JP4428966B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来から、画像形成装置において、像担持体上のトナー像を静電的に記録材に転写する転写装置として、コロナ放電を用いたコロナ転写装置、導電性の弾性ローラ（転写ローラ）にトナーと逆極性の転写バイアスを印加することで記録材上にトナー像を静電的に転写するローラ転写装置、ベルト状の回転体に記録材を静電気的に吸着するとともに、ベルト状の回転体からの静電気力によりトナー像を記録材に転写するベルト転写装置等が広く用いられている。

これらの転写装置のうちローラ転写装置は、オゾンの発生が少ないこと、転写ローラが記録材を搬送するためのローラを兼用できるため画像形成装置の構成を簡略化できることなどの理由で、広く採用されている。

以下にローラ転写装置における転写バイアス（電圧）制御について説明する。

図１１は、転写バイアス制御のシーケンスを示す図である。

図１１は、下部の実線がトナー像を記録材に転写する転写位置における転写バイアス（電圧）の大きさを表し、上部の長方形が記録材の位置を示すものである。また、図１１では、左から右に向けて時間軸をとってある。

図１１において、待機状態にある画像形成装置は、ホストコンピュータ等の外部装置から画像を形成すべき旨のコマンド等を受信したことに応じて待機状態から画像形成可能な準備状態へ移行するため、転写ローラへの転写バイアスの印加を開始する。

なお、転写ローラへの転写バイアスの印加の開始は、待機状態にある画像形成装置の感光ドラムの表面電位を一定とするために感光ドラムを回転させる初期回転において行われる。

そして、画像形成装置は、転写ローラ５（後述する図１参照）に適正な転写バイアス（電圧）を印加するために、転写ローラ５から感光ドラム（像担持体）１（後述する図１参照）へ流れる電流値が所定の一定電流値となるよう転写ローラ５に印加する転写バイアスを制御する。

そして、画像形成装置は、転写ローラ５に流れる電流値が所定の一定電流となるときに印加する転写バイアスをＶtoとしてトナー像を記録材に転写する際の転写バイアスＶtを決定する。尚、Ｖtoは３００Ｖ〜＋４．５ｋＶ、Ｖtは＋５００Ｖ〜＋６．０ｋＶ程度である。

画像形成装置は、記録材Ｐの先端が転写位置に到達するまでは、転写ローラ５に印加する転写バイアス（電圧）をＶtoとする。

そして、記録材Ｐの先端が転写位置に到達するのに合わせて転写バイアスをＶtoからＶtへ変更するが、切り替えるタイミングは、転写バイアスを印加する電源の立ち上がり特性（電圧を印加していない状態から一定電圧を印加するまでに要する時間）を考慮して、記録材Ｐの先端が転写位置に到達するより少し早めに切り替える。図１１では記録材Ｐの先端が転写位置に到達する３０ｍｓｅｃ前に切り替えることとしたが、電源の立ち上がり特性や電源の生産時の公差によるばらつきを考慮して１０〜２００ｍｓくらいとするのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

画像形成装置は、転写バイアスをＶtoからＶtへ変更した後、記録材Ｐが転写位置を通過している間（転写中）は、転写バイアスをＶtとし、記録材Ｐの後端が転写位置を通過した後は転写バイアスをＶtoとする。転写バイアスをＶｔからＶtoに切り替えるタイミングは、記録材Ｐの後端が転写位置を通過するタイミングである。

以上の動作により、画像形成装置の置かれた環境（温度、湿度等）の変動や、転写ローラが使用されたことによる変動に起因する転写ローラの抵抗値の変化に応じて、最適な転写バイアス（電圧）で感光ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに転写することができる。

特開平１０−７８７１２号公報（第２項、第８図）

しかし、前述した動作において、画像形成装置は、転写バイアスをＶtoからＶtへ切り替えるタイミングを転写バイアスを印加する電源の立ち上がり特性のばらつき等を考慮して、記録材Ｐの先端が転写位置に到達するより僅かに早く（図１１では３０ｍｓｅｃ）設定されているため、転写バイアスのＶtoからＶtへの変更を開始してから記録材Ｐの先端が転写位置に到達するまでの間はＶtoより大きな転写バイアス（電圧）を転写ローラ５に印加することとなる。

前述の通り、画像形成装置は、転写ローラ５に正極性の転写バイアスを印加するので、記録材Ｐが転写位置に存在しない場合は感光ドラム１の表面に対して正極性の転写バイアスを直接的に印加することとなる。

一方、画像形成装置は、転写位置を通過した感光ドラム１の表面を一定の負極性の電位に帯電させるものであり、感光ドラム１の表面の電位を均一化することで所望の濃度のトナー像を形成することができる。

そして、転写ローラ５が感光ドラム１に直接的に印加する正極性の転写バイアスの電圧値が大きいと、その後の帯電において感光ドラム１の表面の電位を均一化することができないという問題（いわゆるドラムメモリ）が生じてしまう。

ドラムメモリが発生すると、１次帯電工程で、感光ドラム１の表面の電位を均一化することができず、感光ドラム１の次の周回時にトナー像の濃度差として表れ、特にハーフトーン画像の場合に顕著な画像不良となる。

なお、ドラムメモリを防止するために、転写バイアスをＶtoからＶtへ切り替えるタイミングを遅くした場合、転写バイアスＶｔの値が大きく、転写バイアスを切り替えるのに要する時間が長く要する場合に不具合が生じてしまう。

つまり、高抵抗値の記録材Ｐに対する転写バイアスＶｔ、両面プリントの記録材Ｐの２面目に対する転写バイアスＶｔ、低温低湿環境可等における転写バイアスＶｔ等、高電圧の転写バイアスを印加する際に、記録材Ｐの先端部分で転写バイアスが低いことに起因する転写不良が発生してしまう。

以上説明したように、記録材Ｐの種類や記録材Ｐに形成するトナー像の画像パターン（濃度、印字率等）、画像形成装置の置かれた環境等の使用条件全てにおいてドラムメモリと記録材Ｐの先端部における転写不良の双方を防止するのは非常に困難である。

そこで、本発明の目的は、改良された画像形成装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、紙種や画像パターン及び使用環境等の使用条件に応じて、ドラムメモリや先端転写不良を防止し、ひいては印刷時の画像品質を向上させることが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体とニップ部を形成し前記ニップ部で前記像担持体から記録材に前記トナー像を転写する転写部材と、前記転写部材に電圧を印加する電圧印加回路と、複数のモードを設定するモード設定部と、を備え、前記ニップ部に記録材の先端が到達する前に前記電圧印加回路が印加する第１の電圧を基準電圧にして、前記モード設定部の設定に応じて前記像担持体から記録材に前記トナー像を転写する時に前記電圧印加回路が印加する第２の電圧を設定する電圧設定部を有する画像形成装置において、前記電圧印加回路は、印加する電圧が一定電圧になるように制御される電圧回路であり、前記第２の電圧は、前記電圧印加回路によって一定電圧に制御される前記第１の電圧を基準電圧にして前記モード設定部の設定に応じて設定された一定電圧であり、前記モード設定部は、前記第１の電圧と前記第２の電圧の差が所定量の第１のモードと前記第１の電圧と前記第２の電圧の差が前記所定量より小さい第２のモードを設定可能であり、前記電圧印加回路は、前記モード設定部が設定する前記モードが第１のモードである場合は記録材の先端が前記ニップ部に到達する前の第１のタイミングで前記電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ切り替え始め、前記モード設定部が設定する前記モードが第２のモードである場合は記録材の先端が前記ニップ部に到達するタイミングで前記転写電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ切り替え始めることを特徴とする。

前記第１のモードの場合に前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替えが完了するまでの時間は、前記第２のモードの場合に前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替えが完了するまでの時間よりも長いことを特徴とする。

前記転写部材に流れる電流値を検知する電流検知部を有し、前記電圧設定部は、記録材の先端が前記ニップ部に到達する前に前記電流検知部が検知する電流値が目標電流値を維持している時の前記電圧印加回路が印加する電圧を前記第１の電圧と設定することを特徴とする。

前記モード設定部は、記録材が厚紙である時に前記第１のモードを設定し、記録材が普通紙である時には第２のモードを設定することを特徴とする。

記録材の両面にトナー像を転写可能であり、前記モード設定部は、一面目の画像形成時に前記第２のモードを設定し、二面目の画像形形成時に前記第１のモードを設定することを特徴とする。

画像形成装置の周囲環境を検知するセンサを有し、前記モード設定部は、前記センサの検知結果からモードを設定することを特徴とする。

本発明によれば、非転写時の第１の転写バイアスから転写時の第２の転写バイアスへの切替タイミングを制御するための切替タイミング条件を認識し、認識した切替タイミング条件の内容に応じて非転写時から転写時への転写バイアスの切替タイミングを切り替えるようにしたので、切替タイミング条件として、例えば、転写モード、使用環境、両面プリントの１面、２面の面情報等の各種条件を予め設定しておくことにより、その設定内容に応じて、転写バイアスのオンタイミングを切り替えることが可能となり、これにより、ドラムメモリ及び先端転写不良等の画像不良を完全に防止することができ、従来の転写バイアス制御に比べて印刷時の画像品質を格段に向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。

＜装置構成＞
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例として、定着装置を備えたレーザビームプリンタ１０について説明する。

８はコントローラであり、ホストコンピュータ等の外部装置からレーザビームプリンタ１０に送信される画像情報等を受信するとともに、受信した画像情報を展開処理するとともに、エンジン制御部１４へ各種の指示を送信するものである。

１４は、エンジン制御部であり、コントローラ８から受信した各種の指示に基づいてレーザビームプリンタ１０の各部を制御するものである。

また、１００は、転写バイアス制御部であり、転写ローラ５に印加する転写バイアスを制御するものである。

レーザビームプリンタ１０は、トナー像を担持する像担持体として、ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）１を備えている。

感光ドラム１は、ＯＰＣ（有機光半導体）、アモルファスセッレン、アモルファスシリコン等の感光材料を、アルミニウムやニッケルなどで形成されたシリンダ上のドラム基体上に設けて構成したものである。

エンジン制御部１４は、メインモータ（不図示）を駆動することにより感光ドラム１を矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動する。

また、エンジン制御部１４は、帯電バイアス電源（不図示）から帯電ローラ（帯電部）２に所定の帯電バイアス（電圧）を印加することにより、感光ドラム１の表面を負極性の一定電位に均一に帯電する。

また、エンジン制御部１４は、帯電ローラ２によって負極性の一定電位に帯電された感光ドラム１の表面を、レーザスキャナ（露光部）３により画像情報に応じたレーザ光で露光することにより、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する。

つまり、レーザスキャナ３は、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御された走査露光を行い、露光部分の電荷を除去して感光ドラム１表面に静電潜像を形成する。

その後、エンジン制御部１４は、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像を、現像装置（現像部）４によりトナーで現像することにより可視化する。

現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法などが用いられる、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。

具体的に、エンジン制御部１４は、現像バイアス電源（不図示）から現像ローラ４aに所定の現像バイアス（電圧）を印加することにより、現像部４が収納するトナーを感光ドラム１の表面の静電潜像に付着させ、トナー像として可視化する。

その後、転写バイアス制御部１００は、転写ローラ５に転写バイアスを印加して、感光ドラム１上のトナー像を、感光ドラム１と転写ローラが接する転写ニップ部Ｔ（転写位置）にて記録材Ｐの表面に転写する。

なお、エンジン制御部１４は、感光ドラム１上に形成されたトナー像の先端と記録材Ｐの先端とを一致させるよう、記録材Ｐを所定のタイミングで転写ニップ部Ｔへ供給させる。

詳細には、エンジン制御部１４は、給紙カセット１１に収納されている記録材Ｐを、給紙ローラ１２を駆動することによって給紙し、さらに搬送ローラ２０、レジストローラ１３等を駆動して、感光ドラム１と転写ローラ５（転写部材）との間の転写ニップ部Ｔに供給する。

記録材Ｐを転写ニップ部Ｔに供給する際、エンジン制御部１４は、トップセンサ９が記録材Ｐの先端を検知したタイミング、トップセンサ９の位置と転写ニップ部Ｔとの位置関係、及び記録材Ｐの搬送速度から、記録材Ｐの先端が転写ニップ部Ｔに到達するタイミングを判定する。

以上説明したように、転写バイアス制御部１００は、記録材Ｐの先端が転写位置に到達するタイミングで転写ローラ（転写部）５に転写バイアスＶｔを印加することで感光ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに転写する。

エンジン制御部１４は、トナー像が転写された記録材Ｐを、定着装置（定着部）６へ搬送し、定着装置６における定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂとの間の定着ニップ部にて、記録材Ｐを加熱及び加圧して、記録材Ｐの表面にトナー像を定着させる。

その後、エンジン制御部１４は、レーザビームプリンタ１０の上面に形成されている排紙トレイ１０ａ上に記録材Ｐを排出させる。

なお、転写ニップ部Ｔを通過した感光ドラム１の表面部分には、記録材Ｐに転写されないで残ったトナー（転写残トナー）が存在しているが、クリーニング装置（クリーニング部）７のクリーニングブレード７ａによって感光ドラム１の表面から除去される。

以上の動作を繰り返すことにより、記録材Ｐの表面にと画像を形成することができる。

なお、第１の実施形態における画像形成装置は、例えば、６００ｄｐｉ、４５枚／分（プロセススピード約２６６ｍｍ／ｓｅｃ）のプリント速度で記録材Ｐに連続してプリントを行うことができるものとする。

（転写バイアス制御部）
次に、転写バイアス制御部１００の行う動作について詳細に説明する。

図２は、転写バイアス制御部１００の構成例を示すブロック図である。

転写バイアス制御部１００は、記録材Ｐにトナー像を転写しない非転写時には転写ローラ５に第１の転写バイアスを印加し、記録材Ｐにトナー像を転写する転写時には転写ローラ５に第１の転写バイアスより大きい第２の転写バイアスを印加するものである。

この転写バイアス制御部１００は、転写バイアス切替認識部１１０と、転写バイアス切替制御部１２０とを備えている。これら各部１１０，１２０は、例えば、ＣＰＵ５ｅ内に後述する図３のフローチャートにおける動作を実行するための制御プログラムとして構成することができる。

転写バイアス切替認識部１１０は、記録材Ｐにトナー像を転写しない非転写時の第１の転写バイアスから記録材Ｐにトナー像を転写する転写時の第２の転写バイアスへ切り替えるための、タイミングを認識する機能をもつ。

転写バイアス制御部１００は、ホストコンピュータ等の外部装置からコントローラ８に入力される転写バイアスモードによって、トナー像を記録材Ｐへ転写する際の転写バイアス電圧値（第２の転写バイアス）の大きさを異ならせる。

そして、転写バイアス切替認識部１１０は、トナー像を記録材Ｐへ転写する際の転写バイアス電圧値（第２の転写バイアス）を設定し、その設定された転写バイアスモードに応じた、第１の転写バイアスから第２の転写バイアスへ切り替えるためのタイミングを認識する。

後述するように、転写バイアス切替認識部１１０は、転写バイアスの高いハイモードが設定されている場合は転写バイアスの切り替えタイミングが記録材Ｐの先端が転写ニップ部Ｔに到達する前の第１のタイミングであると認識し、ハイモードより転写バイアスの低いノーマルモード又はローモードが設定されている場合は転写バイアスの切り替えタイミングが第１のタイミングより遅い第２のタイミングであると認識する。

転写バイアス切替制御部１２０は、認識したタイミングに応じて、非転写時から転写時へ転写バイアスを切り替える機能をもつ。

第１の実施形態において、転写バイアス切替制御部１２０は、ハイモードが設定されている場合は第１のタイミングで非転写時の転写バイアスＶtoから転写時の転写バイアスＶｔへ切り替え、ノーマルモード又はローモードが設定されている場合は第１のタイミングより遅い第２のタイミングで切り替える。

また、図２において、転写ローラ５は、鉄、ステンレス（ＳＵＳ）等の芯金５ａ上に、ＥＰＤＭ、シリコン、ＮＢＲ、ウレタン等のソリッド状又はこれらを発泡させたスポンジ状の弾性体５ｂを設けて構成される。

転写ローラ５は、ローラ硬度が２０〜７０度（ＡｓｋｅｒＣ１ｋｇ荷重時）、抵抗値が１０^６〜１０^９Ωの範囲のものを使用し、加圧ばね５ｃにより感光ドラム１に圧接されて、感光ドラム１との間に転写ニップ部Ｔを構成する。
また、転写ローラ５は、駆動ギア（図示せず）から駆動力が伝達されて矢印Ｒ５方向に回転駆動される。

また、ＣＰＵ５ｅは、ハイレベル信号とローレベル信号を選択的に発生させることで０〜２５５まで２５６段階のデューティ比（Duty ratio）を有するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力可能である。そして、高圧電源回路５ｄは、ローパスフィルタ５ｇがＰＷＭ信号を平滑化して生成された直流電圧に応じた値の転写バイアスを、転写ローラ５に印加する。

また、転写ローラ５から感光ドラム１又は記録材Ｐに流れる転写電流は、Ａ／Ｄコンバータ５ｆにより電圧に変換される。

そして、ＣＰＵ５ｅは、Ａ／Ｄコンバータ５ｆから入力される電圧値を検知することで転写電流を認識し、目標とする転写電流と異なるようであればＰＷＭ信号のデューティ比を変更する。

以上の動作によりＣＰＵ５ｅは、転写ローラ５に所望の転写バイアスを印加することや、転写ローラ５に所望の転写電流が流れるように転写バイアスを制御することができる。
なお、転写バイアス制御部は、０〜２５５まで２５６段階で転写バイアスの値を設定することができるが、例えばＰＷＭ信号が０とは転写バイアスの値を０Ｖとし、ＰＷＭ信号が２５５とは転写バイアスの値を６．０ＫＶとすることをいう。

＜装置動作＞
次に、レーザビームプリンタ１０の動作について説明する。

転写バイアス制御部１００を用いた転写バイアス（電圧）の制御について、前述の図１、図２を参照して説明する。

プリント命令が、コントローラ８からエンジン制御部１４に送られると、エンジン制御部１４は、給紙ローラ１２による記録材Ｐの給紙を開始すると同時に、定着装置６の加熱立ち上げ動作、画像形成工程前の感光ドラム１の準備回転（初期回転）を開始する。初期回転中は帯電ローラ２により感光ドラム１表面電位を暗部電位Ｖｄに保つように、帯電ローラ２に所定の帯電バイアス（電圧）を印加する。

転写バイアス制御部１００は、転写ローラ５から感光ドラム１の暗部に対して所定の転写電流Ｉａが流れるようにＣＰＵ５ｅからのＰＷＭ信号のデューティ比を徐々に増加させていく。転写バイアス制御部１００は、転写電流が目標の転写電流Ｉａに到達した後はＰＷＭ信号のデューティ比を微調整することにより、感光ドラム１に対して一定の転写電流Ｉａが流れるように制御を行う。

なお、所定の転写電流Ｉａが流れるよう設定されるＰＷＭ信号のデューティ比は、レーザビームプリンタ１０の置かれた環境（温度、湿度等）により異なったものとなる。例えば、環境が高温かつ高湿度の環境（Ｈ／Ｈ環境）では転写ローラ５の抵抗値が下がるので、通常温度かつ通常湿度の環境（Ｎ／Ｎ環境）に比べてＰＷＭ信号のデューティ比が低くなる。また、例えば環境が低温かつ低湿度の環境（Ｌ／Ｌ環境）では転写ローラ５の抵抗値が上がるので通常温度かつ通常湿度の環境（Ｎ／Ｎ環境）に比べてＰＷＭ信号のデューティ比が高くなる。

したがって、所定の転写電流Ｉａが流れるよう設定されるＰＷＭ信号のデューティ比はレーザビームプリンタ１０の置かれた環境を示す指標となる。

一方、記録材Ｐにトナー像を転写する際の転写効率をレーザビームプリンタ１０の置かれた環境にかかわらず一定とするには、環境に拘わらず転写電流が一定となるのが望ましい。

そこで、転写バイアス制御部１００は、記録材Ｐにトナー像を転写する際の転写バイアスＶｔを、初期回転において所定の転写電流Ｉａが流れるよう設定されるＰＷＭ信号のデューティ比から求めるものとする。

転写バイアス制御部１００は、初期回転において転写ローラ５に所定の転写電流Ｉａが流れるよう発生させるＰＷＭ信号のｄティ比の平均値をＰＷＭ０として（このＰＷＭ０に対する転写バイアス電圧値をＶtoとする）ＣＰＵ５ｅの有するメモリ（不図示）に記憶させるとともに、転写時の転写バイアス（電圧）Ｖｔを出力するためのＰＷＭ信号のデューティ比ＰＷＭ１（このＰＷＭ１に対する転写バイアス電圧値をＶtとする）を決定する。

第１の実施形態では、ＰＷＭ１はＰＷＭ０に対し一次式で表される制御式に基づき決定される。具体的には、
ＰＷＭ１ ＝ Ａ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂ ・・・ （１）
で表され、Ａ及びＢは定数を示す。ＰＷＭ１と転写バイアス電圧値Ｖtとの間には線形の関係があり、ＰＷＭ１を決定することにより転写バイアス（電圧）Ｖtが決定される。

以上のように、転写バイアス制御部１００は、初期回転においてＰＷＭ０を決定し、ＰＷＭ０からＰＷＭ１を決定するものである。そして、ＰＷＭ０からＰＷＭ１を算出する上記（１）式における係数Ａ、Ｂは常に同一の値を使用することも考えられるが、第１の実施形態では、記録材Ｐの種類に応じて３種類の係数を使い分けることとした。

先に述べたように、レーザビームプリンタ１０の置かれた環境によって転写ローラ５の抵抗値や記録材Ｐの抵抗値が異なったものとなるので、初期回転において設定したＰＷＭ０からＰＷＭ１を算出することで、環境による転写効率の変動に対応することは可能となる。

ところが、レーザビームプリンタ１０の転写ニップ部Ｔに供給される記録材Ｐの種類は複数存在し、同じ環境であっても各々抵抗値等が異なっていることから、記録材Ｐの種類に拘わらず一定の転写効率とするには記録材Ｐの種類に応じて転写バイアスＶｔを異ならせる必要がある。

そこで、第１の実施形態では、転写バイアス値Ｖｔの設定として、ハイモード、ノーマルモード、ローモードの３モードを設け、それぞれのモードにおいて式（１）の係数Ａ、Ｂを異ならせることとした。係数ＡはハイモードではＡｈ、ノーマルモードではＡｎ、ローモードではＡｌとし、係数ＢはハイモードではＢｈ、ノーマルモードではＢｎ、ローモードではＢｌとした。

そして、以下の式（２）でハイモードにおけるＰＷＭ１であるＰＷＭ１ｈ、式（３）でノーマルモードにおけるＰＷＭ１であるＰＷＭ１ｎ、式（４）でローモードにおけるＰＷＭ１であるＰＷＭ１ｌをそれぞれ算出する。
ＰＷＭ１ｈ ＝ Ａｈ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂｈ ・・・ （２）
ＰＷＭ１ｎ ＝ Ａｎ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂｎ ・・・ （３）
ＰＷＭ１ｌ ＝ Ａｌ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂｌ ・・・ （４）
なお、ＰＷＭ１ｈ、ＰＷＭ１ｎ、ＰＷＭ１ｌは以下の式（５）の関係を有する。
ＰＷＭ１ｌ ＜ ＰＷＭ１ｎ ＜ ＰＷＭ１ｈ ・・・ （５）
なお、ノーマルモードは一般的に使用される普通紙に対するモードで、ハイモードは厚紙や高抵抗紙等に対して転写不良を防止するために転写バイアスをノーマルモードより高く設定したモードである。また、ローモードは薄紙やハーフトーン画像でドラムメモリや転写突き抜け等の画像不良が発生しないように転写バイアスを低く設定したモードである。

なお、各モードにおける転写バイアス値Ｖｔとして、ハイモードではＶｔｈ、ノーマルモードではＶｔｎ、ローモードではＶｔｌとするものとする。

（転写バイアス制御処理）
転写バイアス制御処理の具体例を、図３〜図５を用いて説明する。

図３は、転写バイアス制御処理を示すフローチャートである。図４は、ノーマルモードおよびローモード時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。図５は、ハイモード時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。

まず、転写バイアス制御部１００は、プリント命令により処理を開始した後、ＰＷＭ０値（Ｖto）を求める（ステップＳ１０１）。

次に、転写バイアス制御部１００は、その求められたＰＷＭ０の値と、設定された転写バイアスモードとから、式（２）〜式（４）のいずれかを用いてＰＷＭ１（Ｖt）を決定する（ステップＳ１０２）。

次に、転写バイアス制御部１００は、設定された転写モードからＰＷＭ０（Ｖto）→ＰＷＭ１（Ｖt）の切り替えタイミングを決定し、トップセンサ９が記録材Ｐの先端を検知してから所定のタイミングで転写バイアスの切り替えを行う（ステップＳ１０３）。

第１の実施形態で転写バイアス制御部１００は、図４に示すように、ノーマルモード、ローモード時は、普通紙で先端部の転写不良が発生しないように、紙が転写ニップ部Ｔに到達すると同時に転写バイアスの切り替えを行う（ステップＳ１０４）。

図５に示すように、ハイモード時は、紙先端から確実に転写バイアスＰＷＭ１（Ｖt）が印加されるように、紙が転写ニップ部Ｔに到達する３０ｍｓ（転写バイアス電源立ち上がり時間）手前で、ＰＷＭ０（Ｖto）からＰＷＭ１（Ｖt）に切り替えを行う（ステップＳ１０５）。

その後、転写バイアス制御部１００は、通紙中は転写バイアスをＰＷＭ１（Ｖt）にキープし、紙後端と同期して転写バイアスをＰＷＭ１（Ｖt）からＰＷＭ０（Ｖto）に切り替え、非転写中はＰＷＭ０（Ｖto）にキープする（ステップＳ１０６）。

転写バイアス制御部１００は、指定プリント枚数に到達したかを調べ、以後、同様の手順により指定枚数になるまでプリントを行う（ステップＳ１０７）。

（実験例）
転写バイアス制御処理の実験例について説明する。

表１は、本例の転写バイアス制御による、各転写バイアスモードのドラムメモリの発生状況を示す。

表１からわかるように、ノーマルモードやローモードのように紙先端位置で転写バイアスをＰＷＭ０（Ｖto）→ＰＷＭ１（Ｖt）に切り換えることによって、ドラムメモリの発生を防ぐことができることがわかる。なお、ノーマルモードよりローモードの方がドラムメモリのレベルが良い理由は、ローモードの方が転写バイアスＶtの値が小さいためである。

表２は、各転写バイアスモードと先端転写不良の発生状況を示す。

表２からわかるように、普通紙では、ローモード以外で転写不良の発生はなく、良好な画像が得られ、高抵抗紙ではノーマルモードで若干転写不良が見られるものの、ハイモードにすることで紙先端部分にも転写不良のない良好な画像を得ることができることがわかる。

このように、普通紙を使用するユーザに対しては、転写バイアモードのノーマルモード（デフォルト）で、ドラムメモリや先端部の転写不良のない良好な画像が提供でき、また、高抵抗紙を使用し、先端の転写不良が気になるユーザに対しては、ハイモードを選択してもらうことにより対応することができる。

以上のように第１の実施形態によれば、転写バイアスを高くするハイモードにおいてはドラムメモリの悪影響よりも転写不良の防止を優先すべく記録材Ｐの先端が転写ニップ部Ｔに到達する前の第１のタイミングで転写バイアスを切り替える。また、ハイモードにおける転写バイアスよりも転写バイアスを低くするノーマルモード又はローモードにおいては転写不良よりもドラムメモリの悪影響の防止を優先すべく第１のタイミングより遅い第２のタイミングで転写バイアスを切り替える。

したがって、転写バイアスを高くする際に発生しやすい転写不良を防止しつつ、転写バイアスを低くする際のドラムメモリの発生を防止することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６〜図８に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。

本例では、イオン導電性材料（ＮＢＲ等）からなる転写ローラの抵抗値の温度特性を利用して使用環境を検知し、使用環境に応じて転写バイアスをＰＷＭ０（Ｖto）→ＰＷＭ１（Ｖt）に切り替えるタイミングを切り替える制御を行う。なお、その他の条件は、前述した第１の例と同様である。

（使用環境の検知）
本例のように、イオン導電性材料（ＮＢＲ等）からなる転写ローラを使用した場合、転写バイアスのＰＷＭ制御値であるＰＷＭ０値は、各環境下では表３のような範囲となる。

なお、本例の転写ローラ５の抵抗値は４×１０^７〜８×１０^７Ωである。

表３からわかるように、転写ローラ抵抗値が高温高湿環境（Ｈ／Ｈ環境）では低く、低温低湿環境（Ｌ／Ｌ環境）では高く変化するため、ＰＷＭ０値はＨ／Ｈ環境では小さく、Ｌ／Ｌ環境では大きな値となり、この性質により使用環境を検知できる。

なお、表３のテーブルは、転写バイアス制御部１００のＣＰＵ５ｅ内のメモリ（不図示）に記憶させておき、図６のステップＳ２０１で求めたＰＷＭ０の値とテーブルを比較することで、レーザビームプリンタ１０の置かれた環境を判断するものとする。

（転写バイアス制御処理）
転写バイアス制御処理の具体例を、図６〜図８を用いて説明する。

図６は、転写バイアス制御処理を示すフローチャートである。図７は、Ｈ／Ｈ環境およびＮ／Ｎ環境における転写バイアス制御のタイミングチャートである。図８は、Ｌ／Ｌ環境における転写バイアス制御のタイミングチャートである。

まず、ＰＷＭ０（Ｖto）の値を求め（ステップＳ２０１）、求めたＰＷＭ０（Ｖto）の値からＰＷＭ１（Ｖt）値の算出する（ステップＳ２０２）。

次に、ＰＷＭ０（Ｖto）の値から使用環境を検知し、転写バイアス値の切替タイミングを決定して、トップセンサ検知信号から所定のタイミングで転写バイアスの切り替えを行う（ステップＳ２０３）。

本例では、図７に示すように、転写ローラ５及びドラム抵抗値が低くドラムメモリの発生しやすいＨ／Ｈ環境やＮ／Ｎ環境では、紙が転写ニップ部Ｔに到達すると同時に転写バイアス値をＰＷＭ０（Ｖto）→ＰＷＭ１（Ｖt）に切り替える（ステップＳ２０４）。

図８に示すように、転写ローラ５及び紙の抵抗値が高く転写不良が発生しやすいＬ／Ｌ環境では、紙が転写ニップ部Ｔに到達する３０ｍｓ（転写バイアス電源立ち上がり時間）手前で切り替えを行う（ステップＳ２０５）。

その後、通紙中は転写バイアスをＰＷＭ１（Ｖt）にキープし、紙後端と同期して転写バイアスをＰＷＭ１（Ｖt）→ＰＷＭ０（Ｖto）に切り替え、紙間はＰＷＭ０（Ｖto）にキープする（ステップＳ２０６）。

以後、指定プリント枚数に到達したか否か調べ、同様の手順により指定枚数になるまでプリントを行う（ステップＳ２０７）。

（実験例）
転写バイアス制御処理の実験例について説明する。

表４は、本例の転写バイアス制御における各環境下でのドラムメモリの発生状況を示す。

表４からわかるように、従来の制御では、通常環境（Ｎ／Ｎ）や高温高湿環境（Ｈ／Ｈ）でドラムメモリが発生するのに対して、本例の制御では、通常環境（Ｎ／Ｎ）や高温高湿環境（Ｈ／Ｈ）においてもドラムメモリの発生がない。

表５は、各環境で紙先端部での転写不良の発生状況を示す。

表５から、本例の転写バイアス制御においても、従来の制御と同様に各環境下で紙先端部の転写不良の発生がないことがわかる。

なお、本例では、ＰＷＭ０の値から使用環境を検知し、転写バイアスの切り替えタイミングの変更を行ったが、温湿度センサ等により使用環境を検知する等の方法によっても同様の効果を得ることができる。

以上のように、使用環境を検知し、その情報から転写バイアスをＰＷＭ０（Ｖto）→ＰＷＭ１（Ｖt）に切り替えるタイミングを切り替えることにより、ドラムメモリや先端転写不良等の画像不良を防止することができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図９〜図１０に基づいて説明する。なお、第１の実施形態、第２の実施形態と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。

第３の実施形態では、自動両面プリント時の１面目と２面目で転写バイアスをＶtoからＶtへ切り替えるタイミングを切り替える制御を行う。なお、その他の条件は、前述した各例と同様である。

ただし、第３の実施形態において、転写バイアス制御部１００は、記録材Ｐの１面目に画像形成する場合と記録材Ｐの２面目に画像形成する場合とで式（１）における係数Ａ、Ｂを異ならせるものとする。

具体的に、転写バイアス制御部１００は、記録材Ｐの１面目については以下の式（６）を用いて転写バイアスＶｔ１を印加するためのＰＷＭ１１を算出し、記録材Ｐの２面目については以下の式（７）を用いて転写バイアスＶｔ２を印加するためのＰＷＭ１２を算出する。
ＰＷＭ１１ ＝ Ａ１ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂ１ ・・・ （６）
ＰＷＭ１２ ＝ Ａ２ × ＰＷＭ０ ＋ Ｂ２ ・・・ （７）
なお、ＰＷＭ１１、ＰＷＭ１２は以下の式（８）の関係を有する。
ＰＷＭ１１ ＜ ＰＷＭ１２ ・・・ （８）

（転写バイアス制御処理）
転写バイアス制御処理の具体例を、図９〜図１０を用いて説明する。

図９は、比較例として示す従来における転写バイアス制御のタイミングチャートである。

図１０は、本発明における転写バイアス制御のタイミングチャートである。

図９に示す従来の転写バイアス制御では、転写バイアスをＶtoからＶtに切り替えるタイミングは、記録材Ｐの先端が転写ニップ部Ｔに到達するタイミングに対して高圧電源回路５ｄ（転写バイアス電源回路）の立ち上がり時間（約３０ｍｓ）分だけ早く行っている。

これに対して、第３の実施形態の転写バイアス制御では、２面目の転写バイアス切り替えタイミングは従来の制御のままとし、１面目の転写バイアスの切り替えタイミングを普通紙の先端転写不良が発生しない程度まで遅らせるように制御する。

（実験例）
転写バイアス制御処理の実験例について説明する。

表６は、本例の転写バイアス制御における各面情報下でのドラムメモリの発生状況を示す。

表６からわかるように、従来の制御では、１、２面ともにドラムメモリが発生するのに対して、本例の制御では１面目でのドラムメモリが改善される。

表７は、本例の制御における自動両面プリント時の紙先端転写不良の発生状況を示す。

本例の転写バイアス制御では、従来の制御と同等以上に、１面目、２面目共に紙先端部での転写不良の発生がなかった。

以上のように、自動両面プリント時の１面目と２面目で転写バイアスをＶto→Ｖtに切り替えるタイミングを切り替えることにより、転写不良の発生しやすい２面目での紙先端部の転写不良を完全に防止できると同時に、１面目でのドラムメモリの先端転写不良の防止とを両立することができる。これにより、従来の転写バイアス制御に比べて、印刷時の画像品質を格段に向上させることができた。

なお、本発明は、複数の機器（例えば、ホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、１つの機器（例えば、ＰＤＡ（個人情報管理）機器のような小型の画像処理機器、複写機、ファクシミリ装置）からなる装置に適用してもよい。

また、本発明は、システム或いは装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。そして、本発明を達成するためのソフトウェアによって表されるプログラムを格納した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、本発明の効果を享受することが可能となる。

この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード（ＩＣメモリカード）、ＲＯＭ（マスクＲＯＭ、フラッシュＥＥＰＲＯＭなど）などを用いることができる。

また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明は、レーザビームプリンタ等の画像形成装置に関する。紙種や画像パターン及び使用環境等の使用条件に応じて、ドラムメモリや先端転写不良を防止し、ひいては印刷時の画像品質を向上させることが可能な画像形成装置を提供する。

第１の実施形態における画像形成装置の構成例を示す断面図である。 転写バイアス制御部の構成を示すブロック図である。 転写バイアス制御処理を示すフローチャートである。 ノーマルモード、ローモード時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。 ハイモード時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態である、転写バイアス制御処理を示すフローチャートである。 Ｈ／Ｈ環境、Ｎ／Ｎ環境時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。 Ｌ／Ｌ環境時における転写バイアス制御のタイミングチャートである。 図１０の比較例として示す従来の転写バイアス制御のタイミングチャートである。 本発明の第３の実施の形態である、本発明の転写バイアス制御のタイミングチャートである。 従来の転写バイアス制御のタイミングチャートである。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（帯電手段）
３ レーザスキャナ（露光手段）
４ 現像装置
５ 転写ローラ
５ａ 芯金
５ｂ 弾性体
５ｃ 加圧ばね
５ｄ 高圧電源回路（転写バイアス印加電源）
５ｅ ＣＰＵ
５ｇ ローパスフィルタ
６ 定着装置
６ａ 定着ローラ
６ｂ 加圧ローラ
７ クリーニング装置
７ａ クリーニングブレード
９ トップセンサ
１０ 画像形成装置本体
１０ａ 排紙トレイ
１１ 給紙カセット
１２ 給紙ローラ
１３ レジストローラ
２０ 搬送ローラ
１００ 転写バイアス制御部
１１０ 切替条件認識部
１２０ 転写バイアス切替制御部
Ｐ 記録材
Ｔ 転写ニップ部

Claims (6)

1. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体とニップ部を形成し前記ニップ部で前記像担持体から記録材に前記トナー像を転写する転写部材と、前記転写部材に電圧を印加する電圧印加回路と、複数のモードを設定するモード設定部と、を備え、前記ニップ部に記録材の先端が到達する前に前記電圧印加回路が印加する第１の電圧を基準電圧にして、前記モード設定部の設定に応じて前記像担持体から記録材に前記トナー像を転写する時に前記電圧印加回路が印加する第２の電圧を設定する電圧設定部を有する画像形成装置において、
   前記電圧印加回路は、印加する電圧が一定電圧になるように制御される電圧回路であり、前記第２の電圧は、前記電圧印加回路によって一定電圧に制御される前記第１の電圧を基準電圧にして前記モード設定部の設定に応じて設定された一定電圧であり、前記モード設定部は、前記第１の電圧と前記第２の電圧の差が所定量の第１のモードと前記第１の電圧と前記第２の電圧の差が前記所定量より小さい第２のモードを設定可能であり、前記電圧印加回路は、前記モード設定部が設定する前記モードが第１のモードである場合は記録材の先端が前記ニップ部に到達する前の第１のタイミングで前記電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ切り替え始め、前記モード設定部が設定する前記モードが第２のモードである場合は記録材の先端が前記ニップ部に到達するタイミングで前記転写電圧を前記第１の電圧から前記第２の電圧へ切り替え始めることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１のモードの場合に前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替えが完了するまでの時間は、前記第２のモードの場合に前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替えが完了するまでの時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記転写部材に流れる電流値を検知する電流検知部を有し、前記電圧設定部は、記録材の先端が前記ニップ部に到達する前に前記電流検知部が検知する電流値が目標電流値を維持している時の前記電圧印加回路が印加する電圧を前記第１の電圧と設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記モード設定部は、記録材が厚紙である時に前記第１のモードを設定し、記録材が普通紙である時には第２のモードを設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 記録材の両面にトナー像を転写可能であり、前記モード設定部は、一面目の画像形成時に前記第２のモードを設定し、二面目の画像形形成時に前記第１のモードを設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 画像形成装置の周囲環境を検知するセンサを有し、前記モード設定部は、前記センサの検知結果からモードを設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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