JP3620548B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子写真プロセスを用いて画像を形成する装置に関しさらに詳しくは静電転写を用いてカラー電子写真プロセスを構成するのに好適な画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー電子写真プロセスを用いた画像形成装置、なかでも転写プロセスに関わるバイアス制御方法および装置は多数提案されている。代表的な画像形成装置として以下の３つがあげられる。
【０００３】
▲１▼特開平２−２８７３８０号公報等では、非画像領域で定電流制御しその時の電圧をホールドし画像領域で定電圧制御することにより転写部材例えば転写ローラの抵抗変動によらず良好な転写性が確保できるとしていた。
【０００４】
▲２▼特開平６−２９５１３２号公報では、中間転写体上で色重ねし転写材に一括転写する装置において、感光体から中間転写体にトナーを転移させる１次転写部のバイアス制御方法を定電流制御とすることにより色重ね時の転写不良を防止できるとしていた。
【０００５】
▲３▼特公昭６３−７３８６号公報では、誘電ドラムに紙を巻き付けカラートナー像を順次転写するプロセスにおいて、転写電圧を転写順に高くする方法により高品質な転写画像が得られるとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術においては以下に示す課題があった。
【０００７】
まず、▲１▼の技術は、非画像領域（トナーが感光体上に存在しない領域）を定電流制御したときに出力される電圧をもとに画像領域（トナーが感光体上に存在する可能性がある領域）の定電圧値を決定する方法であるため最適電圧に対する誤差が大きく精度が要求されるカラーの画像形成装置では十分でなかった。
【０００８】
次に、▲２▼の技術であるが、中間転写体を用いたシステムでは複数の箇所で同時にバイアス印加されるときがある。この時に１次転写部が定電流制御であると中間転写体の電位が１次転写部のインピーダンスに応じて変動する。その結果、中間転写体から転写材にトナーを転移する２次転写における電界強度が不安定になり転写性が損なわれ、最終画像である転写材上の品質が低下するという課題があった。また、２次転写部では、環境により抵抗が数桁は変動するとともに幅方向に様々な大きさを持つ転写材に対して高効率転写が要求されるが２次転写部が固定電圧の定電圧電源、もしくは固定電流の定電流電源では十分な転写性が確保できなかった。
【０００９】
また、▲３▼の技術では、各色毎に定電圧値が固定であるためＯＨＰシートや低湿環境下の紙のような高抵抗紙では転写電流が不足し転写不良を起こすことがあった。この問題を回避するため転写部を定電流制御とすることも提案されている。しかし、転写材担持体として高抵抗な誘電体ドラムを用いるため残留電荷を除去するために交流電圧を重畳した除電手段を必要とし、除電と転写が同時におきるタイミングで転写電流が除電電流に干渉されトナーの移動に関与する電流が確保されず良好な画像が得られない場合があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的とするところは、中間転写体を用いたシステムにおいて、
▲１▼１次転写部で中間転写体の抵抗値やトナー帯電量が環境で変動しても画像の品質を安定化させる、▲２▼２次転写部で中間転写体や転写材の抵抗値等が変動しても画像の品質を安定化させる、▲３▼１次転写、２次転写バイアスが同時に印加されるタイミングで発生する転写不良を解決する、ことである。また、転写材担持体に転写材を担持し色重ねを行うシステムにおいて、▲４▼転写材の抵抗値等が変動しても画像の品質を安定化させる、▲５▼転写、除電バイアスが同時に印加されるタイミングで発生する転写不良を解決する、ことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラー画像形成装置は、感光体上に顕像化されたカラートナー像を順次中間転写体上に転写するための１次転写用電源、中間転写体上に色重ねされたカラートナー像を転写材に一括転写するための２次転写用電源を備えたカラー画像形成装置において、前記１次転写用電源は画像領域の一部で定電流制御してその時の当該１次転写用電源の出力電圧を検知し、他の画像領域では前記検知した１次転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御することによりトナーも含めた負荷抵抗がわかり、その値をもとに最適転写電圧を印加するため中間転写体やトナーの抵抗値等が変動しても安定した品質の画像を得ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、１次転写の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うため制御切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはない。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで１次転写用電源を定電圧制御するため中間転写体が一定電位となる。よって２次転写時の電界強度が変動することなく画像の品質が安定化する。
【００１５】
請求項４、５記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御する時の１次転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された１次転写用電源の出力電圧をもとに２次転写における電圧を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず良好な転写性が確保される。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、１次転写用電源で非画像領域において定電流制御しその時に検知される１次転写用電源の出力電圧にもとづき画像領域の一部を最適な電流値で定電流制御するためさらに精度の高い制御が可能となる。
【００１７】
請求項７記載の発明によれば、転写部の画像領域の一部で定電流制御する時の転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された転写用電源の出力電圧をもとに定電圧値を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず良好な転写性が確保される。
【００１８】
請求項８記載の発明によれば、転写部の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うことにより切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはない。
【００１９】
請求項９記載の発明によれば、転写と除電が時間軸で重なるタイミングで転写用電源を定電圧制御するため転写位置の電位が一定電位となる。よって転写部の電界強度が除電電流で変動することなく画像の品質が安定化する。
【００２０】
【実施例】
以下、請求項１〜４については（実施例１）で、請求項５は（実施例２）で、請求項６は（実施例３）で、そして請求項７〜９は（実施例４）を用いて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明のカラー画像形成装置の断面概観図である。
【００２２】
まず、装置の動作を説明する。帯電ローラ１０２は感光体１０１を均一にある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度のレーザービームは折り返しミラー１０４により感光体１０１上に導かれ静電潜像（例えば−１００Ｖ）が形成される。次に図中矢印方向に接離可能な一成分接触方式の現像器１０５の内、イエロー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに不図示の電源の電界の作用によって負帯電性イエロートナーが反転現像され感光体上１０１において顕像化される。顕像化されたイエロートナーは、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）にカーボンを分散し適当な抵抗に調整された中間転写体１０６上に１次転写ローラ１０７に定電流制御および定電圧制御可能な１次転写用電源１０８によりトナーと逆極性のバイアスが印加されその電界の作用で転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、ブレードを接触させてクリーニングする感光体クリーナー１０９で回収され、続いて感光体電位は除電ランプ１１０によりリセットされる。同様の動作を中間転写体１０６の位置と露光手段１０３の発光タイミングの同期を取りマゼンタ現像器１０５Ｍ、シアン現像器１０５Ｃ、ブラック現像器１０５Ｋについても繰り返すことにより、中間転写体１０６上に各色のトナーが重ねられフルカラー画像が形成される。この間、２次転写ローラ１１６、および中間転写体クリーナ１１９は離間状態とする。一方、転写材１１３は給紙カセット１１２から給紙手段１１１によりレジストローラ対１１４まで搬送されたのち、中間転写体１０６上のフルカラー画像と同期をとって駆動ローラ１１５と図中矢印方向に接離可能な２次転写ローラ１１６にて形成される２次転写部に搬送される。２次転写部では転写材１１３と同期して２次転写ローラ１１６が中間転写体１０６に接触してニップ部を形成するとともに１次転写用電源１０８から得た電圧を演算する演算手段１２１にて決定された電圧が２次転写用電源１１７により定電圧制御されその電界の作用で転写材１１３上にフルカラートナー像が形成される。また、この時中間転写体クリーナー１１９は中間転写体１０６に接触する。その後、転写材１１３は定着手段１２０によって定着され装置外へ排出される。２次転写後の転写残りトナーは図中矢印方向に動くテンションローラ１１８を通過後、中間転写体クリーナー１１９にて回収される。
【００２３】
次に１次転写および２次転写のバイアス制御方法について詳述する。
【００２４】
図２は１次転写部における低温、低湿（以後ＬＬ環境と呼ぶ）及び高温、高湿環境（ＨＨ環境と呼ぶ）下におけるベタ画像の電圧−電流特性（以後、Ｖ−Ｉ特性と呼ぶ）を示したもので斜線部内が転写が良好にされる実用範囲（転写効率で８０％以上）である。ＬＬ環境とＨＨ環境でこのようにＶ−Ｉ特性が大きく異なるのは中間転写体１０６およびトナーの抵抗値およびトナーの帯電量が環境で変化するためである。図中の○印は１次転写部で放電が開始する直前の点を示し、この点で最大転写効率（転写効率で９０〜９７％）をとる。したがってこの○印となるように１次転写用電源が制御されれば最高品質画像が得られる。１次転写用電源を定電流制御しその値をｉ１とすればＬＬ、ＨＨ環境で転写電圧は図に示すようにＬ１、Ｌ２．．、Ｈ１、Ｈ２．．となり実用範囲内にははいるが最大転写効率を得るという観点からはＬＬ環境の３、４色目で最適電圧（Ｌ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ．．、Ｈ１ｍａｘ、Ｈ２ｍａｘ．．）からずれる。具体例としてプロセス速度１３０ｍｍ／ｓ、中間転写体１０６の表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０９Ω、トナーの帯電量がＬＬで２０μＣ／ｇ、ＨＨで１２μＣ／ｇの時、ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および最大転写効率を得る最適電圧を調べ表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１からＬＬ環境の３色目、４色目で最適転写電圧との差が大きいことがわかる。そこで、１色目は定電流制御しその時に出力される電圧値にもとづいて２、３、４色目を定電圧制御した。具体的には演算手段１２１において、１色目の定電流制御時に出力される電圧をＶ１、２色目以降の定電圧制御時に出力する電圧をＶ２、Ｖ３、Ｖ４とすると、Ｖ２＝Ｖ１＋２／９×Ｖ１、Ｖ３＝Ｖ２＋２／９×Ｖ１、Ｖ４＝Ｖ３＋２／９×Ｖ１とする。この方法にもとづいてバイアス制御を行った結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】
このように画像領域の一部（本実施例では第１色目）を定電流制御しその時に出力される電圧（Ｖ１）をもとに他の画像領域（本実施例では第２、３、４色目）における電圧（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を定めることにより最適転写電圧に制御可能となった。
【００２９】
図３は２次転写部でＬＬ及びＨＨ環境下で幅が約３００ｍｍと約１００ｍｍの転写材１１３を印字したときのＶ−Ｉ特性および図２における１色目のＶ−Ｉ特性を示したもので図２と同様に実用範囲内を斜線部で、最大転写効率をとる点を○印で示す。環境によりＶ−Ｉ特性が大きく異なるのは１次転写部における理由の他に転写材および２次転写ローラ１１６の抵抗が変化するためである。また、転写材１１３の幅によりＶ−Ｉ特性が異なるのは２次転写ローラ１１６と中間転写体１０６が直接接触する部分が存在するためである。図３から単純な定電流もしくは定電圧制御では実用可能範囲にバイアス制御できず、まして最大転写効率を得るための電圧に制御することは困難であることがわかる。しかし、本発明により先に示した１次転写で定電流制御する時に出力される電圧（Ｖ１）にもとずき、２次転写用電源１１７の定電圧値を制御することにより２次転写における最大転写効率を得る電圧にバイアス制御可能となった。具体例として１次転写バイアス制御時の条件に加え、２次転写ローラ１１６の体積抵抗率がＬＬで１０１０Ωｃｍ、ＨＨで１０９Ωｃｍ、転写材１１３として表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０７Ωの紙を用い、１次転写時で定電流制御するときの電流値ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および２次転写における最大転写効率を得る最適電圧を調べ表３に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】
この結果から１次転写で定電流時の出力をＶ１（Ｖ）、２次転写で最大転写効率をとる電圧をＶ０（Ｖ）とすると、Ｖ０＝３２／９×Ｖ１−８００なる関係があることがわかる。したがってこの演算を演算手段１２１で行い、２次転写の定電圧制御をＶ０で行うことにより良好な画像が得られる。なお、この式ではＶ０が０以下となるときがあるがその時は０Ｖを出力する。
【００３２】
図４は１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は出力切り換え手段４０１、定電流制御部４０２、定電圧制御部４０３からなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると定電流制御部４０２は電流ｉ１（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段で扱える適当な電圧に変換し１次転写演算部４０４および２次転写演算部４０５におくる。１次転写演算部４０４では、先に示した演算式にもとづき演算し定電圧制御部４０３におくる。定電圧制御部４０３では１次転写演算部４０４から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し出力切り換え手段４０１を切り換えて１次転写出力をする。２次転写演算部４０５でも先に示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。
【００３３】
図５は以上述べてきた１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。図６は実施例１の変形例であって１、３色目に定電流制御しそれらの値をもとに２、４色目および２次転写電圧を制御する。この場合も良好な転写性が環境や転写材サイズによらず確保できた。また、図７に示すように１色印字中に定電流制御から定電圧制御に切り換えることも可能であるが切り換え時にノイズがはいる場合があり図５、６に示すように非画像領域で定電流および定電圧制御の切り換えを行うのが望ましい。なお、図５から図７までは１次転写と２次転写が時間軸で重なる場合を示したので１次転写の最終色は定電圧制御であることが望ましい。１次転写の最終色が定電流制御で２次転写と同時にバイアスされると表面抵抗が、 １０５〜１０８Ωといった比較的低抵抗な中間転写体１０６を用いた場合、２次転写部における中間転写体１０６の電位が変動し転写ムラとなる場合があり好ましくない。
【００３４】
画像領域の一部を定電流制御しその時の電圧にもとづき他の画像領域を定電圧制御する実施例としてはこれら図５〜７に限定されることはない。例えば、１、２色目は予め定められた電圧で定電圧制御、３色目は定電流制御としこの時に検知される電圧をもとに４色目を定電圧制御したり、逆に１色目を定電流制御としこの時に検知される電圧をもとに２色目を定電圧制御し、３、４色目は予め定められた電圧で定電圧制御してもよい。これらの場合も従来の色ごとに定められた電圧値を定電圧制御する方法に比べ良好な転写性が得られた。
【００３５】
また、１次転写出力の１色目が定電流制御の時、連続印字時に２次転写出力と２枚目以降の１次転写出力の１色目が時間軸で重なる場合があり、先に述べた理由で転写不良をおこすことがある。そこで、１枚目の印字において本発明の制御（例えば図６に示す）を行い、２枚目以降の１、２色目は１枚目に決定される電圧Ｖ１、Ｖ２で定電圧制御し３色目は１枚目と同じく定電流制御し、４色目は定電圧制御することにより１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで定電圧制御が可能となり転写不良が防止される。この時、２枚目以降の１色目の電圧を前の印字の３色目の定電流制御時に検出される電圧にもとづいて定電圧制御してもよい。また、連続印字の場合に１枚目の印字において本発明の制御（例えば図５に示す）を行い、２枚目以降は１枚目に決定される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）で定電圧制御することが可能である。この方法は装置内の温湿度が大きく変化しない場合に有効である。
【００３６】
尚、本発明に用いる中間転写体１０６としては、実施例中に述べたＥＴＦＥ以外にも、ポリフッカビニリデン、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート等の基材にカーボン等の導電材を分散もしくは塗布することにより表面抵抗を中抵抗化（１０５〜１０１１Ω）したフィルム材を用いることができる。中間転写体１０６の周長は、装置が対応する最大転写材長さより長いことは勿論であり、感光体１０１の周長の整数倍であることが好ましい。
【００３７】
（実施例２）
図８は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。実施例１と異なるのは、１次転写部と２次転写部の距離が最大画像長さより長く１次転写、２次転写が同時にバイアスされることがない点と１次転写用電源１０８、演算手段１２１の内部構成が簡略化されている点である。装置の動作および構成の説明は実施例１と同じであるため省略する。
【００３８】
図９は１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。１次転写と２次転写のバイアス印加タイミングが重ならない。よって２次転写時に中間転写体１０６の電位は一定に保たれるため１次転写のバイアス制御は定電流制御であっても画像に影響を及ぼすことはない。
【００３９】
図１０は実施例２に用いる１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は定電流制御部４０２のみからなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると定電流制御部４０２は電流ｉ１（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段で扱える適当な電圧に変換し２次転写演算部４０５におくる。２次転写演算部４０５では実施例１に示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。１次転写部が定電流制御でも図２に示したように実用可能範囲にあるため画像品質をさほど落とす事なく実施例１の構成に比べ１次転写電源１０８および演算手段１２１の低コスト化が可能となった。
【００４０】
（実施例３）
装置構成は図１と同一であるため省略する。実施例１と異なる点は非画像領域で定電流制御し、その時の電圧を検知しその値をもとに画像領域を定電流制御する時の電流値を決定する点で１次転写用電源１０８の内部構成が異なる。
【００４１】
図１１は図２に加え非画像領域のＶ−Ｉ特性を示した図である。非画像領域にはトナーが存在しないため、画像領域に比べ見かけ上の抵抗は低く図に示すようにＬＬ環境ではその差が大きく、ＨＨ環境ではその差が小さい。従来例で述べたように非画像領域で定電流制御し図中のＬ０、Ｈ０をもとに画像領域のバイアスを決定する従来の方法は最適バイアスとの誤差が大きく好ましくない。しかし、非画像領域で検知した電圧からおおよその環境を把握することはできる。そこで、１次転写用電源１０８は電流ｉ０（例えば１０．０μＡ）で定電流制御し、その時に検知した電圧をもとに画像部における定電流制御時の電流ｉ１を決定する。例えば、検知した電圧が５００Ｖ以下の時はＨＨ環境と考えられるためｉ１＝１２μＡとし、８００Ｖ以上の時はＬＬ環境と考えられるためｉ１＝１０μＡとする。また、５００〜８００Ｖのときは常温常湿環境と考えられるのでｉ１＝１１μＡとする。この方法で実施例１と同様に画像領域の一部を定電流制御し、他の画像領域をその時に検知した電圧にもとづき定電圧制御した結果を表４に示す。なお、演算手段１２１における式は実施例１と同じとした。
【００４２】
【表４】
【００４３】
表２にくらべＨＨ環境における最適電圧との差が減少した。実施例１に比べてより理想的なバイアス制御が可能となった。
【００４４】
図１２は実施例３における１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は出力切り換え手段４０１、数水準の電流出力可能な定電流制御部４０７、定電圧制御部４０３、比較手段４０８からなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると非画像領域において定電流制御部４０７は電流ｉ０（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。その時の電圧を予め定めた値（例えば５００Ｖ）と比較手段４０８にて比較する。比較手段４０８ではその結果にもとづいて定電流制御部４０７で出力すべき電流値の情報を与える（例えば５００Ｖ以下では１２μＡ）。定電流制御部４０７ではその情報にもとづき定電流バイアスｉ１（例えば１２μＡ）を画像部に出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段１２１で扱える適当な電圧に変換し１次転写演算部４０４および２次転写演算部４０５におくる。１次転写演算部４０４では、実施例１で示した演算式にもとづき演算し定電圧制御部４０３におくる。定電圧制御部４０３では１次転写演算部４０４から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し出力切り換え手段４０１を切り換えて１次転写出力をする。２次転写演算部４０５でも実施例１で示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。
【００４５】
図１３は以上述べてきた１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図でＶｎは非画像領域を電流ｉ０で定電流制御した時の電圧で、矢印はＶｎの値により決められた電流ｉ１で画像領域を定電流制御した時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。
【００４６】
（実施例４）
図１４は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。実施例１〜３との違いは転写材１１３を誘電体ドラム５０１に巻き付け転写材上で色重ねをする点である。
【００４７】
まず、装置の動作を説明する。転写材１１３は、給紙カセット１１２から給紙手段１１１によりレジストローラ対１１４まで搬送されたのち、転写材担持体である誘電体ドラム５０１に転写材吸着用電源５０３がコロナ帯電器５０２に交流電圧を重畳した電圧を出力しその静電力により吸着される。帯電ローラ１０２は感光体１０１を均一にある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒｉｎｃｈ）の解像度のレーザービームは折り返しミラー１０４により感光体１０１上に導かれ静電潜像（例えば−１００Ｖ）が形成される。次に図中矢印方向に接離可能な一成分接触方式の現像器１０５の内、イエロー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに不図示の電源の電界の作用によって負帯電性イエロートナーが反転現像され感光体上１０１において顕像化される。顕像化されたイエロートナーは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の誘電体ドラム５０１上に吸着された転写材１１３上に導電性ブレード５０４にトナーと逆極性のバイアスが転写用電源５０５より印加されその電界の作用により転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、ブレードを接触させてクリーニングする感光体クリーナー１０９で回収され、続いて感光体電位は除電ランプ１１０によりリセットされる。同様の動作を誘電体ドラム５０１の位置と露光手段１０３の発光タイミングの同期を取りマゼンタ現像器１０５Ｍ、シアン現像器１０５Ｃ、ブラック現像器１０５Ｋについても繰り返すことにより、誘電ドラム５０１に吸着された転写材１１３上に各色のトナーが重ねられフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写材１１３は、除電用電源５０７からコロナ帯電器５０６に印加される交流重畳した電界の作用により誘電体ドラム５０１から除電、剥離された後、転写材搬送ベルト５０８により搬送され定着手段１２０にて定着後装置外に排出される。
【００４８】
次に転写用電源５０５のバイアス制御方法について詳述する。
【００４９】
図１５は転写部における低温、低湿（以後ＬＬ環境と呼ぶ）及び高温、高湿環境（ＨＨ環境と呼ぶ）下におけるベタ画像のＶ−Ｉ特性を示したもので斜線部内が転写が良好にされる実用範囲（転写効率で８０％以上）である。ＬＬ環境とＨＨ環境でこのようにＶ−Ｉ特性が異なるのは誘電体ドラム５０１、トナー、転写材１１３の抵抗値およびトナーの帯電量が環境で変化するためである。図中の○印は転写部で放電が開始する直前の点を示し、この点で最大転写効率（転写効率で９０〜９７％）をとる。したがってこの○印となるように転写用電源５０５が制御されれば最高品質画像が得られる。転写用電源５０５を定電流制御しその値をｉ１とすればＬＬ、ＨＨ環境で転写電圧は図に示すようにＬ１、Ｌ２．．、Ｈ１、Ｈ２．．となり実用範囲内にははいるが最大転写効率を得るという観点からはＬＬ環境の３、４色目で最適電圧（Ｌ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ．．、Ｈ１ｍａｘ、Ｈ２ｍａｘ．．）からずれる。具体例としてプロセス速度１３０ｍｍ／ｓ、誘電体ドラム５０１の表面抵抗がＬＬで１０１５Ω、ＨＨで１０１４Ω、転写材１１３として表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０７Ωの紙を用い、トナーの帯電量がＬＬで２０μＣ／ｇ、ＨＨで１２μＣ／ｇの時、ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および最大転写効率を得る最適電圧を調べ表５に示す。
【００５０】
【表５】
【００５１】
表５からＬＬ環境の３色目、４色目で最適転写電圧との差が大きいことがわかる。そこで、１色目は定電流制御しその時に出力される電圧値にもとづいて２、３、４色目を定電圧制御した。具体的には演算手段５０９において、１色目の定電流制御時に出力される電圧をＶ１、２色目以降の定電圧制御時に出力する電圧をＶ２、Ｖ３、Ｖ４とすると、Ｖ２＝Ｖ１＋１／４×Ｖ１−３００、Ｖ３＝Ｖ２＋１／４×Ｖ１−３００、Ｖ４＝Ｖ３＋１／４×Ｖ１−３００とする。
【００５２】
この方法にもとづいてバイアス制御を行った結果を表６に示す。
【００５３】
【表６】
【００５４】
このように画像領域の一部（本実施例では第１色目）を定電流制御しその時に出力される電圧（Ｖ１）をもとに他の画像領域（本実施例では第２、３、４色目）における電圧（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を定めることにより最適転写電圧に制御可能となった。
【００５５】
図１６は以上述べてきた転写用電源５０５と除電用電源５０７の出力タイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。図１７は実施例４の変形例であって１、３色目に定電流制御しそれらの値をもとに２、４色目の転写電圧を制御する。この場合も良好な転写性が環境や転写材サイズによらず確保できた。また、図１８に示すように１色印字中に定電流制御から定電圧制御に切り換えることも可能であるが切り換え時にノイズがはいる場合があり図１３、１４に示すように非画像領域で定電流および定電圧制御の切り換えを行うのが望ましい。なお、図１６から図１８までは転写用電源５０５と除電用電源５０７の出力が時間軸で重なる場合を示したので転写部の最終色は定電圧制御であることが望ましい。転写用電源５０５の最終色が定電流制御で除電用電源５０７と同時にバイアスされると誘電体ドラム５０１の表面抵抗によっては転写部における誘電体ドラム５０１の電位が変動し転写ムラとなる場合があり好ましくない。
【００５６】
以上、４つの実施例を用いて本発明を説明したが発明の主旨は画像領域の一部を定電流制御しその時に出力される電圧にもとづいて他の画像領域に印加する電圧を決定するものであり、実施形態はこれら実施例に限られるものではない。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べてきた本発明は以下の効果を有する。
【００５８】
請求項１記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御することによりトナーも含めた負荷抵抗がわかり、その値をもとに最適転写電圧を印加するため中間転写体やトナーの抵抗値等が変動しても高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、１次転写の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うため制御切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことがなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６０】
請求項３記載の発明によれば、１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで１次転写用電源を定電圧制御するため中間転写体が一定電位となる。よって２次転写時の電界強度が変動することがないため高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６１】
請求項４、５記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御する時の１次転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された１次転写用電源の出力電圧をもとに２次転写における電圧を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、１次転写用電源で非画像領域において定電流制御しその時に検知される１次転写用電源の出力電圧にもとづき画像領域の一部を最適な電流値で定電流制御するためさらに精度の高い制御が可能となり高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、転写部の画像領域の一部で定電流制御する時の転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された転写用電源の出力電圧をもとに定電圧値を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６４】
請求項８記載の発明によれば、転写部の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うことにより切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６５】
請求項９記載の発明によれば、転写と除電が時間軸で重なるタイミングで転写用電源を定電圧制御するため転写位置の電位が一定電位となる。よって転写部の電界強度が除電電流で変動することなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例におけるカラー画像形成装置の断面概観図。
【図２】第１の実施例における１次転写部の電圧−電流特性を示す図。
【図３】第１の実施例における２次転写部の電圧−電流特性を示す図。
【図４】第１の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図５】第１の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図６】第１の実施例の変形例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図７】第１の実施例の変形例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図８】第２の実施例におけるカラー画像形成装置の断面概観図。
【図９】第２の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１０】第２の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図１１】第３の実施例における１次転写部の画像部および非画像部における電圧−電流特性を示す図。
【図１２】第３の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図１３】第３の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１４】第４の実施例における画像形成装置断面概観図。
【図１５】第４の実施例における転写時の電圧−電流特性を示す図。
【図１６】第４の実施例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１７】第４の実施例の変形例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１８】第４の実施例の変形例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【符号の説明】
１０１ 感光体
１０２ 帯電ローラ
１０３ 露光手段
１０４ 折り返しミラー
１０５Ｙ イエロー現像器
１０５Ｍ マゼンタ現像器
１０５Ｃ シアン現像器
１０５Ｋ ブラック現像器
１０６ 中間転写体
１０７ １次転写ローラ
１０８ １次転写用電源
１０９ 感光体クリーナー
１１０ 除電ランプ
１１１ 給紙手段
１１２ 給紙カセット
１１３ 転写材
１１４ レジストローラ対
１１５ 駆動ローラ
１１６ ２次転写ローラ
１１７ ２次転写用電源
１１８ テンションローラ
１１９ 中間転写体クリーナー
１２０ 定着手段
１２１ 演算手段
５０１ 誘電体ドラム
５０２ コロナ帯電器
５０３ 転写材吸着用電源
５０４ 導電性ブレード
５０５ 転写用電源
５０６ コロナ帯電器
５０７ 除電用電源
５０８ 転写材搬送ベルト
５０９ 演算手段
【産業上の利用分野】
本発明は電子写真プロセスを用いて画像を形成する装置に関しさらに詳しくは静電転写を用いてカラー電子写真プロセスを構成するのに好適な画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー電子写真プロセスを用いた画像形成装置、なかでも転写プロセスに関わるバイアス制御方法および装置は多数提案されている。代表的な画像形成装置として以下の３つがあげられる。
【０００３】
▲１▼特開平２−２８７３８０号公報等では、非画像領域で定電流制御しその時の電圧をホールドし画像領域で定電圧制御することにより転写部材例えば転写ローラの抵抗変動によらず良好な転写性が確保できるとしていた。
【０００４】
▲２▼特開平６−２９５１３２号公報では、中間転写体上で色重ねし転写材に一括転写する装置において、感光体から中間転写体にトナーを転移させる１次転写部のバイアス制御方法を定電流制御とすることにより色重ね時の転写不良を防止できるとしていた。
【０００５】
▲３▼特公昭６３−７３８６号公報では、誘電ドラムに紙を巻き付けカラートナー像を順次転写するプロセスにおいて、転写電圧を転写順に高くする方法により高品質な転写画像が得られるとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術においては以下に示す課題があった。
【０００７】
まず、▲１▼の技術は、非画像領域（トナーが感光体上に存在しない領域）を定電流制御したときに出力される電圧をもとに画像領域（トナーが感光体上に存在する可能性がある領域）の定電圧値を決定する方法であるため最適電圧に対する誤差が大きく精度が要求されるカラーの画像形成装置では十分でなかった。
【０００８】
次に、▲２▼の技術であるが、中間転写体を用いたシステムでは複数の箇所で同時にバイアス印加されるときがある。この時に１次転写部が定電流制御であると中間転写体の電位が１次転写部のインピーダンスに応じて変動する。その結果、中間転写体から転写材にトナーを転移する２次転写における電界強度が不安定になり転写性が損なわれ、最終画像である転写材上の品質が低下するという課題があった。また、２次転写部では、環境により抵抗が数桁は変動するとともに幅方向に様々な大きさを持つ転写材に対して高効率転写が要求されるが２次転写部が固定電圧の定電圧電源、もしくは固定電流の定電流電源では十分な転写性が確保できなかった。
【０００９】
また、▲３▼の技術では、各色毎に定電圧値が固定であるためＯＨＰシートや低湿環境下の紙のような高抵抗紙では転写電流が不足し転写不良を起こすことがあった。この問題を回避するため転写部を定電流制御とすることも提案されている。しかし、転写材担持体として高抵抗な誘電体ドラムを用いるため残留電荷を除去するために交流電圧を重畳した除電手段を必要とし、除電と転写が同時におきるタイミングで転写電流が除電電流に干渉されトナーの移動に関与する電流が確保されず良好な画像が得られない場合があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的とするところは、中間転写体を用いたシステムにおいて、
▲１▼１次転写部で中間転写体の抵抗値やトナー帯電量が環境で変動しても画像の品質を安定化させる、▲２▼２次転写部で中間転写体や転写材の抵抗値等が変動しても画像の品質を安定化させる、▲３▼１次転写、２次転写バイアスが同時に印加されるタイミングで発生する転写不良を解決する、ことである。また、転写材担持体に転写材を担持し色重ねを行うシステムにおいて、▲４▼転写材の抵抗値等が変動しても画像の品質を安定化させる、▲５▼転写、除電バイアスが同時に印加されるタイミングで発生する転写不良を解決する、ことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のカラー画像形成装置は、感光体上に顕像化されたカラートナー像を順次中間転写体上に転写するための１次転写用電源、中間転写体上に色重ねされたカラートナー像を転写材に一括転写するための２次転写用電源を備えたカラー画像形成装置において、前記１次転写用電源は画像領域の一部で定電流制御してその時の当該１次転写用電源の出力電圧を検知し、他の画像領域では前記検知した１次転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御することによりトナーも含めた負荷抵抗がわかり、その値をもとに最適転写電圧を印加するため中間転写体やトナーの抵抗値等が変動しても安定した品質の画像を得ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、１次転写の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うため制御切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはない。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで１次転写用電源を定電圧制御するため中間転写体が一定電位となる。よって２次転写時の電界強度が変動することなく画像の品質が安定化する。
【００１５】
請求項４、５記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御する時の１次転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された１次転写用電源の出力電圧をもとに２次転写における電圧を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず良好な転写性が確保される。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、１次転写用電源で非画像領域において定電流制御しその時に検知される１次転写用電源の出力電圧にもとづき画像領域の一部を最適な電流値で定電流制御するためさらに精度の高い制御が可能となる。
【００１７】
請求項７記載の発明によれば、転写部の画像領域の一部で定電流制御する時の転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された転写用電源の出力電圧をもとに定電圧値を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず良好な転写性が確保される。
【００１８】
請求項８記載の発明によれば、転写部の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うことにより切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはない。
【００１９】
請求項９記載の発明によれば、転写と除電が時間軸で重なるタイミングで転写用電源を定電圧制御するため転写位置の電位が一定電位となる。よって転写部の電界強度が除電電流で変動することなく画像の品質が安定化する。
【００２０】
【実施例】
以下、請求項１〜４については（実施例１）で、請求項５は（実施例２）で、請求項６は（実施例３）で、そして請求項７〜９は（実施例４）を用いて説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明のカラー画像形成装置の断面概観図である。
【００２２】
まず、装置の動作を説明する。帯電ローラ１０２は感光体１０１を均一にある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度のレーザービームは折り返しミラー１０４により感光体１０１上に導かれ静電潜像（例えば−１００Ｖ）が形成される。次に図中矢印方向に接離可能な一成分接触方式の現像器１０５の内、イエロー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに不図示の電源の電界の作用によって負帯電性イエロートナーが反転現像され感光体上１０１において顕像化される。顕像化されたイエロートナーは、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）にカーボンを分散し適当な抵抗に調整された中間転写体１０６上に１次転写ローラ１０７に定電流制御および定電圧制御可能な１次転写用電源１０８によりトナーと逆極性のバイアスが印加されその電界の作用で転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、ブレードを接触させてクリーニングする感光体クリーナー１０９で回収され、続いて感光体電位は除電ランプ１１０によりリセットされる。同様の動作を中間転写体１０６の位置と露光手段１０３の発光タイミングの同期を取りマゼンタ現像器１０５Ｍ、シアン現像器１０５Ｃ、ブラック現像器１０５Ｋについても繰り返すことにより、中間転写体１０６上に各色のトナーが重ねられフルカラー画像が形成される。この間、２次転写ローラ１１６、および中間転写体クリーナ１１９は離間状態とする。一方、転写材１１３は給紙カセット１１２から給紙手段１１１によりレジストローラ対１１４まで搬送されたのち、中間転写体１０６上のフルカラー画像と同期をとって駆動ローラ１１５と図中矢印方向に接離可能な２次転写ローラ１１６にて形成される２次転写部に搬送される。２次転写部では転写材１１３と同期して２次転写ローラ１１６が中間転写体１０６に接触してニップ部を形成するとともに１次転写用電源１０８から得た電圧を演算する演算手段１２１にて決定された電圧が２次転写用電源１１７により定電圧制御されその電界の作用で転写材１１３上にフルカラートナー像が形成される。また、この時中間転写体クリーナー１１９は中間転写体１０６に接触する。その後、転写材１１３は定着手段１２０によって定着され装置外へ排出される。２次転写後の転写残りトナーは図中矢印方向に動くテンションローラ１１８を通過後、中間転写体クリーナー１１９にて回収される。
【００２３】
次に１次転写および２次転写のバイアス制御方法について詳述する。
【００２４】
図２は１次転写部における低温、低湿（以後ＬＬ環境と呼ぶ）及び高温、高湿環境（ＨＨ環境と呼ぶ）下におけるベタ画像の電圧−電流特性（以後、Ｖ−Ｉ特性と呼ぶ）を示したもので斜線部内が転写が良好にされる実用範囲（転写効率で８０％以上）である。ＬＬ環境とＨＨ環境でこのようにＶ−Ｉ特性が大きく異なるのは中間転写体１０６およびトナーの抵抗値およびトナーの帯電量が環境で変化するためである。図中の○印は１次転写部で放電が開始する直前の点を示し、この点で最大転写効率（転写効率で９０〜９７％）をとる。したがってこの○印となるように１次転写用電源が制御されれば最高品質画像が得られる。１次転写用電源を定電流制御しその値をｉ１とすればＬＬ、ＨＨ環境で転写電圧は図に示すようにＬ１、Ｌ２．．、Ｈ１、Ｈ２．．となり実用範囲内にははいるが最大転写効率を得るという観点からはＬＬ環境の３、４色目で最適電圧（Ｌ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ．．、Ｈ１ｍａｘ、Ｈ２ｍａｘ．．）からずれる。具体例としてプロセス速度１３０ｍｍ／ｓ、中間転写体１０６の表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０９Ω、トナーの帯電量がＬＬで２０μＣ／ｇ、ＨＨで１２μＣ／ｇの時、ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および最大転写効率を得る最適電圧を調べ表１に示す。
【００２５】
【表１】
表１からＬＬ環境の３色目、４色目で最適転写電圧との差が大きいことがわかる。そこで、１色目は定電流制御しその時に出力される電圧値にもとづいて２、３、４色目を定電圧制御した。具体的には演算手段１２１において、１色目の定電流制御時に出力される電圧をＶ１、２色目以降の定電圧制御時に出力する電圧をＶ２、Ｖ３、Ｖ４とすると、Ｖ２＝Ｖ１＋２／９×Ｖ１、Ｖ３＝Ｖ２＋２／９×Ｖ１、Ｖ４＝Ｖ３＋２／９×Ｖ１とする。この方法にもとづいてバイアス制御を行った結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
このように画像領域の一部（本実施例では第１色目）を定電流制御しその時に出力される電圧（Ｖ１）をもとに他の画像領域（本実施例では第２、３、４色目）における電圧（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を定めることにより最適転写電圧に制御可能となった。
【００２９】
図３は２次転写部でＬＬ及びＨＨ環境下で幅が約３００ｍｍと約１００ｍｍの転写材１１３を印字したときのＶ−Ｉ特性および図２における１色目のＶ−Ｉ特性を示したもので図２と同様に実用範囲内を斜線部で、最大転写効率をとる点を○印で示す。環境によりＶ−Ｉ特性が大きく異なるのは１次転写部における理由の他に転写材および２次転写ローラ１１６の抵抗が変化するためである。また、転写材１１３の幅によりＶ−Ｉ特性が異なるのは２次転写ローラ１１６と中間転写体１０６が直接接触する部分が存在するためである。図３から単純な定電流もしくは定電圧制御では実用可能範囲にバイアス制御できず、まして最大転写効率を得るための電圧に制御することは困難であることがわかる。しかし、本発明により先に示した１次転写で定電流制御する時に出力される電圧（Ｖ１）にもとずき、２次転写用電源１１７の定電圧値を制御することにより２次転写における最大転写効率を得る電圧にバイアス制御可能となった。具体例として１次転写バイアス制御時の条件に加え、２次転写ローラ１１６の体積抵抗率がＬＬで１０１０Ωｃｍ、ＨＨで１０９Ωｃｍ、転写材１１３として表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０７Ωの紙を用い、１次転写時で定電流制御するときの電流値ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および２次転写における最大転写効率を得る最適電圧を調べ表３に示す。
【００３０】
【表３】
この結果から１次転写で定電流時の出力をＶ１（Ｖ）、２次転写で最大転写効率をとる電圧をＶ０（Ｖ）とすると、Ｖ０＝３２／９×Ｖ１−８００なる関係があることがわかる。したがってこの演算を演算手段１２１で行い、２次転写の定電圧制御をＶ０で行うことにより良好な画像が得られる。なお、この式ではＶ０が０以下となるときがあるがその時は０Ｖを出力する。
【００３２】
図４は１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は出力切り換え手段４０１、定電流制御部４０２、定電圧制御部４０３からなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると定電流制御部４０２は電流ｉ１（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段で扱える適当な電圧に変換し１次転写演算部４０４および２次転写演算部４０５におくる。１次転写演算部４０４では、先に示した演算式にもとづき演算し定電圧制御部４０３におくる。定電圧制御部４０３では１次転写演算部４０４から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し出力切り換え手段４０１を切り換えて１次転写出力をする。２次転写演算部４０５でも先に示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。
【００３３】
図５は以上述べてきた１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。図６は実施例１の変形例であって１、３色目に定電流制御しそれらの値をもとに２、４色目および２次転写電圧を制御する。この場合も良好な転写性が環境や転写材サイズによらず確保できた。また、図７に示すように１色印字中に定電流制御から定電圧制御に切り換えることも可能であるが切り換え時にノイズがはいる場合があり図５、６に示すように非画像領域で定電流および定電圧制御の切り換えを行うのが望ましい。なお、図５から図７までは１次転写と２次転写が時間軸で重なる場合を示したので１次転写の最終色は定電圧制御であることが望ましい。１次転写の最終色が定電流制御で２次転写と同時にバイアスされると表面抵抗が、 １０５〜１０８Ωといった比較的低抵抗な中間転写体１０６を用いた場合、２次転写部における中間転写体１０６の電位が変動し転写ムラとなる場合があり好ましくない。
【００３４】
画像領域の一部を定電流制御しその時の電圧にもとづき他の画像領域を定電圧制御する実施例としてはこれら図５〜７に限定されることはない。例えば、１、２色目は予め定められた電圧で定電圧制御、３色目は定電流制御としこの時に検知される電圧をもとに４色目を定電圧制御したり、逆に１色目を定電流制御としこの時に検知される電圧をもとに２色目を定電圧制御し、３、４色目は予め定められた電圧で定電圧制御してもよい。これらの場合も従来の色ごとに定められた電圧値を定電圧制御する方法に比べ良好な転写性が得られた。
【００３５】
また、１次転写出力の１色目が定電流制御の時、連続印字時に２次転写出力と２枚目以降の１次転写出力の１色目が時間軸で重なる場合があり、先に述べた理由で転写不良をおこすことがある。そこで、１枚目の印字において本発明の制御（例えば図６に示す）を行い、２枚目以降の１、２色目は１枚目に決定される電圧Ｖ１、Ｖ２で定電圧制御し３色目は１枚目と同じく定電流制御し、４色目は定電圧制御することにより１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで定電圧制御が可能となり転写不良が防止される。この時、２枚目以降の１色目の電圧を前の印字の３色目の定電流制御時に検出される電圧にもとづいて定電圧制御してもよい。また、連続印字の場合に１枚目の印字において本発明の制御（例えば図５に示す）を行い、２枚目以降は１枚目に決定される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）で定電圧制御することが可能である。この方法は装置内の温湿度が大きく変化しない場合に有効である。
【００３６】
尚、本発明に用いる中間転写体１０６としては、実施例中に述べたＥＴＦＥ以外にも、ポリフッカビニリデン、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート等の基材にカーボン等の導電材を分散もしくは塗布することにより表面抵抗を中抵抗化（１０５〜１０１１Ω）したフィルム材を用いることができる。中間転写体１０６の周長は、装置が対応する最大転写材長さより長いことは勿論であり、感光体１０１の周長の整数倍であることが好ましい。
【００３７】
（実施例２）
図８は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。実施例１と異なるのは、１次転写部と２次転写部の距離が最大画像長さより長く１次転写、２次転写が同時にバイアスされることがない点と１次転写用電源１０８、演算手段１２１の内部構成が簡略化されている点である。装置の動作および構成の説明は実施例１と同じであるため省略する。
【００３８】
図９は１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。１次転写と２次転写のバイアス印加タイミングが重ならない。よって２次転写時に中間転写体１０６の電位は一定に保たれるため１次転写のバイアス制御は定電流制御であっても画像に影響を及ぼすことはない。
【００３９】
図１０は実施例２に用いる１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は定電流制御部４０２のみからなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると定電流制御部４０２は電流ｉ１（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段で扱える適当な電圧に変換し２次転写演算部４０５におくる。２次転写演算部４０５では実施例１に示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。１次転写部が定電流制御でも図２に示したように実用可能範囲にあるため画像品質をさほど落とす事なく実施例１の構成に比べ１次転写電源１０８および演算手段１２１の低コスト化が可能となった。
【００４０】
（実施例３）
装置構成は図１と同一であるため省略する。実施例１と異なる点は非画像領域で定電流制御し、その時の電圧を検知しその値をもとに画像領域を定電流制御する時の電流値を決定する点で１次転写用電源１０８の内部構成が異なる。
【００４１】
図１１は図２に加え非画像領域のＶ−Ｉ特性を示した図である。非画像領域にはトナーが存在しないため、画像領域に比べ見かけ上の抵抗は低く図に示すようにＬＬ環境ではその差が大きく、ＨＨ環境ではその差が小さい。従来例で述べたように非画像領域で定電流制御し図中のＬ０、Ｈ０をもとに画像領域のバイアスを決定する従来の方法は最適バイアスとの誤差が大きく好ましくない。しかし、非画像領域で検知した電圧からおおよその環境を把握することはできる。そこで、１次転写用電源１０８は電流ｉ０（例えば１０．０μＡ）で定電流制御し、その時に検知した電圧をもとに画像部における定電流制御時の電流ｉ１を決定する。例えば、検知した電圧が５００Ｖ以下の時はＨＨ環境と考えられるためｉ１＝１２μＡとし、８００Ｖ以上の時はＬＬ環境と考えられるためｉ１＝１０μＡとする。また、５００〜８００Ｖのときは常温常湿環境と考えられるのでｉ１＝１１μＡとする。この方法で実施例１と同様に画像領域の一部を定電流制御し、他の画像領域をその時に検知した電圧にもとづき定電圧制御した結果を表４に示す。なお、演算手段１２１における式は実施例１と同じとした。
【００４２】
【表４】
表２にくらべＨＨ環境における最適電圧との差が減少した。実施例１に比べてより理想的なバイアス制御が可能となった。
【００４４】
図１２は実施例３における１次転写用電源１０８、２次転写用電源１１７、演算手段１２１を示したものである。１次転写用電源１０８は出力切り換え手段４０１、数水準の電流出力可能な定電流制御部４０７、定電圧制御部４０３、比較手段４０８からなる。不図示の転写電圧出力要求信号が入ると非画像領域において定電流制御部４０７は電流ｉ０（例えば１０．０μＡ）の定電流バイアスを出力する。その時の電圧を予め定めた値（例えば５００Ｖ）と比較手段４０８にて比較する。比較手段４０８ではその結果にもとづいて定電流制御部４０７で出力すべき電流値の情報を与える（例えば５００Ｖ以下では１２μＡ）。定電流制御部４０７ではその情報にもとづき定電流バイアスｉ１（例えば１２μＡ）を画像部に出力する。そのときの電圧をホールドし演算手段１２１で扱える適当な電圧に変換し１次転写演算部４０４および２次転写演算部４０５におくる。１次転写演算部４０４では、実施例１で示した演算式にもとづき演算し定電圧制御部４０３におくる。定電圧制御部４０３では１次転写演算部４０４から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し出力切り換え手段４０１を切り換えて１次転写出力をする。２次転写演算部４０５でも実施例１で示した演算式にもとづき演算し２次転写用電源１１７の定電圧制御部４０６におくる。定電圧制御部４０６では２次転写演算部４０５から得た電圧をもとに出力電圧に増幅し２次転写出力する。以上の構成の電気回路はアナログ回路で設計できるが演算手段１２１での演算が複雑もしくはデータをＲＯＭ化し読み出す構成ではＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、マイクロプロセッサ等が必要となる。
【００４５】
図１３は以上述べてきた１次転写と２次転写のタイミングと出力電圧を示した図でＶｎは非画像領域を電流ｉ０で定電流制御した時の電圧で、矢印はＶｎの値により決められた電流ｉ１で画像領域を定電流制御した時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。
【００４６】
（実施例４）
図１４は本発明の画像形成装置における他の実施例の断面概観図である。実施例１〜３との違いは転写材１１３を誘電体ドラム５０１に巻き付け転写材上で色重ねをする点である。
【００４７】
まず、装置の動作を説明する。転写材１１３は、給紙カセット１１２から給紙手段１１１によりレジストローラ対１１４まで搬送されたのち、転写材担持体である誘電体ドラム５０１に転写材吸着用電源５０３がコロナ帯電器５０２に交流電圧を重畳した電圧を出力しその静電力により吸着される。帯電ローラ１０２は感光体１０１を均一にある電位（例えば−７００Ｖ）に帯電する。レーザー走査光学系である露光手段１０３によって形成された６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒｉｎｃｈ）の解像度のレーザービームは折り返しミラー１０４により感光体１０１上に導かれ静電潜像（例えば−１００Ｖ）が形成される。次に図中矢印方向に接離可能な一成分接触方式の現像器１０５の内、イエロー現像器１０５Ｙを接触させ他の現像器は離間させるとともに不図示の電源の電界の作用によって負帯電性イエロートナーが反転現像され感光体上１０１において顕像化される。顕像化されたイエロートナーは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の誘電体ドラム５０１上に吸着された転写材１１３上に導電性ブレード５０４にトナーと逆極性のバイアスが転写用電源５０５より印加されその電界の作用により転写される。感光体１０１上の転写残りトナーは、ブレードを接触させてクリーニングする感光体クリーナー１０９で回収され、続いて感光体電位は除電ランプ１１０によりリセットされる。同様の動作を誘電体ドラム５０１の位置と露光手段１０３の発光タイミングの同期を取りマゼンタ現像器１０５Ｍ、シアン現像器１０５Ｃ、ブラック現像器１０５Ｋについても繰り返すことにより、誘電ドラム５０１に吸着された転写材１１３上に各色のトナーが重ねられフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写材１１３は、除電用電源５０７からコロナ帯電器５０６に印加される交流重畳した電界の作用により誘電体ドラム５０１から除電、剥離された後、転写材搬送ベルト５０８により搬送され定着手段１２０にて定着後装置外に排出される。
【００４８】
次に転写用電源５０５のバイアス制御方法について詳述する。
【００４９】
図１５は転写部における低温、低湿（以後ＬＬ環境と呼ぶ）及び高温、高湿環境（ＨＨ環境と呼ぶ）下におけるベタ画像のＶ−Ｉ特性を示したもので斜線部内が転写が良好にされる実用範囲（転写効率で８０％以上）である。ＬＬ環境とＨＨ環境でこのようにＶ−Ｉ特性が異なるのは誘電体ドラム５０１、トナー、転写材１１３の抵抗値およびトナーの帯電量が環境で変化するためである。図中の○印は転写部で放電が開始する直前の点を示し、この点で最大転写効率（転写効率で９０〜９７％）をとる。したがってこの○印となるように転写用電源５０５が制御されれば最高品質画像が得られる。転写用電源５０５を定電流制御しその値をｉ１とすればＬＬ、ＨＨ環境で転写電圧は図に示すようにＬ１、Ｌ２．．、Ｈ１、Ｈ２．．となり実用範囲内にははいるが最大転写効率を得るという観点からはＬＬ環境の３、４色目で最適電圧（Ｌ１ｍａｘ、Ｌ２ｍａｘ．．、Ｈ１ｍａｘ、Ｈ２ｍａｘ．．）からずれる。具体例としてプロセス速度１３０ｍｍ／ｓ、誘電体ドラム５０１の表面抵抗がＬＬで１０１５Ω、ＨＨで１０１４Ω、転写材１１３として表面抵抗がＬＬで１０１０Ω、ＨＨで１０７Ωの紙を用い、トナーの帯電量がＬＬで２０μＣ／ｇ、ＨＨで１２μＣ／ｇの時、ｉ１＝１０．０μＡとし定電流時に出力される電圧および最大転写効率を得る最適電圧を調べ表５に示す。
【００５０】
【表５】
表５からＬＬ環境の３色目、４色目で最適転写電圧との差が大きいことがわかる。そこで、１色目は定電流制御しその時に出力される電圧値にもとづいて２、３、４色目を定電圧制御した。具体的には演算手段５０９において、１色目の定電流制御時に出力される電圧をＶ１、２色目以降の定電圧制御時に出力する電圧をＶ２、Ｖ３、Ｖ４とすると、Ｖ２＝Ｖ１＋１／４×Ｖ１−３００、Ｖ３＝Ｖ２＋１／４×Ｖ１−３００、Ｖ４＝Ｖ３＋１／４×Ｖ１−３００とする。
【００５２】
この方法にもとづいてバイアス制御を行った結果を表６に示す。
【００５３】
【表６】
このように画像領域の一部（本実施例では第１色目）を定電流制御しその時に出力される電圧（Ｖ１）をもとに他の画像領域（本実施例では第２、３、４色目）における電圧（Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を定めることにより最適転写電圧に制御可能となった。
【００５５】
図１６は以上述べてきた転写用電源５０５と除電用電源５０７の出力タイミングと出力電圧を示した図で矢印は定電流時に出力される電圧Ｖ１をもとに制御されることを示す。図１７は実施例４の変形例であって１、３色目に定電流制御しそれらの値をもとに２、４色目の転写電圧を制御する。この場合も良好な転写性が環境や転写材サイズによらず確保できた。また、図１８に示すように１色印字中に定電流制御から定電圧制御に切り換えることも可能であるが切り換え時にノイズがはいる場合があり図１３、１４に示すように非画像領域で定電流および定電圧制御の切り換えを行うのが望ましい。なお、図１６から図１８までは転写用電源５０５と除電用電源５０７の出力が時間軸で重なる場合を示したので転写部の最終色は定電圧制御であることが望ましい。転写用電源５０５の最終色が定電流制御で除電用電源５０７と同時にバイアスされると誘電体ドラム５０１の表面抵抗によっては転写部における誘電体ドラム５０１の電位が変動し転写ムラとなる場合があり好ましくない。
【００５６】
以上、４つの実施例を用いて本発明を説明したが発明の主旨は画像領域の一部を定電流制御しその時に出力される電圧にもとづいて他の画像領域に印加する電圧を決定するものであり、実施形態はこれら実施例に限られるものではない。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べてきた本発明は以下の効果を有する。
【００５８】
請求項１記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御することによりトナーも含めた負荷抵抗がわかり、その値をもとに最適転写電圧を印加するため中間転写体やトナーの抵抗値等が変動しても高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、１次転写の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うため制御切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことがなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６０】
請求項３記載の発明によれば、１次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングで１次転写用電源を定電圧制御するため中間転写体が一定電位となる。よって２次転写時の電界強度が変動することがないため高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６１】
請求項４、５記載の発明によれば、１次転写で画像領域の一部で定電流制御する時の１次転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された１次転写用電源の出力電圧をもとに２次転写における電圧を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、１次転写用電源で非画像領域において定電流制御しその時に検知される１次転写用電源の出力電圧にもとづき画像領域の一部を最適な電流値で定電流制御するためさらに精度の高い制御が可能となり高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、転写部の画像領域の一部で定電流制御する時の転写用電源の出力電圧を検知し、その検知された転写用電源の出力電圧をもとに定電圧値を決定するため転写材抵抗や転写材幅によらず高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６４】
請求項８記載の発明によれば、転写部の定電流制御と定電圧制御の切り換えを非画像領域で行うことにより切り換え時の電気的ノイズが画像に影響を及ぼすことはなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【００６５】
請求項９記載の発明によれば、転写と除電が時間軸で重なるタイミングで転写用電源を定電圧制御するため転写位置の電位が一定電位となる。よって転写部の電界強度が除電電流で変動することなく高品質なカラー画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例におけるカラー画像形成装置の断面概観図。
【図２】第１の実施例における１次転写部の電圧−電流特性を示す図。
【図３】第１の実施例における２次転写部の電圧−電流特性を示す図。
【図４】第１の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図５】第１の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図６】第１の実施例の変形例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図７】第１の実施例の変形例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図８】第２の実施例におけるカラー画像形成装置の断面概観図。
【図９】第２の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１０】第２の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図１１】第３の実施例における１次転写部の画像部および非画像部における電圧−電流特性を示す図。
【図１２】第３の実施例における１次転写用電源、２次転写用電源、および演算手段の説明をする図。
【図１３】第３の実施例における１次転写及び２次転写の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１４】第４の実施例における画像形成装置断面概観図。
【図１５】第４の実施例における転写時の電圧−電流特性を示す図。
【図１６】第４の実施例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１７】第４の実施例の変形例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【図１８】第４の実施例の変形例における転写部及び除電部の出力タイミングおよび電圧を示す図。
【符号の説明】
１０１ 感光体
１０２ 帯電ローラ
１０３ 露光手段
１０４ 折り返しミラー
１０５Ｙ イエロー現像器
１０５Ｍ マゼンタ現像器
１０５Ｃ シアン現像器
１０５Ｋ ブラック現像器
１０６ 中間転写体
１０７ １次転写ローラ
１０８ １次転写用電源
１０９ 感光体クリーナー
１１０ 除電ランプ
１１１ 給紙手段
１１２ 給紙カセット
１１３ 転写材
１１４ レジストローラ対
１１５ 駆動ローラ
１１６ ２次転写ローラ
１１７ ２次転写用電源
１１８ テンションローラ
１１９ 中間転写体クリーナー
１２０ 定着手段
１２１ 演算手段
５０１ 誘電体ドラム
５０２ コロナ帯電器
５０３ 転写材吸着用電源
５０４ 導電性ブレード
５０５ 転写用電源
５０６ コロナ帯電器
５０７ 除電用電源
５０８ 転写材搬送ベルト
５０９ 演算手段
Claims (9)
- 感光体上に顕像化されたカラートナー像を順次中間転写体上に転写するための１次転写用電源、中間転写体上に色重ねされたカラートナー像を転写材に一括転写するための２次転写用電源を備えたカラー画像形成装置において、前記１次転写用電源は画像領域の一部で定電流制御してその時の当該１次転写用電源の出力電圧を検知し、他の画像領域では前記検知した１次転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
- 前記１次転写用電源の定電流制御と定電圧制御の切り換えは非画像領域で行うことを特徴とする請求項１記載のカラー画像形成装置。
- １次転写と２次転写が時間軸で重なるタイミングでは、前記１次転写用電源は定電圧制御することを特徴とする請求項１または２記載のカラー画像形成装置。
- 前記２次転写用電源は前記１次転写用電源の定電流制御時に検知される１次転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とする請求項１または２または３記載のカラー画像形成装置。
- 感光体上に顕像化されたカラートナー像を順次中間転写体上に転写するための１次転写用電源、中間転写体上に色重ねされたカラートナー像を転写材に一括転写するための２次転写用電源を備えたカラー画像形成装置において、前記１次転写用電源は画像領域の一部で定電流制御してその時の当該１次転写用電源の出力電圧を検知し、前記２次転写用電源は前記検知した１次転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
- 前記１次転写用電源は非画像領域および画像領域の一部で定電流制御してその時に検知される当該１次転写用電源の出力電圧にもとづき他の画像領域を定電圧制御することを特徴とする請求項１または５記載のカラー画像形成装置。
- 感光体上に顕像化されたカラートナー像を転写材担持体上に担持された転写材に順次転写するための転写用電源、転写材担持体上の残留電荷を除去するための除電用電源を備えたカラー画像形成装置において、前記転写用電源は、画像領域の一部で定電流制御してその時の当該転写用電源の出力電圧を検知し、他の画像領域では前記検知した転写用電源の出力電圧にもとづき定電圧制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
- 前記転写用電源の定電流制御と定電圧制御の切り換えは非画像領域で行うことを特徴とする請求項６記載のカラー画像形成装置。
- 前記除電用電源の動作と時間軸で重なるタイミングでは、前記転写用電源は定電圧制御することを特徴とする請求項６または７記載のカラー画像形成装置。
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