクロ、タンデム型／１ドラム型の区別無く中間転写型の画像形成装置で広く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

なお、特許文献１に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図２は画像形成部の構成の説明図である。図３は中間転写ベルトの断面構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト９に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト９に転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト９に転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト９に転写される。

中間転写ベルト９は、テンションローラ１２、駆動ローラ１３、及びバックアップローラ１０に掛け渡して支持され、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト９に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。

ピックアップローラ２１によって記録材カセット２０から取り出された記録材Ｐは、分離ローラ２２で１枚ずつに分離してレジストローラ２３へ給送される。レジストローラ２３は、中間転写ベルト９のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置２５で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色が異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材に付した符号末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、制御部１１０は、タッチパネルで構成される操作パネル１０８を通じて各種表示を行い、操作及び設定がなされることにより、画像形成装置１００を制御する。画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ５ａ、クリーニング装置６ａを配置している。

像担持体の一例である感光ドラム１ａは、アルミニウム製シリンダの外周面に、帯電極性が負極性の有機光導電体層（ＯＰＣ）を形成してある。感光ドラム１ａは、不図示の駆動モータから駆動力を伝達されることにより、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａに圧接して従動回転する。電源Ｄ３は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を帯電ローラ２ａに印加して、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の帯電電位ＶＤに帯電させる。感光ドラム１ａ上の帯電電位ＶＤは−７００（Ｖ）であるとする。

静電像形成手段の一例である露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを出力し、レーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。露光によって明部電位ＶＬとなった部分にトナーが付着する。最高濃度のベタ画像を形成するのに必要な明部電位ＶＬは−３５０（Ｖ）である。

静電像形成手段の一例である現像装置４ａは、トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を混合した現像剤を、現像容器４ｉ内でスクリュー４ｇ、４ｈにより攪拌して、トナーを負極性に、キャリアを正極性に摩擦帯電させる。現像剤は、シリカ微粉末を主成分としてトナー粒子の凝集を阻止するとともに、攪拌に伴ってトナー粒子を効率的に摩擦帯電させる外添剤も含む。

帯電した現像剤は、固定マグネット４ｊの周囲で感光ドラム１ａとカウンタ方向に回転する現像スリーブ４ｓに担持され、磁気ブラシを形成して、感光ドラム１ａを摺擦する。

電源Ｄ４は、負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を現像スリーブ４ｓに印加して、現像スリーブ４ｓよりも相対的に正極性となった感光ドラム１ａの静電像へトナーを移動させて、静電像を反転現像する。直流電圧Ｖｄｃは、−５５０（Ｖ）である。

トナー補給部７ａは、静電像の現像に伴って現像装置４ａから取り出されるトナーを補給して、現像容器４ｉ内の現像剤に占めるトナー重量比率（Ｔ／Ｄ比、トナー濃度）を一定に維持する。

一次転写ローラ５ａは、中間転写ベルト９の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト９の間に一次転写部Ｔａを形成する。電源Ｄ１は、一次転写ローラ５ａに正極性の直流電圧を印加して、負極性に帯電して感光ドラム１ａに担持されたトナー像を、一次転写部Ｔａを通過する中間転写ベルト９へ一次転写させる。

クリーニング装置６ａは、クリーニングブレードを感光ドラム１ａに摺擦して、感光ドラム１ａの表面に残留した転写残トナーを除去して、次回のトナー像形成に備えさせる。

二次転写ローラ１１は、バックアップローラ１０に内側面を支持された中間転写ベルト９の外側面に当接して、中間転写ベルト９と二次転写ローラ１１との間に二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１１は、金属製のローラ軸１１ａの外周に抵抗性を付与したスポンジ弾性層１１ｂを配置しており、ローラ軸１１ａに電源Ｄ２が接続されている。バックアップローラ１０は、金属円筒で形成されて、接地電位に接続されている。

電源Ｄ２は、正極性の定電圧を二次転写ローラ１１のローラ軸１１ａへ印加して、中間転写ベルト９に重ね合わせて二次転写部Ｔ２を挟持搬送される記録材Ｐに、中間転写ベルト９からトナー像を静電的に移転させる。

図３は中間転写ベルトの断面構成の説明図である。図３に示すように、中間転写ベルト９は、樹脂層９ａ、弾性層９ｂ、表層９ｃの三層構造からなる弾性ベルトである。中間転写ベルト９は、カーボンを分散したポリイミド系樹脂の樹脂層９ａに重ねて、カーボンを分散したクロロプレーン系ゴムの弾性層９ｂを形成している。弾性層９ｂの表面には、フッ素系ゴム、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴムの弾性材料のうち、２種類以上を使用して、表面エネルギーを小さくして潤滑性を高める材料を分散させた表層９ｃを形成している。表面エネルギーを小さくする材料としては、例えばフッ素樹脂、フッ素化合物、フッ化炭素、二酸化チタン、シリコンカーバイト等の粉体、粒子を１種類あるいは２種類以上または粒径を異ならしたものを採用できる。

樹脂層９ａ、弾性層９ｂ、表層９ｃは、体積抵抗率ρ（Ωｃｍ）を１０^９（Ωｃｍ）に調整してある。中間転写ベルト９の体積抵抗率ρ（Ωｃｍ）は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１法準拠プローブを使用して、印加電圧１００Ｖ、印加時間６０ｓｅｃ、２３度Ｃ５０％ＲＨにて測定したとき、１０^５（Ωｃｍ）≦ρ≦１０^１５（Ωｃｍ）が望ましい。

＜かぶりトナー＞
図２に示すように、画像形成装置１００において、画像形成時における、画像濃度、面積、通紙枚数条件等の違いによっては、現像装置４ａ内のトナーの中には、所望の電荷量より絶対値で極端に低い電荷量をもつトナーが増加する。これらのトナーは、現像装置４ａにより、感光ドラム１ａ上の白地部（画像形成時にトナー画像が形成されない部分）に移って付着し、中間転写ベルト９を介して記録材に転写されて、いわゆるかぶり画像を発生させる。特に、記録材としてコート紙を使用する場合、かぶり画像に対して普通紙以上の高性能が要求される。

かぶり画像のない最終画像を得るため、特許文献１（特開２００６−２５９１０１号公報）では、画像調整モード時に、光学式センサによって感光ドラム上のかぶりトナー付着量を検出し、検出結果に応じて現像条件を設定している。この際、かぶり取り電圧を画像形成時より小さく設定して、感光ドラム上の白地部のトナー濃度を測定している。

しかし、特許文献１の方法は、画像形成時、各色の感光ドラムのかぶりトナー付着量を良化させるために現像条件だけを変更し、記録材上でのかぶりを良化させようとしている。この場合、現像バイアス等の設定値によっては、通常画像部の濃度が変動したり、キャリア付着等の画像劣化が発生したりする可能性がある。

また、特許文献１の方法は、画像形成時、各色の感光ドラムのかぶりトナーは、中間転写ベルト上で重ね合わされて記録材に二次転写される場合には不都合がある。各色の感光ドラム上のかぶり画像を良化させたとしても、これらが、一次転写を経て、どの程度中間転写ベルト上にかぶりトナーとして存在するかは判断がつかない。結果として、記録材上の白地部かぶりが、ユーザーが求めるレベルにまで良化していない可能性がある。

ゆえに、ユーザーが求めるレベルにまで的確にかぶり画像を良化させるには、画像劣化を発生させないことは勿論のこと、中間転写ベルト上に各色重ね合わせたかぶりトナー付着量を精密に把握し、中間転写ベルト上のかぶりトナー量を制御することが必要である。

そこで、以下の実施例では、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出し、検出結果に応じて画像形成条件を変えて、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を抑制して記録材上のかぶり画像を防止する。

すなわち、画像濃度制御用を兼ねた光学式センサ１５により、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出し、かぶりトナー付着量に応じて画像形成条件を変更する。具体的には、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量が多い時、一次転写ローラ５ａに印加する一次転写電圧の絶対値を大きくする。しかし、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量が、ある値未満では、画像形成条件の変更を実行しない。電源投入時に、中間転写体上のかぶりトナー量を検知し、かぶりトナー量に応じて画像形成条件を変更する。

＜光学式センサ＞
図２に示すように、制御部１１０は、画像形成時、露光装置３ａを制御して、感光ドラム１ａに形成される画像の間隔にカラーパッチＳＴを形成して、中間転写ベルト９に一次転写する。制御部１１０は、中間転写ベルト９に転写されたカラーパッチＳＴを光学式センサ１５によって検出し、検出結果に基づいて画像形成部Ｐａにおけるトナー像の形成条件を調整する。光学式センサ１５は、中間転写ベルト９に赤外光を斜め照射して正反射光を検知することにより、中間転写ベルト９の表面とカラーパッチＳＴとのコントラストとして、カラーパッチのトナー載り量を検出する。光学式センサ１５は、内部のＬＥＤ１５ｅから赤外線の検知光を射出して、中間転写ベルト９に斜め入射させ、ＬＥＤ１５ｅとほぼ対称位置に配置された受光素子１５ｆで中間転写ベルト９からの正反射光を検出する。ＬＥＤ１５ｅと受光素子１５ｆとは、実際には、中間転写ベルト９を幅方向に横断する垂直な面内に、光軸が配置されている。

制御部１１０は、中間転写ベルト９に担持される画像の間隔にレジマークｋを形成し、光学式センサ１５を用いてレジマークを検出し、検出結果に基づいて静電像の書き込みタイミングを調整する。制御部１１０は、図１に示す画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが、それぞれ中間転写ベルト９に一次転写したレジマークを検出して、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにおける静電像の書き込み開始（露光）タイミングを調整する。

＜転写電圧制御＞
制御部１１０は、画像形成装置の画像形成ジョブごとの起動時と連続画像形成２時間ごとのタイミングでＡＴＶＣ制御を実行して、一次転写ローラ５ａに印加される一次転写電圧Ｖを再設定する。上述したベタ画像における転写効率が最大値となる一次転写電流設定値を予め画像形成装置１００が有しており、その目標電流値となるよう、一次転写ローラ５ａに印加する電圧をＡＴＶＣ制御によって決定している。

一次転写部Ｔ１でベタ画像の転写効率が最大となる一次転写電流設定値は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ全て同じで３０μＡである。しかし、一次転写ローラ５ａの抵抗値は、温度湿度、連続通電時間によって大きく変化するため、定期的に非画像形成時を作ってＡＴＶＣ制御を実行して、定電圧の一次転写電圧Ｖを設定し直している。

具体的な手順としては、電源Ｄ１を制御して、最後の画像形成で用いた一次転写電圧Ｖと、Ｖ１＋５００Ｖ、Ｖ１−５００Ｖの三段階の電圧を一次転写ローラ５ａに印加して電流検出回路Ａ１により転写電流値を測定する。そして、３つの電流−電圧データをサンプリングして補間演算することにより、転写電流値が３０μＡとなる一次転写電圧Ｖを求めて、それまでの設定と置き換える。

ここでは、最後に実行されたＡＴＶＣ制御において、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋそれぞれの一次転写電圧Ｖは、２５００（Ｖ）、２４００（Ｖ）、２６００（Ｖ）、２４５０（Ｖ）に設定されたとする。

＜制御部＞
図４は制御部の構成の説明図である。図５はかぶりトナー付着量検出時の光学式センサの出力変化の説明図である。図６は中間転写ベルトのかぶりトナー付着量と光学式センサの出力の関係の説明図である。

図４に示すように、ＣＰＵ１０４は、中央演算装置であって、ホスト装置から印刷情報を受け取ると、画像形成装置１００の各部の制御やデータ処理などを実行する。ＲＯＭ１０１には、ＣＰＵ１０４の各処理手順に関する処理プログラムが記憶され、ＲＡＭ１０２は、その処理手順実行の際のワークエリアなどとして用いられる。すなわち、ＣＰＵ１０４は、ＲＯＭ１０１に記憶されている制御プログラムにより、ホスト装置から受信した印字情報を、ＲＡＭ１０２などの周辺ユニットを用いて処理し、印字データに変換するなどの処理を実行する。また、ＣＰＵ１０４は、電源Ｄ１を介して一次転写部Ｔ１に印加する転写電圧を制御し、電源Ｄ３、Ｄ４を介して画像形成部Ｐａの電圧を制御する。

制御部１１０は、カラーパッチの検出を兼ねた光学式センサ１５を用いて、上述したＡＴＶＣ制御に続くタイミングで、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出する。中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量を検知するタイミングは、画像形成装置１００の電源をオンした時と、その後２時間ごとのタイミングである。そして、制御部１１０は、かぶりトナー付着量が所定値の一例である２．５％を超えて検出された場合、かぶりトナー付着量が２．５％を割り込む水準まで、一次転写電圧Ｖを上昇させる。

図５に示すように、制御部１１０は、かぶりトナーを検知するタイミングが来ると、最初に、中間転写ベルト９上にかぶりトナーが無い状態で、光学式センサ１５によって中間転写ベルト９の反射光量値Ｖ１を読み取る。中間転写ベルト９上にかぶりトナーが無い状態とは、通常の画像形成状態と比較し、帯電電位ＶＤ＝０（Ｖ）、露光なし、現像交流電圧Ｖａｃ＝０（Ｖ）、直流電圧Ｖｄｃ＝０（Ｖ）、現像スリーブ回転停止の状態である。

制御部１１０は、続いて、中間転写ベルト９上にかぶりトナーが有る状態で、光学式センサ１５によって反射光量値Ｖ２を読み取る。中間転写ベルト９上にかぶりトナーがある状態とは、通常の白地画像の形成状態である。

制御部１１０は、読み取った出力Ｖ１、Ｖ２からその差分Ｖ１−Ｖ２を求め、図６に示すように、予め準備された差分とかぶりトナー付着量の関係テーブルを差分Ｖ１−Ｖ２で参照して、かぶりトナー付着量（％）を求める。かぶりトナー付着量（％）は次のように定義される。最高濃度画像トナー載り量は、８ビット２５５階調におけるベタ画像トナー載り量のことである。
かぶりトナー付着量（％）＝かぶりトナー載り量／最高濃度画像トナー載り量

ここで、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量は、２．５％未満であれば、記録材Ｐ上でかぶり画像があまり目立たないが、２．５％を超えると、非常に目立ち始める。このため、ここでは、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量が２．５％未満に収まるように、一次転写電圧Ｖを調整する。

＜かぶりトナー付着量の制御＞
図７はかぶりトナーの転写効率の説明図である。図８は転写効率差を利用してかぶりトナー付着量を減少させる制御の説明図である。図９は一次転写電圧の絶対値とかぶりトナー付着量の関係の説明図である。図１０は転写電圧の設定の説明図である。

図７に示すように、ＡＴＶＣ制御によって設定された設定値の近傍では、転写効率がピークを形成しているため、一次転写電圧Ｖを変化させても、最高濃度画像に対する転写効率はあまり変化しない。しかし、未帯電トナー、逆帯電トナーが主体のかぶり画像に対しては、一次転写電圧Ｖを少し上げると、転写効率が大幅に低下して、感光ドラム１ａから中間転写ベルト９へあまり転写されなくなる。

そこで、制御部１１０は、かぶりトナー付着量が２．５％を超えて検出された場合には、一次転写電圧Ｖの絶対値を大きくし、感光ドラム１ａから中間転写ベルト９へ転写されるかぶりトナーを減らす。感光ドラム１ａ上のかぶりトナーは、トナーの電荷量がほぼゼロに近いので、一次転写電圧Ｖの絶対値を大きくすると、電荷注入を受けた際に逆帯電し易く、逆帯電したトナーは感光ドラム１ａに残ってクリーニング装置６ａに回収される。

しかし、ＡＴＶＣ制御によって設定された一次転写電圧Ｖは、最高濃度画像の転写効率が最大となる設定値であるから、絶対値を大きくすると、転写効率が低下して肝心の画像濃度の低下が発生する可能性がある。また、一次転写電圧Ｖの絶対値を大きくし過ぎると、一次転写部Ｔ１で放電が発生して画像不良になる可能性がある。

このため、破線で示すように、最高濃度画像の転写効率が所定値を割り込まない範囲で一次転写部Ｔ１の絶対値を大きくする。この範囲を余裕度（ラチチュード）と呼ぶ。

図８の（ａ）に示すように、一次転写部Ｔ１のラチチュードの観点より、一次転写電圧Ｖの増加範囲は、ＡＴＶＣ設定値＋３００（Ｖ）を上限値としている。この範囲であれば、最大の＋３００（Ｖ）とした場合でも、転写効率は、最高値に比較すれば低下するものの、目立った画像不良を発生することが無いからである。一方、図８の（ｂ）に示すように、この範囲であっても、かぶり画像は良好に改善される。

制御部１１０は、ＡＴＶＣ設定値＋３００（Ｖ）までの範囲で、かぶりトナー付着量が２．５％未満となる一次転写電圧Ｖを見つけ出して設定する。この時、最高濃度画像の転写効率の低下を避けるべく、できるだけＡＴＶＣ設定値に近い一次転写電圧Ｖが望ましい。このため、かぶりトナー付着量が目立たないで済む２．５％ぎりぎりとなるようにして、ＡＴＶＣ設定値からの乖離を最小限に抑えている。

図９に示すように、実験の結果、一次転写電圧Ｖの絶対値を５０（Ｖ）大きくするごとに、かぶりトナー付着量が０．２％低下することが確認されている。制御部１１０は、光学式センサ１５の出力の差分値（Ｖ１−Ｖ２）に応じて、かぶりトナー付着量を２．５％未満にするために必要な一次転写電圧Ｖの予測オフセット値を計算する。

図１０に示すように、続いて、制御部１１０は、計算した予測オフセット値と、その予測オフセット値±５０Ｖの三段階の一次転写電圧Ｖを一次転写部Ｔ１に印加して、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量を再確認する。

そして、制御部１１０は、三段階の一次転写電圧Ｖのうち、かぶりが２．５％を割り込む最小の予測オフセット値をＡＴＶＣ設定値に加算して、画像形成に用いる一次転写電圧Ｖを設定する。

＜実施例１＞
図１１は実施例１の制御のフローチャートである。図１２はトナーの電荷量分布の変化の説明図である。図１３は実施例１の制御の説明図である。

実施例１では、かぶりトナー付着量を検出して所定値に誘導する制御について具体的に説明する。

図１１に示すように、制御部１１０は、かぶりトナー付着量の検出タイミングが来ると（Ｓ１１）、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出する（Ｓ１２）。検出手段の一例である光学式センサ１５が、転写電圧設定手段の一例であるＡＴＶＣ制御によって設定された転写電圧を用いて感光ドラム１ａ上の画像の白地部から中間転写ベルト９へ転写されたかぶりトナー付着量を検出する。

そして、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が所定値以下、すなわち反射光量値Ｖ１と反射光量値Ｖ２の差分が０．５Ｖ未満であれば（Ｓ１３のＹｅｓ）、ＡＴＶＣ制御によって設定した転写電圧をそのまま用いる（Ｓ１４）。

しかし、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が所定値を超える場合には、制御部１１０は、ＡＴＶＣ制御によって設定された転写電圧よりも絶対値の大きい転写電圧を設定する（Ｓ１６〜Ｓ１８）。制御部１１０は、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量を所定値に誘導するように転写電圧を設定する（Ｓ１６〜Ｓ１８）。

制御部１１０は、ＡＴＶＣ制御によって設定した転写電圧よりも絶対値の大きな複数段階の転写電圧を一次転写部Ｔ１に印加する（Ｓ１６）。光学式センサ１５は、感光ドラム１ａの画像の白地部から転写されたかぶりトナー付着量をそれぞれ検出する（Ｓ１７）。

実施例１では、中間転写ベルト上のかぶりトナー付着量が２．５％を超えるかどうかを判断基準とする。この基準は、図６に示すように、光学式センサ１５で検出したＶ１とＶ２の差分で見て０．５（Ｖ）に相当する。
（１）Ｖ１−Ｖ２＜０．５の場合は、かぶりトナー付着量が２．５％未満なので、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の一次転写電圧Ｖの設定値を変更しない。
（２）Ｖ１−Ｖ２≧０．５の場合は、かぶりトナー付着量が２．５％以上なので、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の一次転写電圧Ｖの絶対値を大きくする。

図１０に示すように、かぶりトナー付着量を２．５％未満にするために必要な一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値Ｖｘ（Ｖ）を計算する。次に、オフセット電圧値Ｖｘの最近傍のオフセット電圧値Ｖｘ−５０（Ｖ）と、オフセット電圧値Ｖｘ＋５０（Ｖ）とを求める。

そして、三段階のオフセット電圧値を、実際に一次転写ローラ５ａに印加して、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量が改善されたかどうかを確認する。そして、印加した三段階の一次転写電圧Ｖのうち、かぶりが２．５％を切る最小の値（図１０ではＶｘ）を、続く画像形成で用いる一次転写電圧Ｖの設定値とする。画像形成で用いる一次転写電圧Ｖの設定値は、ＡＴＶＣ制御による設定値＋３００（Ｖ）を上限とする。

図１２に示すように、トナーの電荷量分布が変化して電荷量の少ないトナーが増えると、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量が増えて記録材に形成される画像のかぶり画像が濃くなる。

図２を参照して図１３に示すように、画像形成装置１００の電源オン時のＶ１−Ｖ２は、Ｖ１−Ｖ２＝０．４（Ｖ）であった。図６に示すように、このとき、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量は２．０％であるので、通常の画像形成を行った（Ｓ１４）。

しかし、２時間後に再度、かぶりトナー付着量を検出したところ、図１２に示すように、Ｖ１−Ｖ２＝０．６（Ｖ）となり、かぶりトナー付着量が３．０％となった（Ｓ１３のＹＥＳ）。ここで、図９に示すように、一次転写電圧Ｖを５０（Ｖ）大きくするごとに、かぶりが０．２％改善されるので、かぶりを２．５％未満にするには、一次転写電圧ＶをＡＴＶＣ制御による設定値に対し、＋１２５（Ｖ）シフトさせる必要がある。

しかし、トナーの電荷量分布によっては、一次転写電圧Ｖを５０（Ｖ）大きくするごとに、かぶりが丁度０．２％改善するわけではなく、多少の振れが発生する。このため、一次転写電圧ＶをＡＴＶＣ制御による設定値に対して、＋７５（Ｖ）、＋１２５（Ｖ）、＋１７５（Ｖ）の三段階に振った。

実際に三段階の一次転写電圧Ｖを印加して光学式センサ１５によりかぶりトナー付着量を検出した（Ｓ１６）。検出結果を図１３に示す。３点の内、かぶりトナー付着量２．５％未満を満たす最低電圧は、一次転写電圧ＶをＡＴＶＣ制御により決定された電圧に対し＋１２５（Ｖ）した電圧である。この時のかぶりトナー付着量は２．４％で、規定値２．５％未満となる。よって、ＡＴＶＣ制御により決定された電圧に対し＋１２５（Ｖ）の電圧を通常画像形成時の一次転写電圧Ｖの設定値とする（Ｓ１８）。

以上のように、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出し、Ｖ１とＶ２の差分に応じて、かぶりを２．５％未満にするために必要な、一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値を計算する。次に、その計算値の最近傍の一次転写電圧Ｖ（予想オフセット値と、予想オフセット値±５０Ｖ）を転写部材に印加して、中間転写ベルト９上のかぶりが改善されたかどうかを検知し、制御する。これにより、記録材上のかぶりを２．５％未満にすることが可能となった。

なお、実施例１では、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出し、かぶりトナー付着量に応じて画像形成条件を変更するタイミングは、電源投入時と、所定時間経過するごとである。しかし、かぶりトナー付着量に応じて画像形成条件を変更するタイミングは、電源投入時と、所定枚数プリントアウトするごとでもよい。

＜実施例２＞
図１４はトナーの電荷量分布の変化の説明図である。図１５は実施例２の制御のフローチャートである。図１６は帯電電位とかぶりトナー付着量の関係の説明図である。図１７は帯電電位の制御可能な範囲の説明図である。図１８は実施例２の制御の説明図である。

図１４に示すように、トナーの電荷量分布が変化して、図１２よりもさらに電荷量の少ないトナーが増えると、中間転写ベルト９のかぶりトナー付着量がさらに増えて記録材に形成される画像のかぶり画像が一段と濃くなる。このような場合に実施例２の制御は有効である。

実施例２では、かぶりトナー付着量を２．５％未満にするために必要な一次転写電圧Ｖのシフト量が３００Ｖ以下であれば、実施例１と同様に一次転写電圧Ｖを設定する。従って、図１５のフローチャート中、実施例１と共通する制御には図１１と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

実施例２では、かぶりトナー付着量が多すぎて、一次転写電圧Ｖの必要なシフト量が３００Ｖを超える場合、一次転写電圧Ｖのシフト量を３００Ｖに固定して、残りのかぶりトナー付着量の削減を帯電電位ＶＤの調整に委ねる。

図１５に示すように、トナー像の転写効率が所定の下限値に達してもかぶりトナーの付着量が所定値を超える場合（Ｓ２１のＹｅｓ）、現像装置４ａにおけるかぶり取り電圧を高めてかぶりトナー付着量を抑制する（Ｓ２２〜Ｓ２５）。かぶり取り電圧は、現像装置４ａの電圧条件を固定して、感光ドラム１ａの帯電電位を変化させることにより高められる。光学式センサ１５は、トナー像の転写効率が所定の下限値となる転写電圧を用いて、感光ドラム１ａから中間転写ベルト９へ転写されたかぶりトナー付着量を、複数段階に異ならせた帯電電位にてそれぞれ検出する（Ｓ２４）。

制御部１１０は、かぶりトナー付着量を２．５％未満にするために必要な一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値Ｖｘ（Ｖ）を計算する（Ｓ１６Ａ）。しかし、オフセット電圧値ＶｘがＡＴＶＣ制御による設定値＋３００（Ｖ）の範囲を超える場合（Ｓ２１のＹｅｓ）、転写効率の余裕度の観点より、これ以上転写電圧を上げることができない。

そこで、一次転写電圧Ｖを、ＡＴＶＣ制御による設定値＋３００（Ｖ）に固定した後（Ｓ２２）、帯電電位ＶＤの絶対値を大きくし、かぶり取り電圧Ｖｂａｃｋを大きくすることでかぶり画像を良化させる（Ｓ２３〜Ｓ２５）。

図１６に示すように、実験結果により、帯電電位ＶＤを１０（Ｖ）大きくするごとに、かぶりトナー付着量は０．２％改善されることが判明している。この関係を用いてかぶりトナー付着が２．５％を割り込むような最小の帯電電位ＶＤｘを算出する（Ｓ２３）。そして、ＶＤｘ、ＶＤｘ−１０（Ｖ）、ＶＤｘ＋１０（Ｖ）の三段階の帯電電位となるように、実際に帯電ローラ２ａに電圧を印加して白地画像を形成し、光学式センサ１５により中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出する（Ｓ２４）。

なお、帯電電位ＶＤを変更しても画像の最高濃度が一定に保たれるには、明部電位ＶＬと直流電圧Ｖｄｃの差分である現像コントラストが一定に確保される必要がある。実施例２では、帯電電位ＶＤの変更に伴って露光装置３ａのレーザー発光強度を変更して明部電位ＶＬを調整することにより、現像コントラストを一定に保っている。

図１７に示すように、制御部１１０は、かぶりトナー付着量が２．５％を切る最小の帯電電位ＶＤｘを画像形成で用いる帯電電位ＶＤの設定値とする（Ｓ２５）。なお、帯電電位ＶＤを＋６０（Ｖ）以上シフトさせるとキャリア付着が目立ち始めることが実験で確認されている。このため、帯電電位ＶＤの余裕度（ラチチュード）は＋６０（Ｖ）を上限とする必要がある。

図２を参照して図１８に示すように、画像形成装置１００の電源オン時のＶ１−Ｖ２は、Ｖ１−Ｖ２＝０．９（Ｖ）であった。図６に示すように、このとき、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量は４．５％である。この場合、図９の関係に基づいて、かぶりトナー付着量を２．５％未満にするために必要な一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値を計算したところ、ＡＴＶＣ制御による設定電圧＋４００（Ｖ）が必要であった。

しかし、上述したように、転写効率の観点から一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値は、ＡＴＶＣ制御による設定値に対し＋３００（Ｖ）が上限である。このため、一次転写電圧Ｖは、その上限値に設定する（Ｓ２２）。しかし、この状態でかぶりトナー付着量を検出したところ、Ｖ１−Ｖ２＝０．６（Ｖ）であり、図６の関係からかぶりトナー付着量は３．０％である。よって、制御部１１０は、かぶりトナー付着量が２．５％未満となるまで、帯電電位ＶＤを制御する。

帯電電位ＶＤを変更してかぶりトナー付着量を３．０％から２．５％未満へ誘導するための帯電電位ＶＤのオフセット電圧値は、図１６の関係を用いて以下のように計算される。
（３．０−２．５）×１０（Ｖ）／０．２＝２５（Ｖ）

よって、図１８に示すように、ＶＤを設定値＋１５（Ｖ）、設定値＋２５（Ｖ）、設定値＋３５（Ｖ）の三段階に振って実際にかぶりトナー付着量を検出した。その結果、帯電電位ＶＤを設定値＋２５（Ｖ）としたときに、かぶりが２．４％となり、規定値２．５％未満となった。

よって、帯電電位ＶＤを設定値＋２５（Ｖ）とし、この電圧を画像形成時の帯電電位ＶＤの設定値とした。

実施例２では、中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検知し、Ｖ１とＶ２の差分に応じて、かぶりを２．５％未満にするために必要な、一次転写電圧Ｖのオフセット電圧値を計算する。

次に、その計算値の最近傍の一次転写電圧Ｖの予想オフセット電圧値が、＋３００（Ｖ）を超えてしまう場合、転写効率の観点より、これ以上転写電圧を上げることができない。このため、一次転写電圧Ｖを、ＡＴＶＣ制御による設定値＋３００（Ｖ）に固定した後、帯電電位ＶＤの絶対値を大きくし、かぶり取り電圧Ｖｂａｃｋを大きくすることでかぶりを良化させる。その際、かぶりトナー付着量が２．５％を切る最小の値ＶＤｘを算出し、ＶＤｘ−１０（Ｖ）、ＶＤｘ＋１０（Ｖ）の三段階の帯電電位となるように実際に一次転写部Ｔ１に転写電圧を印加して中間転写ベルト９上のかぶりトナー付着量を検出する。そして、かぶりトナー付着量が実際に２．５％を切る最小の値を帯電電位ＶＤの設定値とする。ここで、帯電電位ＶＤは、図１７に示すように絶対値が７００Ｖ＋６０（Ｖ）を超えると、キャリア付着量が目立ち始めるので、−７６０（Ｖ）を上限とする。このような制御を実行することで、記録材上のかぶりを２．５％未満にすることが可能となった。

なお、実施例２では、中間転写ベルト９上のかぶりトナー量が多い時、一次転写電圧の絶対値を大きくするとともに、帯電電位の絶対値を大きくする。しかし、帯電電位の代わりに現像スリーブ４ｓに印加する直流電圧Ｖｄｃの絶対値を小さくしてもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 感光ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 帯電ローラ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 現像装置
４ｉ マグネット、４ｓ 現像スリーブ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 一次転写ローラ
９ 中間転写ベルト、１５ 光学式センサ
１００ 画像形成装置、１１０ 制御部
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 電源

Claims (8)

1. 像担持体と、前記像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、形成された前記静電像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、中間転写体に前記像担持体が当接する一次転写部に定電圧の転写電圧を印加して前記像担持体から前記中間転写体へトナー像を転写させる一次転写手段と、前記中間転写のトナー像を記録材へ転写する二次転写手段と、を備えた画像形成装置において、
   トナー像の転写効率を高めるように設定された転写電圧を前記一次転写部に印加して前記像担持体の白地部から前記中間転写体へ転写された前記中間転写体のかぶりトナー付着量を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基いて、前記中間転写体のかぶりトナー付着量が所定値を超える場合には、前記設定された転写電圧よりも絶対値の大きい転写電圧を前記一次転写部に印加してトナー像を転写させる制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記中間転写体のかぶりトナー付着量が所定値を超える場合には、前記中間転写体のかぶりトナー付着量を前記所定値に誘導するように調整された転写電圧を前記一次転写部に印加してトナー像を転写させることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記中間転写体のかぶりトナー付着量が所定値以下の場合には、前記設定された転写電圧をそのまま前記一次転写部に印加してトナー像を転写させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記検出手段は、前記設定された転写電圧よりも絶対値の大きな複数段階の転写電圧を前記一次転写部に印加して前記像担持体の白地部から転写された前記中間転写体のかぶりトナー付着量をそれぞれ検出することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、トナー像の転写効率が所定の下限値に達してもかぶりトナーの付着量が所定値を超える場合には、前記現像手段におけるかぶり取り電圧を高めることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記かぶり取り電圧は、前記現像手段の電圧条件を固定して前記帯電手段による前記像担持体の帯電電位を変化させて高められ、
   前記検出手段は、トナー像の転写効率が所定の下限値となる転写電圧を前記一次転写部に印加して前記像担持体の白地部から転写された前記中間転写体のかぶりトナー付着量を、複数段階に異ならせた前記帯電電位にて、それぞれ検出することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 非画像形成時に、トナー像の転写効率を高めるように転写電圧が設定された後に、前記検出手段が前記中間転写体のかぶりトナー付着量を検出す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。
8. 前記検出手段は、前記露光手段を制御して前記像担持体に形成して前記中間転写体に転写したカラーパッチを検出するための光学式センサを兼ねていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の画像形成装置。

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