JP2012252247A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写ローラの周方向の抵抗むらに対応した好ましい定電圧制御を可能とすること。
【解決手段】転写ローラ18にバイアス電圧を印加する電圧印加手段20と、電圧印加手段20に対して定電圧制御を行う電圧制御手段21と、転写ローラ18の電圧を検出する電圧検出手段23と、転写ローラ18の電流を検出する電流検出手段22と、電圧検出手段23により転写ローラ18の回転時に検出された電圧値を記録する記録手段24と、複数の予め決められた上限値及び複数の予め決められた下限値を記憶する記憶手段25と、を備えた画像形成装置において、転写動作中は、電流検出手段22が検出した転写電流が選択された一の上限値よりも大きい場合には、転写電流が一の上限値以下となるように電圧印加手段20を制御し、かつ、検出した転写電流が選択された一の下限値よりも小さい場合には、転写電流が一の下限値以上となるように電圧印加手段20を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置、特に、電子写真方式により紙などの記録媒体上にトナー画像を転写するプリンタや複写機などの画像形成装置に関する。

一般に、電子写真方式でトナー像を担持する像担持体（感光体や中間転写ベルト）から紙などの記録媒体にトナー像を転写するには転写ローラに印加する転写電圧を定電圧制御している。この場合、良好な転写画像を得るには、転写電流を一定の範囲に収めることが重要である。転写電流とは、像担持体と記録媒体とトナーと転写ローラの抵抗体を流れる電流を意味する。

このような定電圧制御として特許文献１には、２次転写電流の上限値及び下限値を記憶しておき、転写電流をモニタすることにより、転写電流が上限値を超えないように、及び、下限値を下回らないように印加電圧を制御することが記載されている。

一方、２次転写の直後に記録媒体を中間転写ベルトから分離する必要があり、記録媒体をスムーズに分離するため、転写ローラの直後に記録媒体から電荷を除去する除電針を設け、該除電針には直流電圧を印加している。特許文献２には、検出された２次転写電流から検出された除電電流を除いた値を転写寄与電流として、該転写寄与電流が規定範囲に入るように、２次転写ローラに印加するバイアス電圧を制御することが記載されている。

ところで、転写ローラとして用いられているイオン導電性ローラは、温度・湿度依存性を有し、温度・湿度の変化により電気抵抗が大きく変動してしまう。近年のごとく画像形成装置の小型化に伴って定着器が転写ローラに近接配置されると、定着器からの放熱により転写ローラが加熱され、抵抗値が大きく変動することになる。つまり、転写部と定着部とが近接することにより、印字動作の立上げ初期から印字動作の途中までの間で転写ローラの抵抗変動が起こりやすくなる。そして、転写ローラは停止中に周方向に抵抗むらが発生し、連続印字であれば、該抵抗むらが解消される傾向にある。

具体的には、非画像形成時に転写ローラが停止した状態が継続されると、高温・高湿環境下では転写ローラの定着器に対向する側では定着熱でローラ表面の水分が揮発して抵抗値が上昇し、逆に定着器の反対側では抵抗値が上昇せず、転写ローラの周方向に局所的な抵抗むらが発生する（図４の曲線Ｍ１参照）。一方、低温・低湿環境下では転写ローラの定着器に対向する側では定着熱でイオン導電性物質が活性化することで抵抗値が下降し、逆に定着器の反対側では抵抗値が下降せず、転写ローラの周方向に局所的な抵抗むらが発生する（図５の曲線Ｍ２参照）。その結果、通紙方向に部分的な電流過剰部と電流不足部とが現われ、画像不良を生じる。但し、連続して画像形成が行われていくと、転写ローラの回転に伴ってローラ表面が均一に昇温され、抵抗むらが解消されていく（図４の曲線Ｎ１及び図５の曲線Ｎ２参照）。

前記特許文献１，２に記載の定電圧制御では、転写ローラの前記周方向の抵抗むらまでも検出することはないので、抵抗むらを無意識に取り込んだ電圧制御を行ってしまい、転写電流を適正な範囲に維持できず、濃度むらのある画像が形成されてしまう。特に、特許文献１では上限値と下限値が固定されているため、画像形成の途中で転写ローラの抵抗むらが解消された後にあっては、固定的な上限値・下限値による制御では転写電流を好ましい範囲に収めることが不能となるおそれがある。

また、特許文献３には、転写ローラの周方向の抵抗むらを検出し、画像形成時の転写電圧を決定する制御を行うことが記載されている。しかし、この制御では、転写ローラの周方向の電流変動に対応可能であるが、記録媒体の抵抗を検出することはないので、抵抗値が通常よりも高い又は低い記録媒体が通紙されると、転写電流が不足又は過剰となり、画像不良が生じてしまう。

特開２００８−２７５９４６号公報 特開２０１０−２４９８７２号公報 特開２００５−０９９２１７号公報

本発明の目的は、転写ローラの周方向の抵抗むらに対応した好ましい定電圧制御が可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明の一形態である画像形成装置は、
トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体とともに記録媒体を挟んで搬送する転写ローラと、
前記転写ローラにバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電圧印加手段に対して定電圧制御を行う電圧制御手段と、
前記転写ローラの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記転写ローラの電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段により前記転写ローラの回転時に検出された電圧値を記録する記録手段と、
前記転写ローラに流れる転写電流の複数の予め決められた上限値及び複数の予め決められた下限値を記憶する記憶手段と、
を備え、
画像形成時において、転写動作に入る前は、前記電圧検出手段により検出された前記転写ローラの周方向の検出電圧を前記記録手段に記録するとともに、該検出電圧に基づいて前記記憶手段から一の上限値及び一の下限値を選択し、
画像形成時において、転写動作中は、前記電流検出手段が検出した転写電流が選択された前記一の上限値よりも大きい場合には、転写電流が前記一の上限値以下となるように前記電圧印加手段を制御し、かつ、前記電流検出手段が検出した転写電流が選択された前記一の下限値よりも小さい場合には、転写電流が前記一の下限値以上となるように前記電圧印加手段を制御すること、
を特徴とする。

前記画像形成装置においては、転写動作に入る前に、電圧検出手段により検出された転写ローラの周方向の検出電圧を記録手段に記録する。同時に、該検出電圧に基づいて記憶手段から一の上限値及び一の下限値を選択する。そして、画像形成時において、転写動作中は、電流検出手段が検出した転写電流が選択された一の上限値よりも大きい場合には、転写電流が一の上限値以下となるように電圧印加手段を制御し、かつ、電流検出手段が検出した転写電流が選択された一の下限値よりも小さい場合には、転写電流が一の下限値以上となるように電圧印加手段を制御する。これにて、転写ローラの周方向の抵抗むらに対応することができ、特に、印字立上げ時の転写ローラの抵抗むら及び連続印字中の抵抗むらの変動に対しても、良好な定電圧制御が可能となる。その結果、トナーの飛散や印字のにじみが未然に防止される。

本発明によれば、転写ローラの周方向の抵抗むらに対応した好ましい定電圧制御が可能であり、良好な転写を維持できる。

画像形成装置を示す概略構成図である。 前記画像形成装置における２次転写領域を模式的に示す説明図である。 印字動作（１枚目及び２枚目）中における２次転写の電流と電圧を示すチャート図である。 高温・高湿時における転写ローラの周方向の抵抗むらを示すチャート図である。 低温・低湿時における転写ローラの周方向の抵抗むらを示すチャート図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分に関しては共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

（画像形成装置の概略構成、図１参照）
図１に示すように、本画像形成装置は、タンデム方式のカラープリンタとして構成され、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像を形成するための作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが中間転写ベルト１０の直下に並置されている。各作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは感光体ドラム２を中心に現像器３や１次転写ローラ４などを配置した周知の構成を有している。中間転写ベルト１０は、支持ローラ１１，１２に無端状に張り渡され、矢印ａ方向に回転駆動される。各感光体ドラム２上に形成されたトナー画像は順次中間転写ベルト１０上に１次転写されてカラー画像に合成される。

記録媒体としての用紙は給紙トレイ１５に積載されており、給紙ローラ１６によって１枚ずつ給紙され、タイミングローラ対１７を経て中間転写ベルト１０と２次転写ローラ１８とのニップ部を通過することにより、２次転写ローラ１８から付与される電界にて前記カラー画像が中間転写ベルト１０から２次転写される。その後、用紙は定着ユニット１９に搬送されてトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５から本体上面に排出される。

（２次転写部の構成、図２参照）
２次転写部においては、図２に模式的に示すように、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ１８とが用紙Ｓを挟んで矢印ｂ方向に搬送しつつ、転写ローラ１８から中間転写ベルト１０に向かってバイアス直流電圧（トナーの負極性に対して正極性の電界）が印加され、この電界によってトナーＴが用紙Ｓに転写される。中間転写ベルト１０は支持ローラ１１を介して接地されている。

転写ローラ１８に対しては直流電源２０が接続され、この直流電源２０は電圧制御部２１によって定電圧制御される。さらに、直流電源２０から転写ローラ１８に流れる電流を転写電流として検出する電流検出器２２が接続され、該電流検出器２２の出力は電圧制御部２１に入力される。また、直流電源２０の出力部とグランドとの間に電圧検出器２３が接続され、該電圧検出器２３の出力は記録部２４に入力される。記憶部２５は、転写電流の複数の予め決められた上限値及び複数の予め決められた下限値を記憶しており、本実施例では第１上限値と第２上限値、及び、第１下限値と第２下限値を持っている。

以下に、印字動作中（１枚目及び２枚目）における２次転写電圧の制御について図３を参照して説明する。図３において、横軸は印字動作が開始されてからの時間（ｍｓ）、左の縦軸に転写電流（μＡ）、右の縦軸に転写電圧（Ｖ）を示している。図３に示す期間中、転写ローラ１８は中間転写ベルト１０に対する圧接／回転を継続されている。

図３に示す動作１の期間は、立上げ時であり、印字信号が発せられて動作が開始されるが、用紙Ｓが未だ２次転写部に搬送されてこない期間である。動作１においては通常の定電圧制御が行われ、かつ、転写ローラ１８の周方向の抵抗むらを検出して制御のための上限値及び下限値を選択する。

動作１においては、
（１）転写ローラ１８を中間転写ベルト１０に圧接／回転させ、直流電源２０から定電流の供給を開始する。
（２）転写ローラ１８の周方向１周分以上の電圧を検出し、該検出電圧を記録部２４に記録する。
（３）転写ローラ１８を圧接／回転させたまま定電流の供給を終了する。
（４）前記検出電圧の平均値を算出し、転写動作時に直流電源２０から出力するバイアス電圧を決定する。
以上は通常行われている定電圧制御である。

（５）検出電圧の最大値及び最小値と前記平均値との差ΔＶ１，ΔＶ２をそれぞれ算出する。ΔＶ１，ΔＶ２は抵抗むらを示している。
ΔＶ１＝電圧最大値−平均値
ΔＶ２＝平均値−電圧最小値
（６）記憶部２５は以下の表１に示すテーブルを備えており、ΔＶ１，ΔＶ２の値に応じて表１に基づいて一の上限値及び一の下限値を選択する。例えば、ΔＶ１が所定値（本例では１０）より大きく、ΔＶ２が所定値より大きい場合は、表１から第１下限値（図３参照）と第１上限値を選択する。なお、図３では制御で上限値は使用されないために図示を省略している。

図３に示す動作２の期間は、１枚目の用紙に対する２次転写処理であり、１枚目の用紙が２次転写部を搬送される期間である。動作２においては前記動作１で選択された上限値及び下限値に基づいて２次転写電流を制御する。

動作２においては、
（１）前記動作１で決定されたバイアス電圧を定電圧制御によって転写ローラ１８に印加する。
（２）転写電流を検出しながら、検出電流が第１下限値を超えている場合には定電圧を維持し、検出電圧が第１下限値よりも小さくなると、バイアス電圧を第１下限値以上となるように上昇させる。
（３）前記（２）の制御を１枚目の通紙が終了するまで継続する。
（４）１枚目の転写終了と同時にバイアス電圧の印加を終了する。

ちなみに、図３において、斜線を付した領域が適正な転写電流領域であり、転写電流がこの領域に収まるように制御することが必要となる。

図３に示す動作３の期間は、通紙間隔の期間（１枚目と２枚目との間）であり、通常の定電圧制御が行われ、かつ、転写ローラ１８の周方向の抵抗むらを検出して制御のための上限値及び下限値を選択する。

動作３においては、
（１）転写ローラ１に対して定電流の印加を開始する。
（２）転写ローラの周方向１周分以上の電圧を検出し、該検出電圧を記録部２４に記録する。
（３）転写ローラ１８を圧接／回転させたまま定電流の供給を終了する。
（４）前記検出電圧の平均値を算出し、転写動作時に直流電源２０から出力するバイアス電圧を決定する。
（５）検出電圧の最大値及び最小値と前記平均値との差ΔＶ１，ΔＶ２をそれぞれ算出する。ΔＶ１，ΔＶ２は前述のごとく抵抗むらを示している。
（６）前記表１に示すテーブルを参照して、ΔＶ１，ΔＶ２の値に応じて一の上限値及び一の下限値を選択する。例えば、ΔＶ１，ΔＶ２が所定値以下である場合は、表１から第２下限値（図３参照）と第２上限値を選択する。なお、図３では制御で上限値は使用されないために図示を省略している。

図３に示す動作４の期間は、２枚目の用紙に対する２次転写処理であり、２枚目の用紙が２次転写部を搬送される期間である。動作４においては前記動作３で選択された上限値及び下限値に基づいて２次転写電流を制御する。

動作４においては、
（１）前記動作１で決定されたバイアス電圧を定電圧制御によって転写ローラ１８に印加する。
（２）転写電流を検出しながら、検出電流が第２下限値を超えている場合には定電圧を維持し、検出電圧が第２下限値よりも小さくなると、バイアス電圧を第２下限値以上となるように上昇させる。
（３）前記（２）の制御を２枚目の通紙が終了するまで継続する。
（４）２枚目の転写終了と同時にバイアス電圧の印加を終了する。

以上で印字処理が終了するのであれば、転写電流の制御も終了し、３枚目以降の印字をするのであれば前記動作３，４が繰り返される。

以上のごとく、本実施例においては、転写動作に入る前に、電圧検出器２３により検出された転写ローラ１８の周方向の検出電圧を記録部２４に記録する。同時に、該検出電圧に基づいて記憶部２５から一の上限値及び一の下限値を選択する。そして、転写動作中は、電流検出器２２が検出した転写電流が選択された一の上限値よりも大きい場合には、転写電流が一の上限値以下となるように直流電源２０を制御し、かつ、電流検出器２２が検出した転写電流が選択された一の下限値よりも小さい場合には、転写電流が一の下限値以上となるように直流電源２０を制御する。これにて、転写ローラ１８の周方向の抵抗むらに対応することができ、特に、印字立上げ時の転写ローラ１８の抵抗むら及び連続印字中の抵抗むらの変動に対しても、良好な定電圧制御が可能となる。その結果、トナーの飛散や印字のにじみが未然に防止される。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、画像形成装置の全体的な構成は任意であり、タンデム方式以外に４サイクル方式であってもよい。また、トナー像の転写元となる像担持体は中間転写ベルト以外に感光体ドラムであってもよい。

以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、転写ローラの周方向の抵抗むらに対応した好ましい定電圧制御が可能である点で優れている。

１０…中間転写ベルト
１８…２次転写ローラ
２０…直流電源
２１…電圧制御部
２２…電流検出器
２３…電圧検出器
２４…記録部
２５…記憶部

Claims (1)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体とともに記録媒体を挟んで搬送する転写ローラと、
   前記転写ローラにバイアス電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段に対して定電圧制御を行う電圧制御手段と、
   前記転写ローラの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記転写ローラの電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧検出手段により前記転写ローラの回転時に検出された電圧値を記録する記録手段と、
   前記転写ローラに流れる転写電流の複数の予め決められた上限値及び複数の予め決められた下限値を記憶する記憶手段と、
   を備え、
   画像形成時において、転写動作に入る前は、前記電圧検出手段により検出された前記転写ローラの周方向の検出電圧を前記記録手段に記録するとともに、該検出電圧に基づいて前記記憶手段から一の上限値及び一の下限値を選択し、
   画像形成時において、転写動作中は、前記電流検出手段が検出した転写電流が選択された前記一の上限値よりも大きい場合には、転写電流が前記一の上限値以下となるように前記電圧印加手段を制御し、かつ、前記電流検出手段が検出した転写電流が選択された前記一の下限値よりも小さい場合には、転写電流が前記一の下限値以上となるように前記電圧印加手段を制御すること、
   を特徴とする画像形成装置。

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