JP2019008244A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を維持しつつ、中間転写体の表面を１次転写に最適な電位とすることが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】ベルト１０に接触する複数の電流供給部材１６、２０と、大きさが可変の制御信号を出力する制御部と、ベルト１０に接続される接触部材１３と、接触部材１３に接続される電圧調整部材Ｑ１を備える電圧調整部１５であって、制御部から入力される制御信号の大きさに応じて、電流供給部材１６、２０からベルト１０を介して電圧調整部材Ｑ１に流れる電流の大きさを変化させることで、ベルト１０の像担持体１との接触部における表面電位の大きさを変化させることが可能な電圧調整部１５と、を備え、電流供給部材１６、２０に電圧を印加する電圧印加部１６、２０は、制御部が表面電位の大きさを接触部に所定の電流量が流れる大きさに制御することができるように、電流供給部材１６、２０に印加する電圧の大きさを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式を利用した画像形成装置に関する。

従来から、複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置において、中間転写体としての無端状のベルトを用いた構成の画像形成装置が知られている。この画像形成装置は、１次転写工程として、像担持体としての感光ドラム表面に形成されたトナー像を、感光ドラム対向部に配置された１次転写部材に電圧電源より電圧を印加することで、ベルト上に転写する。その後、この１次転写工程を、複数色のトナー像に関して繰り返し実行することにより、ベルト表面に複数色のトナー像を形成する。続けて、２次転写工程として、ベルト表面に形成された複数色のトナー像を、２次転写部材へ電圧を印加することで、紙などの記録材表面に一括して転写する。一括転写されたトナー像は、その後、定着手段により、記録材に永久定着されることにより、カラー画像が形成される。

特許文献１には、画像形成装置の小型化、低コスト化を可能とした、ベルト表面の電位を変更できる構成が開示されている。本構成によると、ベルトとアースの間に、設定電圧の異なる複数のツェナーダイオードを備える回路で構成され、使用環境に応じて切り替えることによりベルト表面の電位を変更し１次転写効率を安定化している。

特開２０１３−２１３９９０号公報

一般的に１次転写部の構成は、感光ドラム、中間転写体、１次転写部材と複数の部材が介在し、周囲の環境、また、画像形成装置本体の使用状況によって１次転写部の抵抗が変化する場合や、最適な１次転写電流が変化する場合がある。特許文献１の構成では、周囲の環境を検知し、電圧維持手段を切り替えるとともに感光ドラムの表面電位を微調整して最適な転写性を確保している。しかしながら、感光ドラムの表面電位の微調整においては、現像電位、１次転写電位の相互関係において、適正にトナーを移動させるための必要な電位差がそれぞれにおいて存在する。そのため、感光ドラムの表面電位を大きく変化させて調整することは、画像品質の低下を招く。即ち、周囲の環境やその他画像形成装置本体の使用状況によって引き起こされる様々な変動を微調整するには、更に電圧維持手段としてのツェナーダイオードを増やす必要があり、装置の小型化を維持することが困難になる。

本発明の目的は、小型化を維持しつつ、中間転写体の表面を１次転写に最適な電位とすることが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
現像剤像を担持する像担持体と、
前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトと、
前記ベルトの回転方向において前記像担持体とは異なる位置で前記ベルトに接触し、前記ベルトに電流を供給する複数の電流供給部材と、
前記複数の電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
大きさが可変の制御信号を出力する制御部と、
前記ベルトを介して前記複数の電流供給部材と対向する位置において前記ベルトに接触する接触部材と、
前記接触部材に接続される電圧調整部材を備える電圧調整部であって、前記制御部から入力される前記制御信号の大きさに応じて、前記電流供給部材から前記ベルトを介して前記電圧調整部材に流れる電流の大きさを変化させることで、前記像担持体が担持する現像剤像を前記ベルトへ転写させるための前記ベルトの前記像担持体との接触部における表面電位の大きさを変化させることが可能な電圧調整部と、
を備え、
前記電圧印加部は、前記制御部が前記表面電位の大きさを前記接触部に所定の電流量が流れる大きさに制御することができるように、前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする。

本発明によれば、小型化を維持しつつ、中間転写体の表面を１次転写に最適な電位とすることができる。

実施例１の画像形成装置の説明図 実施例１の画像形成に係わるコントローラを説明するブロック図 実施例１の１次転写部の回路説明図 実施例１の１次転写電位と転写効率の関係図 実施例１の１次転写電圧と１次転写効率との関係図 実施例１の１次転写電圧決定時の等価回路図 実施例１の各部における電圧、電流の関係を表す表 実施例１の１次転写電圧と１次転写電流との関係図 実施例１の比較例の各部における電圧、電流の関係を表す表 実施例１の比較例の１次転写電圧と１次転写電流との関係図 ２次転写ローラとクリーニングブラシの電流収束の様子を示すグラフ １次転写電流と電圧の収束の様子を示すグラフ

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略図であり、図１を用いて本実施例の画像形成装置の構成及び動作を説明する。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここではカラーレーザプリンタに適用した場合について説明する。尚、本実施例の画像形成装置は、ａ〜ｄの複数の画像形成ステーションを有するいわゆるタンデムタイプのプリンタである。第１の画像形成ステーションａはイエロー（Ｙ）、第２の画像形成ステーションｂはマゼンタ（Ｍ）、第３の画像形成ステーションｃはシアン（Ｃ）、第４の画像形成ステーションｄはブラック（Ｂｋ）の各色の画像を形成する。各画像形成ステーションの構成は、収容するトナーの色以外は同じであり、以下、第１の画像形成ステーションａを用いて説明する。

第１の画像形成ステーションａは、像担持体としてドラム状の電子写真感光体（以下、
感光ドラムという）１ａと、帯電部材である帯電ローラ２ａと、現像器４ａと、クリーニング装置５ａと、を備える。感光ドラム１ａは、矢印の方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動しトナー像（現像剤像）を担持する像担持体である。さらに、現像器４ａは、現像剤としてイエローのトナーを収容し感光ドラム１ａに形成された静電潜像をイエロートナーを用いて現像するための装置である。クリーニング装置５ａは、感光ドラム１ａに付着したトナーを回収するための装置である。クリーニング装置５ａは、本実施例では、感光ドラム１ａに当接するクリーニング部材であるクリーニングブレードと、クリーニングブレードが回収したトナーを収容する廃トナーボックスを備える。

画像信号によって、画像形成動作を開始すると感光ドラム１ａは回転駆動される。感光ドラム１ａは回転過程で、帯電ローラ２ａにより所定の極性（本実施例では負極性）で所定の電位に一様に帯電処理され、露光手段３ａにより画像信号に応じた露光を受ける。これにより、目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像器（イエロー現像器）４ａにより現像され、イエロートナー像として可視化される。ここで、現像器に収容されたトナーの正規の帯電極性は、負極性である。

中間転写ベルト１０は、無端状のベルト体であり、支持部材としての張架部材１１、１２、１３で張架され、感光ドラム１ａと当接した対向部において感光ドラム１ａと同方向に移動する向きに、感光ドラム１ａと接触しつつ略同一の周速度で回転駆動される。感光ドラム１ａ上に形成されたイエロートナー像は、感光ドラム１ａと中間転写ベルト１０との当接部（接触部）（以下、１次転写ニップと称す）を通過する過程で、中間転写ベルト１０の上に転写される（１次転写）。１次転写の詳細については後述する。感光ドラム１ａ表面に残留した１次転写残トナーは、クリーニング装置５ａにより清掃、除去された後、帯電以下の画像形成プロセスに供せられる。以下、同様にして、第２、３、４の画像形成ステーションｂ、ｃ、ｄによって第２色のマゼンタトナー像、第３色のシアントナー像、第４色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト１０上に順次重ねて転写される。これにより、目的のカラー画像に対応した合成カラー画像が得られる。

中間転写ベルト１０上の４色のトナー像は、中間転写ベルト１０と２次転写ローラ２０が形成する２次転写ニップを通過する過程で、給紙手段５０により給紙された記録材Ｐの表面に一括転写される（２次転写）。２次転写部材（接触部材）としての２次転写ローラ２０は外径８ｍｍのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗１０^８Ω・ｃｍ、厚み５ｍｍに調整したＮＢＲとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径１８ｍｍのものを用いている。また、２次転写ローラ２０は、中間転写ベルト１０に対して、５０Ｎの加圧力で当接し、２次転写部（以下、２次転写ニップ）を形成している。２次転写ローラ２０は中間転写ベルト１０に対して従動回転し、また、中間転写ベルト１０上のトナーを紙等の記録材Ｐに２次転写しているとおきには５００Ｖ〜２３００Ｖの電圧が印加され、その印加電圧が検知されている。

その後、４色のトナー像を担持した記録材Ｐは定着器３０に搬送され、そこで加熱および加圧されることにより４色のトナーが溶融混色して記録材Ｐに固定される。２次転写後に中間転写ベルト１０上に残ったトナーは、正極性の電圧が印加されたクリーニングブラシ１６に回収、または帯電される。
クリーニングブラシ１６は、導電性ナイロンから成るブラシであり、密度が１００ｋＦ、体積抵抗１０^８Ω・ｃｍに調整されている。２次転写残留トナーを回収するために、電圧印加部としてのクリーニングブラシ電源１７より、５００Ｖ〜２０００Ｖの電圧が印加され、その印加電圧が検知されている。また、クリーニングブラシ１６を流れる正電流はクリーニングブラシ電流検出回路１８により検知される。

図２を参照して、本実施例の画像形成装置本体の制御を行うコントローラ１００の構成について説明する。コントローラ１００は、図２に示すように、制御部としてのＣＰＵ回路部１５０を有する。ＣＰＵ回路部１５０は、ＲＯＭ１５１、およびＲＡＭ１５２を内蔵する。ＣＰＵ回路部１５０は、ＲＯＭ１５１に格納されている制御プログラムに応じて、露光制御部１０１、帯電制御部１０２、現像制御部１０３、１次転写制御部１０４、２次転写制御部１０５を統括的に制御する。また、環境テーブルや転写制御の各種テーブルは、ＲＯＭ１５１に格納されており、装置設置環境における温度及び湿度を検知する検知手段としての環境センサ１０６の情報を元に、ＣＰＵが呼び出して反映される。ＲＡＭ１５２は、制御データを一時的に保持し、また、制御に伴う演算処理の作業領域として用いられる。２次転写制御部１０５は、電圧印加部としての２次転写電源２１を制御し、正電流を検知する２次転写電流検出回路２２が検出する電流値に基づいて転写電源２１から出力する電圧を制御している。また、１次転写制御部は、電圧調整手段（電圧調整部）としての電圧調整回路１５へ信号を送ることにより、１次転写部の電位を一定に制御している。これらコントローラ１００と２次転写電源２１、電圧調整回路１５、環境センサ１０６により、本実施例に係る画像形成装置のプリンタエンジン９９が構成される。コントローラ１００は、ホストコンピュータ９７から画像情報と印字命令を送信すると、ビデオコントローラ９８が変換した各画像信号を受信する。その後、コントローラ１００は、各制御部（露光制御部１０１、帯電制御部１０２、現像制御部１０３）を制御して印字動作に必要な画像形成動作を実行する。

［１次転写部の構成についての説明］
次に、本実施例の１次転写部の構成について説明する。図１の画像形成装置は、２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６から１次転写部材６ａ〜６ｄへ電流を供給することで１次転写電圧を生成させる構成であり、張架ローラ１３と１次転写部材６ａ〜６ｄは、電圧調整回路１５に接続されている。各画像形成ステーションａ〜ｄと対向する位置には、中間転写体として中間転写ベルト１０が配置されている。中間転写ベルト１０は、樹脂材料に導電剤を添加して導電性を付与した無端状ベルトであり、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、２次転写対向ローラ１３の３軸で張架され、テンションローラ１２により総圧６０Ｎの張力で張架されている。中間転写ベルト１０は、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと当接した対向部で同方向に移動する向きに、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと略同一の周速度で回転駆動される。

１次転写部材６ａ〜６ｄは、外形６ｍｍのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗１０^７Ω・ｃｍ、厚み３ｍｍに調整したＮＢＲとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径１２ｍｍの導電ローラである。１次転写部材６ａ〜６ｄは、それぞれ感光ドラム１ａ〜１ｄに対して１０Ｎの加圧力で当接するように設けられており、感光ドラム１ａ〜１ｄとの間にそれぞれ１次転写ニップを形成している。

［中間転写ベルト１０の説明］
中間転写ベルト１０は、周長７００ｍｍ、厚さ９０μｍで、導電剤としてイオン系の導電剤を混合して成型された無端状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂を用いている。電気的特性としては、イオン導電性の特性を示し、高分子鎖間をイオンが伝播することによって電気伝導性が得られるため、雰囲気中の温湿度に対して抵抗値変動はするものの、抵抗値の周方向（ベルト回転方向）のムラ等が良いのが特徴である。中間転写ベルト１０は、２層構成から成る無端状ベルトであり、基層の抵抗としては、体積抵抗率で１×１０^８Ω・ｃｍである。体積抵抗率の測定は、三菱化学株式会社のＨｉｒｅｓｔａ−ＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）にリングプローブのタイプＵＲ（型式ＭＣＰ−ＨＴＰ１２）を使用して測定する。測定時の室内温度は２３℃、室内湿度は５０％に設定し、印加電圧１００Ｖ、測定時間１０ｓｅｃの条件で行った。また、表面に高抵抗層を配置することで、非画像部への電流を抑制して転写性を更に高めている。但し、この構成に限定されるもの
ではなく、単層構成にすることも可能である。

中間転写ベルト１０の基材は、ポリエチレンテレフタレート樹脂に限られない。例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリロ二トリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）でもよい。他には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等も挙げられる。さらに、これら材料の混合樹脂を使用しても良い。

［１次転写の説明］
本実施例では、２次転写電源２１から出力される電圧とクリーニングブラシ電源１７から出力される電圧を元に、２次転写対向ローラ１３とアース間に電圧調整部材としてのトランジスタを有する電圧調整回路１５を接続することで１次転写電位を生成している。これにより、１次転写部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの電位との間に所望の電位差（転写コントラスト）を形成し、１次転写を行っている。

［１次転写電圧の生成方法］
図３を参照して、１次転写部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの電位生成方法について図３を用いて説明する。図３は、１次転写電圧（中間転写ベルト１０の感光ドラム１との接触部における表面電位）を生成する生成回路である電圧調整回路１５の回路図である。２次転写電源２１により２次転写電圧Ｖｔ２（ここでは、２１００Ｖ）が出力されることにより、２次転写ローラ２０、中間転写ベルト１０、２次転写対向ローラ１３を介して電流が流れる。同様に、クリーニングブラシ電源１７からもクリーニングブラシ電圧Ｖｂ（ここでは、１５００Ｖ）が出力され、２次転写ローラ２０、中間転写ベルト１０、２次転写対向ローラ１３を介して電流が流れる。このとき、予め設定された電圧が、トランジスタＱ１のベース端子に入力されることにより、Ｖｔ２（とＶｂ）が印加されることによる電流がトランジスタ内を流れ、コレクタ電流が制御されることでトランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧が生成される。このコレクタエミッタ間電圧が１次転写電圧Ｖｔ１となる。

大きさが可変の制御信号として、コントローラ１００から出力されたＰＷＭ信号は、抵抗Ｒ７、コンデンサＣ１により平滑化される。この平滑化されたコントロール電圧Ｖ−は、オペアンプＩＣ１の反転入力端子（−端子）に入力される。オペアンプＩＣ１の出力電圧は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０により分圧されトランジスタＱ１のベース端子に入力される。Ｑ１のベース端子に電圧がかかることで２次転写電圧Ｖｔ２とクリーニング電圧Ｖｂによる電流が流れ、トランジスタＱ１のコレクタ電流が制御されることで、コレクタエミッタ間で電圧が生成され、１次転写電圧Ｖｔ１となる。ここで生成された１次転写電圧Ｖｔ１は、モニター電圧Ｖ＋として、Ｒ５、Ｒ６の分圧で得られる電圧が、オペアンプＩＣ１の入力端に入力される。ここで、オペアンプＩＣ１のバーチャルショート（Ｖ＋＝Ｖ−）によって、１次転写電圧Ｖｔ１は制御される。ここで、コントロール電圧Ｖ−は、ＰＷＭ信号のオンデューティ比により制御され、オンデューティ比を上げることでコントロール電圧Ｖ−は大きくなり、１次転写電圧Ｖｔ１は大きくなる。逆にオンデューティ比を下げるとコントロール電圧Ｖ−は小さくなり、１次転写電圧Ｖｔ１は小さくなる。本実施例では、トランジスタＱ１によって調整される１次転写電圧の範囲は０Ｖ〜６００Ｖである。

以上のように、コントローラ１００からのＰＷＭ信号により、トランジスタＱ１の電圧を制御して１次転写電圧Ｖｔ１を決定している。１次転写電圧Ｖｔｒ１は、電圧検知部としての１次転写電圧検知回路５１の抵抗器Ｒ５、Ｒ６によって分圧され、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子にモニター電圧Ｖ＋として、またコントローラ１００のＡＤポートに入力される。１次転写電圧Ｖｔ１が０Ｖ〜６００Ｖの範囲で変化するとき、抵抗器Ｒ５、Ｒ６によって分圧される電圧値は０Ｖ〜３．０Ｖの範囲で変化するように設計されている。一方、オペアンプＩＣ１の反転入力端子に入力するコントロール電圧Ｖ−は、コントロ
ーラ１００から出力する電流調整信号としてのＰＷＭ信号のオンデューティ比によって変化する。コントロール電圧Ｖ−は、ＰＷＭ信号のオンデューティ比を０％に設定することで０Ｖ、１００％に設定することで３．３Ｖとなり、モニター電圧Ｖ＋の電圧範囲を全てカバーできる電圧範囲に設計される。

なお、図３中の抵抗Ｒ８、コンデンサＣ２は、トランジスタＱ１の応答性を決定する素子として構成されている。尚、コントロール電圧Ｖ−の制御は、コントローラからのＰＷＭ信号に限ることはなく、例えばコントローラのＤ／Ａポートを用いた構成としても、同様の効果が得られる。

［１次転写効率の説明］
図４は、１次転写部材６ｃに流れる電流と光学濃度との関係を示している。図４の横軸は１ステーション辺りの１次転写電流、縦軸は感光ドラム１ａに残留した１次転写残留トナーの濃度であり、値が低いほど１次転写効率が良いことを示している。尚、１次転写残留トナー濃度は、Ｘ−ｒｉｔｅ５０４濃度計（メーカー：Ｘ−ｒｉｔｅ社）で測定した。図４によると、１次転写電流が大きくなるにつれ、１次転写残留トナー濃度は低くなり、１次転写性能が向上しているが、４μＡ以上では、１次転写電圧が高くなるにつれ１次転写残留トナー濃度は高くなっている。これは、４μＡまでは、１次転写電流の電流量が大きくなるにつれ、感光ドラム１上のトナーが中間転写ベルト１０に転写されるトナー移動量が大きくなり、１次転写効率が良くなることを示している。一方、４μＡ以上の領域では、中間転写ベルト１０から感光ドラム１に向かって正極性の放電電流が生じ、負極性トナーの一部が正極性に反転し、中間転写ベルト１０に転写できなくなることを示している。このため、最適な１次転写効率を得るために１次転写電流が４μＡ付近となるように、１次転写部材の電圧を設定する必要がある。ところが、１次転写部材６や中間転写ベルト１０は、使用する環境の温湿度や、使用に伴う劣化によって抵抗値が変動するため、使用状況によって必要な１次転写電圧が異なる。

図５は、感光ドラム１、中間転写ベルト１０が新品状態の時の、高温高湿、常温、低温低湿環境における１次転写効率の例を示している。図５の横軸は１次転写電圧、縦軸は転写効率である。常温環境では最適な１次転写電圧は約２５０Ｖであるのに対し、高温高湿環境では約１５０Ｖ、低温低湿環境では約４５０Ｖとなっている。また、１次転写部材６と中間転写ベルト１０の抵抗値は、使用環境だけでなく耐久によっても変動する。以上のように、１次転写部の抵抗値は使用環境や耐久状態に応じて変化するため、最適な１次転写電圧を供給するための制御が必要となる。

［実施例１の特徴と作用効果］
次に本実施例の特徴である１次転写電圧の決定方法について常温付近の環境における検知を例に説明する。本実施例では、１次転写部への電流供給部材として、２次転写ローラ２０と、クリーニングブラシ１６を使用し、それぞれに正極性の電流が流れるよう、所定の電圧を印加することを特徴とする。

まず、２次転写電流Ｉｔ２と、クリーニングブラシ電流Ｉｂと１次転写電流Ｉｔ１との関係について説明する。まず、Ｉｔ２とＩｂとの合算電流には式（１）のような関係がある。
Ｉｔ２＋Ｉｂ＝Ｉｔ１＋Ｉｃｏｎ … 式（１）

ここで、Ｉｔ１は１次転写電流であり、ＩｃｏｎはトランジスタＱ１に流れる制御電流である。式（１）からＩｔ１を正確に算出するためには制御電流Ｉｃｏｎが既知となる状態を作りださなければならない。本実施例では、コントローラ１００から出力するＰＷＭ信号のオンデューティ比を１００％に設定しコントロール電圧Ｖ−を３．３Ｖにすること
で、トランジスタＱ１がオフとなる条件を作りだし、制御電流Ｉｃｏｎ＝０としている。その結果、式（２）のような関係が得られる。
Ｉｔ２＋Ｉｂ＝Ｉｔ１ … 式（２）

図６は、Ｉｃｏｎ＝０のときの１次転写部の等価回路を示している。図６のＲｔ２は、２次転写ローラ２０と中間転写ベルト１０の合成抵抗である。また、Ｖｔ２は２次転写ローラ２０に印加される電圧であり、Ｉｔ２は２次転写ローラ２０に流れる電流である。次に、Ｒｂは、クリーニングブラシ１６と中間転写ベルト１０の合成抵抗であり、Ｖｂはクリーニングブラシ１６に印加される電圧であり、Ｉｂはクリーニングブラシ１６に流れる電流である。

次に、Ｒｔ１は、１次転写部の合成抵抗である。本実施例では、１次転写部材６ａ〜６ｄの抵抗はほぼ等しいとみなすことができるため、１次転写部の各ステーションの抵抗はＲｓｔとする。また、Ｖｔ１は１次転写電圧であり、Ｉｔ１は各１次転写ステーションに流れる電流の合算電流であり、さらにＩｓｔは各１次転写ステーションに流れる電流である。
本実施例では、式（２）より、Ｉｔ１を求め、そのときに検知したＶｔ１との関係（関係性）から、１次転写抵抗Ｒｓｔを求める。

図７は、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６に印加した電圧と電流の検知結果と、１次転写部の電圧の検知結果と、各検知結果から導かれる１次転写電流とをまとめた表である。本実施例では２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６の電流は、各電流供給部材の抵抗ムラなどによって生じる検知誤差を緩和するために、１０ｍｓｅｃ間隔で１０点、合計１００ｍｓｅｃサンプリングした結果の平均値としている。なお、検知手法は、必ずしもこの限りである必要はなく、それぞれの状況において検知精度などを鑑みたうえでサンプリング回数や時間を決定すればよい。

図７の条件（ｉ）では、２次転写ローラ２０に電圧を４００Ｖ印加した結果、電流検知部としての２次転写電流検知回路２２では４．７μＡ検知している。また、クリーニングブラシ１６に電圧を４００Ｖ印加した結果、電流検知部としてのクリーニングブラシ電流検知回路１８では３．４μＡ検知している。この結果、図７の条件（ｉ）では、１次転写電流Ｉｔ１は式（２）より８．１μＡとなる。このとき、１次転写電圧生成回路１５の１次転写電圧検知回路５１で検知された１次転写電圧Ｖｔ１は１６３Ｖである。

図７の条件（ｉｉ）では、２次転写ローラ２０に電圧を１０００Ｖ印加した結果、２次転写電流検知回路２２では１１．９μＡ検知している。また、クリーニングブラシ１６に電圧を１０００Ｖ印加した結果、クリーニングブラシ電流検知回路１８では８．５μＡ検知している。この結果、１次転写電流Ｉｔ１は式（２）より２０．４μＡとなり、このときの１次転写電圧Ｖｔ１は４０７Ｖとなっている。

１次転写部材６ａ〜６ｄの抵抗値はそれぞれＲｓｔであるため、各１次転写ステーションに流れる電流は、条件（ｉ）では８．１／４＝２．０２５μＡ、条件（ｉｉ）では２０．４／４＝５．１μＡとなる。図４で示す通り、最も１次転写効率の良い１次転写電流は４．０μＡである。そこで、本実施例では条件（ｉ）と条件（ｉｉ）から、１次転写電流が４．０μＡとなる１次転写電圧を予測する。

図８は、１次転写電圧と１ステーション当たりの１次転写電流との関係をプロットした図であり、条件（ｉ）と条件（ｉｉ）における１次転写電圧と１次転写電流との関係がプロットされている。オームの法則より、式（３）の関係が得られるため、図８の条件（ｉ）と条件（ｉｉ）の点を結んだ直線の傾きから１次転写部の抵抗値Ｒｓｔが求められる。
Ｒｓｔ×（Ｉｓｔ＿（ｉ）−Ｉｓｔ＿（ｉｉ））＝（Ｖｔ１＿（ｉ）−Ｖｔ１＿（ｉｉ））
⇒ Ｒｓｔ＝（Ｖｔ１＿（ｉ）−Ｖｔ１＿（ｉｉ））／（Ｉｓｔ＿（ｉ）−Ｉｓｔ＿（ｉｉ）） … 式（３）

ここで、Ｖｔ１＿（ｉ）は条件（ｉ）における１次転写電圧、Ｖｔ１＿（ｉｉ）は条件（ｉｉ）における１次転写電圧である。また、Ｉｓｔ＿（ｉ）は条件（ｉ）におけるステーション辺りの１次転写電流、Ｉｓｔ＿（ｉｉ）は条件（ｉｉ）におけるステーション辺りの１次転写電流である。式（３）より、本実施例ではＲｓｔは８０ＭΩと求まる。

また、オームの法則より式（４）の関係が導かれる。
Ｖｔ１＝Ｉｓｔ×Ｒｔ１ … 式（４）

式（４）より、Ｉｓｔ＝４．０μＡが得られる１次転写電圧Ｖｔ１は、３２０Ｖとなる。以上より、良好な１次転写効率を得るために、１次転写電圧として３２０Ｖ印加する。

本実施例では、２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６に印加する電圧を一意に条件（ｉ）、（ｉｉ）としたが、これは次の理由による。すなわち、それぞれの条件において、２次転写電流検出回路２２、もしくは、クリーニングブラシ電流検出回路１８の電流検知結果がゼロとなる場合がある。このような場合には、駆動ローラ１３から、２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６のいずれかに電流が流れ込み、逆電流が生成されている可能性がある。つまり、２次転写電流検出回路２２、もしくは、クリーニングブラシ電流検出回路１８では逆電流を検知できないが、逆電流の生成によって電流検知結果がゼロとなっていることが考えられる。この結果、２次転写電流とクリーニングブラシ電流の合算電流が１次転写電流とは異なることなり、１次転写部の抵抗値が正しくできなくなる。このような状況を防止するため、本実施例では、条件（ｉ）、条件（ｉｉ）ともに２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６に同じ電圧を印加した。

１次転写電圧調整回路１５によって生成される１次転写電圧は、２次転写ローラ２０、もしくはクリーニングブラシ１６から供給された電流によって生成される。このため、図６の等価回路から明らかなように１次転写電圧Ｖｔ１は、２次転写電圧Ｖｔ２とクリーニングブラシ電圧Ｖｂのうち、大きい方に対して、必ず式（５）の関係となる。
Ｖｔ２＞（Ｖｔ１ｏｒＶｂ）＞Ｖｔ１ … 式（５）

このため、式（５）より、Ｖｔ２とＶｔｂが等しい場合は、必ずＶｔ１より大きくなるため上述したような逆電流は発生しない。

本実施例では逆電流が発生しない条件で１次転写電圧の抵抗検知制御を行うために、２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６に同じ電圧を印加したが、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６の電圧が異なっていてもよい。すなわち、それぞれに流れる電流が正電流であれば問題なく抵抗検知ができ、１次転写電圧を決定できる。

しかしながら、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６に印加する電圧が異なる場合、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６の抵抗値や、それぞれへの印加電圧の関係によっては逆電流が発生する可能性がある。その結果、逆電流が発生した部材の電流検知結果がゼロとなり、１次転写部の抵抗検知精度が低下する場合がある。このような場合、電流検知結果がゼロとなった部材の電圧を再設定して、新しい条件とすればよい。

［比較例］
図９、図１０を参照して、本実施例の比較例として、１次転写部への電流供給部材とし
て、２次転写ローラ２０のみを用いた場合の１次転写電圧の決定制御について説明する。図９は、比較例における、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６に印加した電圧と電流の検知結果と、１次転写部の電圧の検知結果と、各検知結果から導かれる１次転写電流とをまとめた表である。図１０は、比較例における、１次転写電圧と１ステーション当たりの１次転写電流との関係をプロットした図であり、条件（ｉ）と条件（ｉｉ）における１次転写電圧と１次転写電流との関係がプロットされている。

比較例の条件（ｉ）では、２次転写ローラ２０の電圧Ｖｔ２が６００Ｖの時に２次転写電流Ｉｔ２が９．２μＡであり、このときの１次転写電圧Ｖｔ１が１４２Ｖとなっている。一方、クリーニングブラシには電圧が印加されていないため、Ｖｔ１に対してＶｂの電位が低くなる結果、駆動ローラ１３からクリーニングブラシ１６に対して２．０μＡの電流が流れてしまう。ところが、クリーニングブラシ電流検知回路１８は、正極性の電流しか検知できないため、Ｉｔｂの検知結果はゼロとなる。このため、式（２）により
Ｉｔ１＝９．２μＡ
となる。

同様に、条件（ｉｉ）では、２次転写ローラ２０の電圧Ｖｔ２が１５００Ｖの時に２次転写電流Ｉｔ２が２２．９μＡであり、この時の１次転写電圧Ｖｔ１が３５６Ｖとなっている。同じく、Ｖｔ１に対してＶｂの電位が低い結果、駆動ローラ１３からクリーニングブラシ１６に対して５．１μＡの電流が流れてしまうが、この電流はクリーニングブラシ電流検知回路１８で検知できないため、式（２）より
Ｉｔ１＝２２．９μＡ
となる。

この結果、各１次転写ステーションに流れる電流は、条件（ｉ）では９．２／４＝２．３μＡ、条件（ｉｉ）では２２．９／４＝５．７２５μＡと算出される。比較例の条件に対して、式（３）から１次転写部の抵抗値Ｒｓｔを求めると６２ＭΩとなる。また、式（４）より、Ｉｓｔ＝４．０μＡが得られる１次転写電圧Ｖｔ１は、２５０Ｖと求まり、これがターゲット電圧となる。

しかし、実際の１次転写部の抵抗値Ｒｓｔは上述した通り８０ＭΩであるため、電圧が２５０Ｖの場合、１次転写電流Ｉｓｔは３．１μＡしか流れない。このため、１次転写電流が不足し、１次転写効率が悪い条件での画像形成となる。
以上のように、比較例の条件では、駆動ローラ１３からクリーニングブラシ１６に電流が流れる結果、１次転写電流を精度よく検知できず、最適なターゲット電圧を設定できないことになる。

以上、本実施例では１次転写部の抵抗値を精度よく検知するために、１次転写部への電流供給部材として、２次転写ローラ２０と、クリーニングブラシ１６を使用し、それぞれに正極性の電流が流れるよう、所定の電圧を印加した。この結果、２次転写ローラ２０に流れる電流Ｉｔ２と、クリーニングブラシ１６に流れる電流Ｉｂとの合算電流が、１次転写電流Ｉｔ１とほぼ等しくなる。そして、このときに検知した１次転写電圧との関係から、精度よく１次転写部の抵抗を求め、最適なターゲット電圧を設定することが可能となる。

なお、本実施例では、２つの電圧条件（２つの水準）の結果から１次転写部の抵抗を算出し、ターゲット電圧を決定したが、１次転写部の電圧、電流、抵抗の関係性の取得はかかる方法に限定されない。例えば、１次転写部の電圧と電流の関係が、オーミックの関係でない場合等は、所望の精度が得られるよう、任意の数の条件（２以上の水準）で抵抗を検知すればよい。

［実施例２］
実施例２では、より精度の高い１次転写電圧の決定方法について、実施例１と同じ画像形成装置の構成を用いて説明する。実施例２において実施例１と共通する構成については実施例１と同じ符号を付し、再度の説明を省略する。実施例２においてここで特に説明しない事項は実施例１と同様である。

実施例２は、１次転写部への電流供給部材として２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６を使用し、それぞれの合算電流量を１次転写電流の目標電流量とすべく、２次転写ローラ２０とクリーニングブラシ１６の目標電流量を設定することを特徴とする。本実施例でもトランジスタＱ１がオフとし、式（１）の制御電流Ｉｃｏｎ＝０として、１次転写部の抵抗検知を行う。
実施例１と同様、ステーション辺りに最適な１次転写電流は４μＡである。そこで、本実施例では、２次転写ローラ２０の目標電流量を２．０μＡ、クリーニングブラシ１６の目標電流量を２．０μＡとして個々に設定し、それぞれの目標電流量に収束するように定電流制御を行う。

次に、具体的な制御方法について２次転写ローラ２０を用いて説明する。まず、予め決めておいた固定電圧Ｖ０を２次転写ローラ２０に印加し、そのときに検知する２次転写電流をＩ０、目標電流をＩａとする。このとき、目標電流とのずれ量から式（６）に従うΔＶをＶ０に加算して次に印加する電圧とする。
ΔＶ＝（Ｉａ−Ｉｔ０）×ｇ×Ｖ０ … 式（６）

式（６）のｇは固定係数であり、本実施例では１／１０００とする。式（６）に従って、２次転写ローラ２０に印加する電圧を微調し、そのときに検知される電流と目標電流との差分から、式（６）に従って次に印加する電圧を調整する動作を繰り返す。これにより２次転写ローラ２０に流れる電流は目標電流であるＩｔ２＝２．０μＡに収束する。本実施例では、電流を検知するサンプリング間隔は５ｍｓ、サンプリング時間は６００ｍｓｅｃとして、合計で１２０回のサンプリングを行う。なお、固定電圧Ｖ０の値は、必ずしも一定値である必要はなく、制御を実施する環境や耐久状態に応じて設定された電圧を予めテーブル化しておき、制御の際に検知した各条件に応じた値を用いてもよい。また、本実施例では、クリーニングブラシ１６に対する定電流制御も式（６）に従って実施し、２次転写ローラ２０と同じくサンプリング間隔を５ｍｓ、サンプリング時間を６００ｍｓｅｃとして、合計で１２０回のサンプリングを行う。

図１１は、上述の方法で定電流制御を行ったときの、目標電流へ収束する様子を示したグラフである。図１１（ａ）は２次転写ローラ２０の結果で、約３５０ｍｓｅｃで目標電流である２．０μＡに収束している。また、図１１（ｂ）はクリーニングブラシ１６の結果で、約２５０ｍｓｅｃで目標電流である２．０μＡに収束している。

次に、１次転写電流の収束について説明する。１次転写電流は式（２）の通り、２次転写ローラ２０に流れる電流とクリーニングブラシ１６に流れる電流との合算電流となり、図１２（ａ）に示すグラフとなる。また、このときの１次転写電圧は１次転写電圧調整回路１５の１次転写電圧検知回路５１に検知され、その様子は図１２（ｂ）のようなグラフとなる。図１２に示すように、１次転写電流は約３５０ｍｓｅｃで収束し、電流の収束に伴い、１次転写電圧も収束している。

ところで、１次転写電流は、２次転写電流検知回路１８と、クリーニングブラシ電流検知回路２２で検知された合算電流であり、１次転写電圧は１次転写電圧調整回路１５で検知されている。そのため、電流と電圧の検知タイミングは厳密には同期されておらず、多
少の誤差を伴う。そこで、この誤差を解消するために、本実施例では、図１２（ｂ）の５００ｍｓｅｃ〜６００ｍｓｅｃの間に検知される合計２０点の平均値を画像形成で使用する１次転写電圧として決定する。

本実施例では、２次転写ローラ２０の目標電流を２．０μＡ、クリーニングブラシ１６の目標電流を２．０μＡと設定して定電流制御を行う。これにより、駆動ローラ１３から、クリーニングブラシ１６への電流の流れ込み、もしくは、駆動ローラ１３から２次転写ローラ２０への流れ込みが発生することはない。このため、２次転写電流とクリーニングブラシ電流の合算電流は略１次転写電流と見なすことができ、電流の検知誤差が生じる心配がなく、精度の高い検知が可能となる。また、目標となる１次転写電流が得られる電圧を直接算出するため、高い精度での電圧の決定が可能となる。

以上、本実施例では、より精度良く１次転写電圧を決定するために２次転写ローラ２０と、クリーニングブラシ１６の目標電流を設定して、それぞれに対して定電流制御を行い、電流が収束したときの１次転写電圧を求めた。なお、上記収束制御において、２次転写ローラ２０、クリーニングブラシ１６に最初に印加する電圧の大きさは、画像形成装置の使用環境（温度・湿度）、または画像形成装置の耐久状態（使用頻度）に基づいて設定することができる。温度・湿度は上述した環境センサ１０６により、耐久状態（使用頻度）は、例えば、画像形成動作の回数や感光ドラムの走行距離のカウント等により取得される。１次転写部材６や中間転写ベルト１０の抵抗値は、一般的に、低温低湿環境に近づくほどあるいは使用頻度が増すほど高くなり、高温高湿環境に近づくほどあるいは新品状態に近いほど低くなる。このような性質を考慮して、印加電圧の大きさを適宜設定すればよい。

１…感光ドラム、１０…中間転写ベルト、１３…２次転写対向ローラ、１４…転写ローラ、１５…電圧調整回路、１６…クリーニングブラシ、１７…クリーニングブラシ電源、１８…クリーニングブラシ電流検知回路、２０…２次転写ローラ、２１…２次転写電源、２２…２次転写電流検知回路、５１…１次転写電圧検知回路、１００…コントローラ、Ｑ１…トランジスタ、ＩＣ１…オペアンプ、ＺＤ１…ツェナーダイオード

Claims (15)

1. 現像剤像を担持する像担持体と、
   前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトと、
   前記ベルトの回転方向において前記像担持体とは異なる位置で前記ベルトに接触し、前記ベルトに電流を供給する複数の電流供給部材と、
   前記複数の電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
   大きさが可変の制御信号を出力する制御部と、
   前記ベルトを介して前記複数の電流供給部材と対向する位置において前記ベルトに接触する接触部材と、
   前記接触部材に接続される電圧調整部材を備える電圧調整部であって、前記制御部から入力される前記制御信号の大きさに応じて、前記電流供給部材から前記ベルトを介して前記電圧調整部材に流れる電流の大きさを変化させることで、前記像担持体が担持する現像剤像を前記ベルトへ転写させるための前記ベルトの前記像担持体との接触部における表面電位の大きさを変化させることが可能な電圧調整部と、
   を備え、
   前記電圧印加部は、前記制御部が前記表面電位の大きさを前記接触部に所定の電流量が流れる大きさに制御することができるように、前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の電流供給部材に流れる電流量を検知する電流検知部と、
   前記表面電位を検知する電圧検知部と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記電圧調整部材に流れる制御電流の電流量が既知の電流量となるように前記電圧調整部を制御し、
   前記電圧印加部は、前記既知の電流量と、前記電流検知部が検知する電流量と、前記電圧検知部が検知する前記表面電位と、に基づいて取得される前記接触部における抵抗値に基づいて、前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電圧印加部は、前記抵抗値を取得する際に前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさを、前記複数の電流供給部材が前記ベルトに電流を供給した際に前記ベルトから前記複数の電流供給部材の少なくともいずれかに電流が流れる逆電流が生じることがない大きさとすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記抵抗値を取得すべく、複数の水準で、前記既知の電流量と、前記電流検知部が検知する電流量と、前記電圧検知部が検知する前記表面電位と、の関係性を取得する場合において、１つの水準における前記関係性を取得する際に前記電圧印加部が前記複数の電流供給部材にそれぞれ印加する電圧の大きさは、同じ大きさであることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
5. 前記複数の電流供給部材に流れる電流量を検知する電流検知部をさらに備え、
   前記電圧印加部は、前記制御部による前記表面電位の大きさを前記接触部に所定の電流量が流れる大きさとする制御を可能とすべく、前記電流検知部に検知される前記複数の電流供給部材のそれぞれの電流量がそれぞれ個々に設定される目標電流量となるように、前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさをそれぞれ制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記目標電流量が前記電流検知部に検知されるように前記電圧印加部が前記電流供給部材に印加する電圧の大きさは、前記電圧印加部が前記電流供給部材に印加する電圧の大き
   さの調整を繰り返して前記電流検知部が検知する電流量を前記目標電流量に近づけることで取得されることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記目標電流量が前記電流検知部に検知されるように前記電圧印加部が前記電流供給部材に印加する電圧の大きさは、前記複数の電流供給部材が前記ベルトに電流を供給した際に前記ベルトから前記複数の電流供給部材の少なくともいずれかに電流が流れる逆電流が生じることがない大きさであることを特徴とする請求項５または６に記載の画像形成装置。
8. 前記電圧印加部が前記電流供給部材に印加する電圧の大きさの調整を繰り返す際に、最初に印加する電圧の大きさは、画像形成装置の使用環境または使用頻度に基づいて設定されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部が前記表面電位の大きさを前記接触部に所定の電流量が流れる大きさに制御することができるように前記電圧印加部が前記複数の電流供給部材に印加する電圧の大きさは、複数の検知結果の平均値をもとに取得されることを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記制御信号は、ＰＷＭ信号であり、
    前記電圧調整部は、前記制御部から入力される前記ＰＷＭ信号のデューティ比の大きさに応じて、前記電流供給部材から前記ベルトに供給される電流の大きさを変化させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記電圧調整部は、前記電圧調整部材としてのトランジスタを有する調整回路であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記電圧調整部は、前記接触部材としての前記ベルトを支持する支持部材を介して前記ベルトに接続されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記複数の電流供給部材には、前記ベルトとの接触部に流す電流により現像剤像を前記ベルトから記録材に２次転写させる２次転写部材が含まれることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記複数の電流供給部材には、前記ベルトに担持されたトナーを帯電または回収するための帯電部材が含まれることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 前記ベルトは、イオン系の導電剤を混合して成型された無端状のベルト体であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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