JP2018155906A

JP2018155906A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2018155906A
Application number: JP2017052435A
Authority: JP
Inventors: 青木信次; Shinji Aoki; 長谷川慶; Kei Hasegawa; 山田晋太郎; Shintaro Yamada; 足立理恵; Rie Adachi; 寺田洋介; Yosuke Terada
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US20180267452A1; US10281862B2

Abstract

【課題】転写部材や中間転写体、転写材の抵抗やトナーの付着量・帯電量、潜像担持体の膜厚・汚染状態が初期的に、あるいは経時で変動しても、適切にトナーを転写する。【解決手段】同じ濃度を有する複数の中間調画像と、該複数の中間調画像のうちの少なくとも一つの中間調画像の潜像担持体一周分に相当する下流位置に前記中間調画像よりも単位面積当たりのトナー量が多いトナー像とを、回転する転写電界形成対象物に、所定の転写電圧で転写して、前記転写電界形成対象物に形成された前記複数の中間調画像の濃度を検知し、その濃度の差に基づいて、画像形成時の一次転写電圧を決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

プリンタ、複写機、ファクシミリ等、電子写真方式の画像形成装置は、潜像担持体のトナー像をコピー用紙等、転写材に直接に転写する直接転写方式のものと、潜像担持体のトナー像を中間転写ベルト等、中間転写体に重畳転写してから転写材に二次転写する中間転写方式（間接転写方式ともいう）のものとが知られている。いずれの方式も、転写電界形成対象物（直接転写方式の搬送ベルトや中間転写方式の中間転写ベルトであるベルト部材及び転写材）に、転写部材（一次転写部材や二次転写部材）を用いて、トナー像の帯電極性を反対極性又は同極性の転写バイアスを印加して転写電界を形成し、静電引力又は静電斥力を利用してトナー像を転写材や中間転写体に転写するものである。

このような画像形成装置におけるベルト部材や転写部材は、一般に半導体性の素材からなり、製造品質のバラツキや画像形成装置の使用環境下により、その表面の電気抵抗が大きく変動する。即ち、それらの電気抵抗は、常温常湿の環境下を基準とすると低温低湿の環境下では大きくなり、高温高湿の環境下では小さくなる。また、一般的に素材の経年劣化により電気抵抗が大きくなる。そのため、常温常湿環境下を基準として転写バイアスを所定の一定電圧に設定して制御する定電圧制御では、低温低湿環境下ではベルト部材等の電気抵抗が大きいことにより転写バイアスによって付与される電荷が減少し、転写電界が弱すぎて転写効率が悪くなり、高温高湿環境下では逆に転写に必要な電荷より多くの電荷が付与され、転写ニップの下流域でベルト部材等の余剰電荷で潜像担持体が再び帯電され、潜像担持体を初期化する際に帯電量が不足し、潜像担持体の静電潜像が消去されず、次回の転写時に転写される残像現象が発生するという問題を生じる。

このような問題を解決するために、特許文献１では、前回転工程中に転写ローラから感光ドラムに所望の定電流を印加し、そのとき発生する電圧値を測定することで転写ローラの抵抗を検知し、画像形成工程の転写時にその抵抗値に応じた電圧を転写電圧として定電圧制御で転写ローラに印加している。また特許文献２では、表面電位センサの測定値の経時変化から中間転写ベルトの表面抵抗率を推定して、転写バイアスを決定する画像形成装置が提案されている。

ところが、トナーを転写する上での転写電界や、該電界を形成するために必要となる転写電圧・電流の最適値は、転写部材や中間転写体、転写材の抵抗やトナーの付着量・帯電量、潜像担持体の膜厚・汚染状態によって異なるため、特許文献１や特許文献２に開示された制御を行っても、これらの因子が初期的、又は経時で変動すると、適切にトナーを転写できない問題があった。

本発明は、転写部材や中間転写体、転写材の抵抗やトナーの付着量・帯電量、潜像担持体の膜厚・汚染状態が初期的に、あるいは経時で変動しても、適切にトナーを転写することを課題とする。

前記課題は、同じ濃度を有する複数の中間調画像と、該複数の中間調画像のうちの少なくとも一つの中間調画像の潜像担持体一周分に相当する下流位置に前記中間調画像よりも単位面積当たりのトナー量が多いトナー像とを、回転する転写電界形成対象物に、所定の転写電圧で転写して、前記転写電界形成対象物に形成された前記複数の中間調画像の濃度を検知し、その濃度の差に基づいて、画像形成時の一次転写電圧を決定することによって、解決される。

本発明によれば、回転する転写電界形成対象物に、所定の転写電圧で、複数の中間調画像と、該中間調画像よりも単位面積当たりのトナー量が多いトナー像とを、形成して、検知される前記複数の中間調画像の濃度の差に基づいて、画像形成時の一次転写電圧を決定するので、転写部材や中間転写体、転写材の抵抗やトナーの付着量・帯電量、潜像担持体の膜厚・汚染状態が初期的に、あるいは経時で変動しても、適切にトナーを転写することができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置であるカラープリンタの構成を示す概略図である。図１のプリンタにおけるブラック用の作像ユニットを示す拡大構成図である。図１のプリンタにおける一次転写電圧調整時に中間転写ベルト上に転写されるベタトナーパッチと中間調トナーパッチを示す模式図である。図１のプリンタにおける光学センサユニットの正反射型フォトセンサを示す拡大概略図である。転写電界とトナーの転写率の関係を示すグラフである。転写電圧が低い場合の転写前電位と転写後電位を示す概念図である。転写電圧が高い場合の、トナーにより転写からの電圧の一部が取られる様子と転写後電位を示す概念図である。図１のプリンタにおける一次転写電圧調整時に中間転写ベルト上に転写されるベタトナーパッチと中間調トナーパッチを示す別の模式図である。図１のプリンタにおける一次転写電圧調整時に中間転写ベルト上に転写されるベタトナーパッチと中間調トナーパッチを示す更に別の模式図である。図１のプリンタにおける一次転写電圧調整時に中間転写ベルト上に転写されるベタトナーパッチと中間調トナーパッチを示すなお別の模式図である。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラープリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本プリンタを示す概略構成図である。同図において、このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（以下、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと記す）のポリエステル系重合トナー（平均粒径６．５μｍ）からなるトナー像を形成するための４つの作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えている。

これら作像ユニットは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹトナー，Ｍトナー，Ｃトナー，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同じ構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｋトナー像を形成するための作像ユニット１Ｋを例にすると、図２に示すように、潜像担持体たるドラム状の感光体２Ｋ（直径３０ｍｍの有機感光体）、ドラムクリーニング装置３Ｋ、帯電装置４Ｋ、現像器５Ｋ等を備えている。作像ユニット１Ｋは、プリンタ本体に脱着可能であり、一度に消耗部品を交換できるようになっている。なお、この感光体２Ｋの移動速度、即ち、本装置のプロセス線速は１４０ｍｍ／ｓである。

ローラ部材で成る帯電装置４Ｋには１．１〜１．２ｋＶの直流電圧が印加されており、図中時計回りに回転する感光体２Ｋの表面を−０．５〜−０．６ｋＶに一様帯電させる。一様帯電された感光体２Ｋの表面は、レーザー光Ｌによって露光走査されてＫ用の静電潜像を担持する。より詳しくは、図１において、作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの上方に配置された潜像書込装置たる光書込ユニット７０が、画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光Ｌにより、作像ユニットの感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋを光走査する。感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋにおける露光部は、電位を減衰せしめてＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像を担持する。例えば、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの一様帯電電位が−０．５〜−０．６ｋＶであるのに対し、静電潜像の電位は−３０〜−５０Ｖまで減衰する。なお、光書込ユニット７０は、光源から発したレーザー光（Ｌ）を、回転駆動するポリゴンミラーで主走査方向に偏光しながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤから発したＬＥＤ光によって光書込を行うものを採用してもよい。

図２において、現像器５Ｋは、Ｋトナーを収容する縦長のホッパ部６Ｋと、現像部７Ｋとを有する。そして、現像器５Ｋの現像部７Ｋ内には、感光体２Ｋや現像ローラ１１Ｋや規制ブレード１２Ｋが配設されている。現像ローラ１１Ｋは、発泡ウレタンからなるトナー供給ローラ１０Ｋに当接しながら回転するもので、本実施形態では、厚さ４ｍｍの導電性ウレタンゴム層（ゴム硬度５０°（JIS-A））を有し、直径が１６ｍｍである。また規制ブレード１２Ｋは、現像ローラ１１Ｋの表面に先端を当接するステンレス製のブレード（厚さ０．１ｍｍ、先端曲げ角度１４°である。なお、規制ブレード１２Ｋには電圧が印加されるようになっている。また図中反時計回り方向に回転する現像ローラ１１Ｋには、Ｋトナーの帯電極性と同極性であって、且つ、絶対値が感光体２Ｋの地肌部電位の絶対値と静電潜像の絶対値との間の値である現像バイアスが印加されるようになっている。これにより、感光体２Ｋと現像ローラ１１Ｋとが対向している現像領域において、現像ローラ１１Ｋの表面上に担持されているＫトナーが感光体２Ｋの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像を現像してＫトナー像を生成する。このようにして現像されたＫトナー像は、後述する中間転写ベルト１６上に中間転写される。なお、現像ローラ１１Ｋの線速は２００ｍｍ／ｓで、現像バイアスは概ね−０．２ｋＶである。

現像部７Ｋの上方に配設されたホッパ部６Ｋ内には、アジテータ８Ｋ、撹拌パドル９Ｋ、トナー供給ローラ１０Ｋ等が配設されている。ホッパ部６Ｋ内のＫトナーは、アジテータ８Ｋや撹拌パドル９Ｋの回転駆動によって撹拌されながら、自重によってトナー供給ローラ１０Ｋに向けて移動する。トナー供給ローラ１０Ｋは直径１３ｍｍで、金属製の芯金と、その表面に被覆された導電性発泡ウレタン（セル径１００〜５００μｍ）からなるローラ部とを有しており、ホッパ部６Ｋ内のＫトナーをローラ部で捕捉しながら回転する。

現像ローラ１１Ｋと、その図２中右側方に配設されたトナー供給ローラ１０Ｋとは、図２中反時計回り方向に回転する。現像ローラ１１Ｋとトナー供給ローラ１０Ｋとの当接による供給ニップ（ニップ幅４〜５ｍｍ）では、現像ローラ１１Ｋの表面が鉛直方向下方から上方に向けて移動するのに対し、トナー供給ローラ１０Ｋの表面がそれとは正反対に鉛直方向上方から下方に向けて移動する。このように、トナー供給ローラ１０Ｋは、現像ローラ１１Ｋに対してカウンタ方向に回転しながら当接して供給ニップを形成している。以下、供給ニップにおいて、現像ローラ１１Ｋの表面が供給ニップに進入する位置をニップ入口という。また、現像ローラ１１Ｋの表面が供給ニップから抜け出る位置をニップ出口という。なお、トナー供給ローラ１０Ｋの線速は２００ｍｍ／ｓである。

上述したように、現像ローラ１１Ｋには、現像バイアス電源１５１Ｋにより、Ｋトナーの帯電極性と同極性であって、且つ、絶対値が感光体２Ｋにおける地肌部電位の絶対値と静電潜像の絶対値との間の値の現像バイアスが印加される。一方、トナー供給ローラ１０Ｋには、Ｋトナーの帯電極性と同極性の直流電圧を具備する供給バイアスが印加される。なお、供給バイアスは−２００Ｖである。

現像領域で感光体２Ｋ上の静電潜像を現像した現像ローラ１１Ｋの表面は、現像ローラ１１Ｋの回転に伴って供給ニップのニップ入口に進入する。この際、トナー供給ローラ１０Ｋの表面は、ニップ入口の付近において、現像ローラ１１Ｋ表面に対して逆方向に移動しながら摺擦する。この際、現像バイアスが印加された現像ローラ１１Ｋと供給バイアスが印加されたトナー供給ローラ１０Ｋとの電位差により、トナー供給ローラ１０Ｋ上のＫトナーが現像ローラ１１Ｋに供給される。

トナー供給ローラ１０Ｋから現像ローラ１１Ｋに供給されたＫトナーは、現像ローラ１１Ｋの回転に伴って規制ブレード１２Ｋとの当接位置を通過する際に、ローラ表面上での層厚が規制される。そして、層厚規制後のＫトナーは、現像領域において、感光体２Ｋ表面の静電潜像の現像に寄与する。なお、現像領域においては、図示のように、感光体２Ｋ表面と現像ローラ１１Ｋ表面とが互いに同じ方向に移動する。

また図２において、ドラムクリーニング装置３Ｋは、中間転写工程を経た後の感光体２Ｋ表面に付着している転写残トナーを除去する。クリーニング後の感光体２Ｋの残留電荷を除電することで、感光体２Ｋの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。以上、Ｋ用の作像ユニット１Ｋについて説明したが、Ｙ，Ｍ，Ｃ用の作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃにおいても、同じプロセスにより、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ表面にＹ，Ｍ，Ｃトナー像が形成されて、中間転写ベルト１６に重ね合わせて中間転写される。

図１に戻り、作像ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの下方には、無端状の中間転写ベルト１６を有する転写ユニット１５が配設されている。転写手段たる転写ユニット１５は、中間転写ベルト１６の他に、駆動ローラ１７、従動ローラ１８、４つの一次転写ローラ１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋ、二次転写ローラ２０、ベルトクリーニング装置２１、クリーニングバックアップローラ２２等を備えている。

中間転写ベルト１６は、そのループ内側に配設され図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ１７の回転力により、同方向に無端移動する。同じく中間転写ベルト１６のループ内側に配設された４つの一次転写ローラ１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋは、無端移動する中間転写ベルト１６を感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとの間に挟み込み、この挟み込みにより、中間転写ベルト１６のおもて面と、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとが当接するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップが形成されている。一次転写ローラ１９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、それぞれ一次転写電圧が印加されており、これにより、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの静電潜像と、一次転写ローラ１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋとの間に転写電界が形成される。なお、印加される一次転写電圧の調整方法については、別途後述する。

Ｙ用の作像ユニット１Ｙの感光体２Ｙ表面に形成されたＹトナーは、感光体２Ｙの回転に伴ってＹ用の一次転写ニップに進入すると、転写電界やニップ圧の作用により、感光体２Ｙ上から中間転写ベルト１６上に一次転写される。このようにしてＹトナー像が一次転写せしめられた中間転写ベルト１６は、その無端移動に伴ってＭ，Ｃ，Ｋ用の一次転写ニップを通過する際に、感光体２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上のＭ，Ｃ，Ｋトナー像が、Ｙトナー像上に順次重ね合わせて一次転写される。この重ね合わせの一次転写により、中間転写ベルト１６上には四色トナー像が形成される。

転写ユニット１５の二次転写ローラ２０は、中間転写ベルト１６のループ外側に配設されて、ループ内側の従動ローラ１８との間に中間転写ベルト１６を挟み込み、この挟み込みにより、中間転写ベルト１６のおもて面と、二次転写ローラ２０とが当接する二次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ２０に二次転写バイアスが印加されることにより、二次転写ローラ２０と、アース接続されている従動ローラとの間に、二次転写電界が形成される。

転写ユニット１５の下方には、転写材たる記録紙Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収容している給紙カセット３０がプリンタの筐体に対してスライド着脱可能に配設されている。この給紙カセット３０は、紙束の一番上の記録紙Ｐに給紙ローラ３０ａを当接させており、これを所定のタイミングで図中反時計回り方向に回転させることで、その記録紙Ｐを給紙路３１に向けて送り出す。

給紙路３１の上端付近には、レジストローラ対３２が配設されている。このレジストローラ対３２は、停止中のローラ同士の当接部に記録紙Ｐを突き当てることで記録紙の傾きを補正し、二次転写ニップ内で中間転写ベルト１６上の四色トナー像に同期させ得るタイミングで記録紙Ｐを送り出す。

二次転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた中間転写ベルト１６上の四色トナー像は、二次転写電界やニップ圧の影響を受けて記録紙Ｐ上に一括して二次転写され、記録紙Ｐの紙色と相まって、フルカラートナー像となる。このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録紙Ｐは、二次転写ニップを通過すると、二次転写ローラ２０や中間転写ベルト１６から曲率分離する。そして、転写後搬送路３３を経由して、後述する定着装置３４に送り込まれる。

二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト１６に付着する転写残トナーは、中間転写ベルト１６のおもて面に当接するベルトクリーニング装置２１によってベルト表面からクリーニングされる。中間転写ベルト１６のループ内側に配設されたクリーニングバックアップローラ２２によって、ベルトクリーニング装置２１によるベルトのクリーニングがバックアップされる。

定着装置３４は、ハロゲンランプ等の熱源を内包する定着ローラ３４ａと、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラ３４ｂとによって定着ニップを形成する。定着装置３４内に送り込まれた記録紙Ｐは、その未定着トナー像担持面を定着ローラ３４ａに密着させるようにして、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーを軟化させて、フルカラー画像を定着する。

定着装置３４から排出された記録紙Ｐは、定着後搬送路３５を経由した後、排紙路３６と反転前搬送路４１との分岐点にさしかかる。定着後搬送路３５の側方には、回動軸４２ａを中心にして回動駆動される切替爪４２が配設され、その回動によって定着後搬送路３５の末端付近を閉鎖したり開放したりする。定着装置３４から記録紙Ｐが送り出されるタイミングでは、切替爪４２が図中実線で示す回動位置で停止して、定着後搬送路３５の末端付近を開放している。よって、記録紙Ｐが定着後搬送路３５から排紙路３６内に進入して、排紙ローラ対３７のローラ間に挟み込まれる。

片面プリントモードが設定されている場合には、排紙ローラ対３７に挟み込まれた記録紙Ｐがそのまま機外へと排出される。そして、筐体の上カバー５０の上面であるスタック部にスタックされる。一方、両面プリントモードに設定されている場合には、先端側を排紙ローラ対３７に挟み込まれながら排紙路３６内を搬送される記録紙Ｐの後端側が定着後搬送路３５を通り抜けると、切替爪４２が図中一点鎖線の位置まで回動して、定着後搬送路３５の末端付近が閉鎖される。これとほぼ同時に、排紙ローラ対３７が逆回転を開始する。すると、記録紙Ｐは、今度は後端側を先頭に向けながら搬送されて、反転前搬送路４１内に進入する。

本プリンタの図中右端部は、回動軸４０ａを中心に回動することで筐体本体に対して開閉可能な反転ユニット４０になっている。排紙ローラ対３７が逆回転すると記録紙Ｐがこの反転ユニット４０の反転前搬送路４１内に進入して、鉛直方向上側から下側に向けて搬送される。そして、反転搬送ローラ対４３のローラ間を経由した後、半円状に湾曲している反転搬送路４４内に進入する。更に、その湾曲形状に沿って搬送されるのに伴って上下面を反転しながら、進行方向も、下側から上側に向けて搬送される。その後、上述した給紙路３１内を経て、二次転写ニップに再進入する。そして、もう一方の面にもフルカラー画像を一括して二次転写した後、転写後搬送路３３、定着装置３４、定着後搬送路３５、排紙路３６、排紙ローラ対３７を順次経由して、機外へと排出される。

次に、本発明の一実施形態に係るプリンタで実施される一次転写電圧の調整方法について説明する。これは、一次転写ニップ部で発生する画像部と非画像部での放電電流の差が、感光体が一周した後に、履歴として影響すること、具体的には、ベタパッチを現像、転写した後に、中間調画像上で、ベタがあったところの濃度が濃くなったり、薄くなったりする現象を利用するもので、転写電圧が低いと、ベタ部の感光体一周後の中間調画像の濃度は濃くなり、転写電圧が高いと、中間調画像の濃度が薄くなるので、設定している転写電圧が最適な電圧に対して高いか、低いかを判断できるという知見に基づいている。本プリンタにおける一次転写バイアス調整は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色について個別に実施されるが、ここではその一色を例に説明する。

図３は、一次転写電圧の調整時に中間転写ベルト上に形成される、ベタトナーパッチと、中間調トナーパッチＲ（Ｒ：Reference）、中間調トナーパッチＳ（Ｓ:Sample）の位置関係を示す模式図である。なお、ここで言う「ベタ」画像とは、互いに隙間無く並ぶ複数のドットによって構成される暗階調（網点面積率１００％）のトナー画像を指し、また「中間調」画像とは、互いに間隔をあけて並ぶ複数の孤立ドットからなる網点画像や、互いに間隔をあけて並ぶ複数の線像からなる万線画像を指すが、露光パワーを落としてベタ書きして単位面積当たりのトナー量を落としたものも含まれる。

本プリンタには、正反射型フォトセンサ２４が、中間転写ベルト１６の移動方向と垂直な方向に３個配置されており（それらフォトセンサ２４から構成される光学センサユニット２３の本プリンタにおける位置関係を図１に示す）、ベタトナーパッチ、中間調トナーパッチＳ及び中間調トナーパッチＲは、感光体上及び中間転写ベルト上の正反射型フォトセンサ２４に対応する位置Ｌ（左）、Ｒ（右）、及びＣ（中央）に現像、一次転写される（ベタトナーパッチはＬ、Ｒのみ）。

フォトセンサ２４Ｌ、２４Ｒに対応する位置では、まず感光体上に所定の形状及び面積のベタトナーパッチ（即ち、網点面積率１００％の画像）が現像され、予め設定された一次転写電圧（以下、デフォルトの一次転写電圧という）で中間転写ベルト上に一次転写される。そして、ベタトナーパッチの先端が現像された位置から感光体が丁度一回転した位置（即ち、３０ｍｍ径の感光体が９４．２ｍｍ回動した位置）に、所定の形状及び面積の中間調トナーパッチＳが現像され、デフォルトの一次転写電圧で中間転写ベルト上に一次転写される。

一方、フォトセンサ２４Ｃに対応する位置にはベタトナーパッチは形成されず、中間トナーパッチＳと同じ画像構造の中間トナーパッチＲのみが現像される（なお、各中間トナーパッチはラインパターンを左右反転させたようなものであってもよい）。即ち、中間調トナーパッチＲの、感光体一周分下流位置には画像がない（非画像部である）ので、その網点面積率は０％である。その結果、中間調トナーパッチＳと中間調トナーパッチＲでは、感光体一周分下流位置に網点面積率（単位面積当たりのトナー量）が異なる画像が存在していることになる。感光体上に現像された中間調トナーパッチＲも、デフォルトの一次転写電圧で中間転写ベルト上に一次転写される。

そして中間調トナーパッチＲ、Ｓが中間転写ベルト１６の無端移動に伴って光学センサユニット２３との対向位置を通過する際に、それぞれの画像濃度（単位面積当たりのトナー付着量）が光学センサユニット２３の正反射型フォトセンサ２４によって検知される。

図４は光学センサユニット２３の正反射型フォトセンサ２４を示す拡大構成図である。正反射型フォトセンサ２４は、発光手段たるＬＥＤ２４ａから発せられた光を、中間転写ベルト１６のおもて面に向けて出射する。そして、中間転写ベルト１６のおもて面で正反射した正反射光を、受光手段たる正反射型受光素子２４ｂによって受光して、受光量に応じた電圧を出力する。中間調トナーパッチが図４に示した正反射型フォトセンサ２４との対向位置を通過する際には、中間調トナーパッチの全領域のうち、ドットが形成されていない領域で光が正反射して正反射型受光素子２４ｂによって受光される。ドットが形成されている領域の面積が大きくなるほど、即ち、中間調トナーパッチを形成するトナーの付着量が大きくなるほど正反射型受光素子２４ｂによる受光量が少なくなるので、正反射型フォトセンサ２４の正反射型受光素子２４ｂからの出力電圧値に基づいて、中間調トナーパッチの画像濃度を把握できる。

ここで、直前の転写履歴としてベタトナーパッチが形成された位置での中間調トナーパッチＳの画像濃度が、トナーパッチが形成されなかった位置での中間調トナーパッチＲの画像濃度よりも高く、その濃度の差が許容値を超えている場合は、デフォルトの一次転写電圧が低い（不足している）と判断して、画像形成時の一次転写電圧が高くなるように一次転写電圧を補正する。逆に中間調トナーパッチＳの画像濃度が中間調トナーパッチＲの画像濃度よりも低く、その濃度の差が許容値を超えている場合は、画像形成時の一次転写電圧が低くなるように補正する。このような中間調トナーパッチは、ベタトナーパッチに比べて濃度変化の感度が高く、また現像器側の現像能力低下を引き起こし難い（ベタ画像を連続現像すると、感光体に現像されるトナーの量が減少してしまう）ので、転写電圧の最適化や調整に適している。

ところで、直前の転写履歴としてトナーパッチが形成された中間調トナーパッチＳとトナーパッチが形成されない（非画像部である）中間調トナーパッチＲとの間に生じ得る濃度の差は、帯電装置４が直流電圧印加のローラ帯電方式である等、帯電能力が弱い画像形成装置に見られる現象であり、感光体上潜像の画像部と非画像部の電位差や、感光体上の画像部・非画像部と中間転写ベルトとの間で発生する放電の履歴によって発生するものである。言い換えれば、一次転写プロセスで発生する放電の履歴を利用するには、帯電装置の帯電能力を或る程度弱くする（＝発生するイオンの量を抑える）必要がある。

また、転写時の放電によって転写後電位に変化が起こり得るが、転写後電位が直前の履歴として画像形成されている場合とない場合とで違いがないのであれば転写電圧値として最適になる。つまり、転写ニップ通過後（即ち、帯電装置４の直前）の感光体表面の画像部（ベタトナーパッチ部）と非画像部の電位が同じになるような転写電圧条件（即ち、感光体の非画像部と中間転写ベルトの間では放電が発生するが、画像部と中間転写ベルトの間では放電が発生しないギリギリの、強い転写電界が形成される条件）は最適な転写電圧条件と言え、結局、中間調トナーパッチＲと中間調トナーパッチＳの画像濃度が同じになるように転写電圧を調整すれば、最適な転写電圧条件を設定できるのである。転写後電位が転写電圧の大小で変化するメカニズムを以下に説明する。

一般に転写電界とトナーの転写率の関係は、図５に示すように、ピークを有することが知られている。転写電界が強くなりすぎるとトナーに転写電界形成対象物（本実施形態では中間転写ベルト）からの放電による電荷付与が発生し、帯電極性が反転して逆転写が起きるため、転写率が低下すると言われている。したがって、最適転写電界は、この放電（による電荷の付与）が始まる直前の電界となる。さて、転写電圧が低い場合、図６（ｂ）のような転写後電位になるのは、転写前の電位分布が図６（ａ）に示すようになっているからである。プラスチャージが中間転写ベルトから感光体に向かえば、元の電位分布がそのまま維持される。

一方、転写電圧が高い場合、図７（ａ）に示すように、トナーへの放電（による電荷の付与）が始まり、トナーのあるところでは、転写からの電荷の一部がトナーに取られ、感光体へすべて行くことがなくなる。その結果、転写後の電位はトナーのあるところとないところで、転写電圧が低いときと反対の大小関係をとることになる（図７（ｂ））。

以上から、最適な転写電圧、即ち、トナーへの放電（による電荷の付与）が始まる直前の電圧は、転写後電位が反転する直電の転写電圧ということになる。即ち、濃度の差がないときが最適な転写電圧となる。

ちなみに、ベタトナーパッチと中間調トナーパッチＲ、Ｓは、例えば、図８に示す位置関係において現像、一次転写するようなものでも構わない。更には、図９、図１０のように、複数の転写電圧を用いて、即ち、一次転写電圧を変えながら（一次転写電圧１≠一次転写電圧２）、複数のベタトナーパッチを現像、一次転写し、続いて感光体一周後の位置において同様にして複数の中間調トナーパッチを現像、一次転写して、画像形成時の転写電圧を決定することも可能である。つまり、これらの現像、一次転写を通じて、トナーパッチＲとトナーパッチＳの濃度差がほぼ０になる一次転写電圧を画像形成時に採用する。複数の転写電圧を用いることによって、より高精度で画像形成時の一次転写電圧を決定することができる。

なお、一次転写電圧の補正のために、予め、本実施形態の定着装置において、直前の転写履歴として、中間調トナー画像より濃度の高いトナー画像があるか否かによって中間調トナー画像に生じる濃度の差の大きさと、それを打ち消す一次転写電圧の変動の大きさを実験で特定しておいて、プリンタ本体の制御部にデータ保存しておき、これを一次転写電圧の補正に用いる。

中間調トナーパッチＲ、Ｓの網点面積率（単位面積当たりのトナー量）は特に限定されるものではないが、２５〜７５％を用いるのが望ましい。また、中間調トナーパッチＳに対して感光体一周分下流に現像される画像については、転写での放電履歴はベタ画像（即ち、網点面積率１００％）が最も顕著に表れるので、ベタ画像を用いるのが好ましいが、
必ずしもベタ画像である必要はなく、中間調トナーパッチＳよりも網点面積率の高い画像構造、即ち、単位面積当たりのトナー量の多い画像パッチ（濃度の高いパッチ）を設定すればよい。そして中間調トナーパッチＳの感光体一周分下流の画像は必ずしも非画像部（即ち、網点面積率０％）である必要はないが、その網点面積率は、中間調トナーパッチＲよりも低く設定する（同じ網点面積率も可能である）。なお、当然のことながら、中間調やベタ画像の形状はパッチに限定されるものではなく、他の形状（例えば縦帯等）でも構わない。

ところで上述したように、本発明は一次転写プロセスで発生する放電の履歴を利用するため、帯電装置４の帯電能力をある程度弱くする（発生するイオンの量を抑える）必要がある。このような観点から、帯電装置４としては直流電圧印加のローラ帯電方式が望ましい。原理的には交流電圧印加方式に対しても適用可能であるが、その場合は交流電界による空気中のイオンの発生を或る程度抑える必要がある。

以上、一次転写電圧を適宜調整することによって、長期にわたって安定した最終画像を提供することが可能となる。特に一成分現像方式の画像形成装置では、トナーの劣化が激しく、最適な転写電圧からのわずかなズレが、大きな画質低下を招くため、本発明の一次転写電圧調整は有効である。また、中間転写方式のものとして、本発明を説明したが、この一次転写電圧には、直接転写方式における転写電圧も含まれ得るものである。

２感光体（潜像担持体）
３ドラムクリーニング装置
４帯電装置
５現像器
６ホッパ部
７現像部
８アジテータ
９攪拌パドル
１６中間転写ベルト
１９一次転写ローラ

特許第２７０４２７７号公報特許第５２９８６２８号公報

Claims

同じ濃度を有する複数の中間調画像と、該複数の中間調画像のうちの少なくとも一つの中間調画像の潜像担持体一周分に相当する下流位置に前記中間調画像よりも単位面積当たりのトナー量が多いトナー像とを、回転する転写電界形成対象物に、所定の転写電圧で転写して、前記転写電界形成対象物に形成された前記複数の中間調画像の濃度を検知し、その濃度の差に基づいて、画像形成時の一次転写電圧を決定する、画像形成装置。
前記複数の中間調画像の検知された濃度の差がゼロになる電圧を、前記画像形成時の一次転写電圧として採用することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
複数の転写電圧を用いて、中間調画像と前記中間調画像よりも単位面積当たりのトナー量が多いトナー像とを形成して、これら複数の濃度の差から、画像形成時の一次転写電圧を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記トナー像がベタ画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記潜像担持体を帯電する帯電装置が、直流電圧を印加されるローラ部材により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。