JP4464092B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する、プリンタ，複写機，ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

像担持体としての中間転写体を用いてトナー像を転写する方式の画像形成装置の例として、図１８に示すようなものが知られている。

感光ドラム１は、矢印方向に回転駆動され、その表面が帯電ローラ２によって一様に帯電された後、露光装置３によって、画像情報に対応したレーザ照射を受けることで、表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置４によって、帯電したトナーが静電的に付着されることで現像（顕像化）される。

感光ドラム１上のトナー像は、一次転写ローラ６によって一次転写部Ｔ１において中間転写ベルト５上に静電的に一次転写される。中間転写ベルト５は、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、二次転写内ローラ１３に掛け渡されて、矢印Ｒ５方向に回転駆動されている。中間転写ベルト５上に転写されたトナー像ａは、さらに、所定のタイミングで矢印Ｋ１方向に搬送されてくる転写材Ｐ上に、二次転写部Ｔ２において二次転写外ローラ１４により静電的に二次転写される。

トナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置９まで搬送され、加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。なお、トナー像の一次転写後に感光ドラム１表面に残ったトナーはクリーニング装置７によって除去される。

このような、中間転写方式の画像形成装置において、二次転写外ローラ１４がトナーなどによって汚れた状態で転写材Ｐが搬送されると、転写材Ｐの裏面を汚すおそれがある。このような、二次転写外ローラ１４のトナー汚れに起因する転写材Ｐの裏汚れを回避する手法として、数種の方法が公知である。

その方法の１つに、二次転写外ローラ１４に清掃部材（不図示）を当接させることで、トナー汚れを払拭し、ひいては転写材Ｐの裏面汚れを防止する手法が公知である。例えば、二次転写外ローラ１４にクリーニングブレードを当接させることで、ローラ表面に転移したトナーを清掃することで、転写材Ｐの裏面汚れを回避する手法が挙げられる。あるいは、導電性ブラシローラを二次転写外ローラ１４に当接させ、トナーを静電的にブラシで回収することで、目的を達成する手法もある。

しかしながら、このような清掃部材を設ける手法は、部材を設けることで、構成が複雑化するうえ、コストアップにつながるおそれがある。

また、このように清掃部材を設ける態様においては、清掃部材が長期にわたる使用に耐えることができないおそれがある。例えば、クリーニングブレードを当接させた場合には、二次転写外ローラ１４にブレードを高圧で圧接するため、二次転写外ローラ１４が磨耗し、クリーニング能力が低下するおそれがある。また磨耗した二次転写外ローラ１４表面が平滑になることでトルクが上昇し、高湿環境においてはブレードが捲れてしまうおそれがある。

一方、導電性ブラシを用いてクリーニングを行う態様においては、長期にわたって使用すると、ブラシ内に帯電トナーが滞留したままとなるため、ブラシがトナーを保持しきれず、トナーを二次転写外ローラ１４に再転着させてしまうおそれがある。

このように、上述のような清掃部材においては、長期の使用にわたって安定して清掃能力を保持できないことから、パーツの交換を伴うなど、性能維持に多大なコストを要する。

これに対し、二次転写外ローラ１４に清掃部材を設けずに清掃を行う手法として、二次転写外ローラ１４に、トナーと同極性のバイアス、すなわち転写時と逆極性のバイアスを印加することで、二次転写外ローラ１４表面に付着したトナーを静電的に中間転写ベルト５に付着させ、中間転写体クリーナ１０で回収する手法がある。

また、正バイアスと逆バイアスの両方が印加される帯電部材の通電に伴う抵抗上昇を抑えることを目的として、正方向の積算電流値と逆方向の積算電流値との適正範囲を記載した技術が記載されているものもある（例えば、特許文献１）。

特開平７−４９６０４号公報

通常、画像形成時において、転写材Ｐが二次転写部Ｔ２に挟持されている際には、トナーが二次転写外ローラ１４に転移することはない。しかし、二次転写部Ｔ２に転写材Ｐが無いいくつかの場合において、意図しないトナーが、二次転写外ローラ１４に中間転写ベルト５から転移する可能性がある。

すなわち、中間転写ベルト５上の非画像形成領域にトナーが担持されている場合がこれにあたり、例えばかぶりトナーや画像間に形成されるトナーパッチなどが挙げられる。

さらには、転写材Ｐが意図したタイミングより遅延して二次転写部Ｔ２に搬送されてきた場合には、通常、画像の先端にあたるトナー像が、二次転写外ローラ１４に直接転写されてしまう場合が挙げられる。

このような意図しないトナーが二次転写部Ｔ２まで搬送された場合に、二次転写外ローラ１４に転着しないようにするために、上述のような通常の画像形成時と逆極性のバイアスを印加する手法をとる場合、以下のような課題がある。

すなわち、適正なバイアスを印加しないと、トナーが二次転写外ローラ１４から中間転写ベルト５へ転移しないおそれがある。

これは、通常の画像形成において転写材Ｐ上に転写するトナーよりも、二次転写外ローラ１４表面に付着しているトナーの量が少ないことに起因する。例えば、かぶりトナーが二次転写外ローラ１４に転着し、このかぶりトナーを逆極性バイアスによってクリーニングを行う場合には、通常のトナー像よりも遥かに少ないトナーを、二次転写外ローラ１４から中間転写ベルト５へ静電転写することになるため、通常の画像形成時よりも小さな逆極性バイアスを印加することでクリーニングが可能である。仮に通常の画像形成時と同じ大きさの転写バイアスを印加した場合、静電転写を行うには大きすぎるバイアスとなるため、転写効率が低下し、結果としてかぶりトナーのクリーニングが良好に行うことができないおそれがある。

このため、逆極性バイアスとして、適正なバイアスを選択して印加する必要がある。

以上のように、二次転写外ローラ１４に付着したトナー汚れをクリーニングするため、通常の転写バイアスと逆極性のバイアスを印加する際には、逆極性バイアスを印加するタイミング及びバイアスの大きさを適切に選択しないと、生産性を損なう上にクリーニング不良が発生するおそれがあり、転写材Ｐの裏面のトナー汚れとして顕在化するおそれがある。

そこで本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、複雑な構成をとることなく、転写材の裏汚れを有効に回避することができるようにした画像形成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、電圧が印加されることで前記像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写部材と、前記転写部材にトナーの正規の帯電極性と同極性の第一バイアスとトナーの正規の帯電極性と逆極性の第二バイアスとを選択的に印加するバイアス印加手段と、前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、一連の連続した画像形成動作の工程における記録材への連続画像形成終了後に予め設定された電圧値の前記第一バイアスを印加することで前記転写部材をクリーニングする第一クリーニングモードと前記第一クリーニングモードの実行後に予め設定された電圧値の前記第二バイアスを印加することで前記転写部材をクリーニングする第二クリーニングモードとを実行する実行部と、前記工程の開始から前記第一クリーニングモードの動作終了までの前記第一バイアスの印加時の電流量を積算する第一積算部と、前記工程の開始から前記第一クリーニングモードを開始するまでの前記第二バイアスの印加時の電流量を積算する第二積算部と、を有し、一連の連続した画像形成動作の工程において少なくとも記録材間では前記転写部材には前記第一バイアスが印加されている画像形成装置において、前記第一積算部で積算された電流量が、前記第二積算部で積算された電流量と前記第二クリーニングモード実行時に前記第二バイアスの印加時の電流量との合計に対して所定の比率未満となるように前記第二クリーニングモードの実行時間が決定され、その実行時間の前記第二クリーニングモードが一連の連続した画像形成動作の工程の最後に行われることを特徴とする。

本発明によれば、転写部材のトナーによる汚れを効果的に防止することができる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成部品等の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。

＜実施の形態１＞
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例として、実施の形態１に係る画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のフルカラーレーザプリンタであり、同図はその概略構成を示す縦断面図である。

同図に示す画像形成装置は、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの計４色のトナー像を重ねてフルカラー画像を形成する画像形成装置であり、４個の画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫを備えている。この順にイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックのトナー像を形成する画像形成装置である。

各画像形成ステーションＳＹ，ＳＭ，ＳＣ，ＳＫは、それぞれ像担持体として、ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えている。各感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、外径３０ｍｍのアルミニウム製のシリンダに、ＯＰＣ感光体（有機光感光体）を塗布して構成したものであり、矢印方向（図１中の反時計回り）に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。各感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、その表面が帯電ローラ（帯電手段）２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋによって表面を一様に帯電された後、露光装置（露光手段）３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋによってレーザ光の照射を受け、それぞれの色に対応した静電潜像が形成される。

各感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ上の静電潜像は、それぞれイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色のトナーを収納した現像装置（現像手段）４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋによって各色のトナー像として現像されて可視像となる。各感光ドラム０１上のトナー像は、一次転写ローラ（一次転写手段）６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋによって、それぞれの一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ１において中間転写ベルト（中間転写体）５上に順次に一次転写される。中間転写ベルト５は、駆動ローラ１１、テンションローラ１２、二次転写内ローラ１３に掛け渡されており、駆動ローラ１１の矢印方向（図１中の時計回り）の回転に伴って、矢印Ｒ５方向に回転駆動されるものである。

トナー像転写後の各感光ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置（クリーニング手段）７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋによって除去され、次のトナー像の形成に供される。

中間転写ベルト５上に重なるように形成された４色のトナー像ａは、中間転写ベルト５の矢印Ｒ５方向の回転に伴って、二次転写内ローラ１３と二次転写外ローラ１４との間の二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ２まで搬送され、所定のタイミングでこの二次転写部Ｔ２に供給される転写材Ｐ上に一括で二次転写される。この転写材Ｐは、給紙カセット１５又は給紙カセット１６に収納されていたものが、給紙ローラ１７又は給紙ローラ１８によって給紙され、さらに搬送ローラによってレジストローラ１９まで搬送され、このレジストローラ１９によって所定のタイミングで二次転写部Ｔ２に供給されるようになっている。トナー像転写後の転写材Ｐは、定着装置９の定着ローラ９ａ、加圧ローラ９ｂによって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。これにより４色フルカラー画像が形成される。

二次転写外ローラ１４には、制御手段３０により制御された転写バイアス印加電源２０によって所定のバイアスが印加される。そして、この時流れる電流値は、電流検知手段４０によって検知され、この検知結果は制御手段３０にフィードバックされる。

一方、トナー像転写後の中間転写ベルト５は、表面の残ったトナー（転写残トナー）が中間転写体クリーナ１０によって除去され、次の画像形成に供される。

なお、図１中の符合８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋは、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋに補給するトナーを収納したトナー補給容器を示している。

以下では、イエローのトナー像を形成する画像形成ステーションＳＹについて、各部材の構成、及び画像形成条件を説明する。

イエロー用の現像装置４Ｙは、現像容器４１内のトナー搬送機構（不図示）によって現像スリーブ４２にイエロートナーを搬送し、現像スリーブ４２の外周に圧接された規制ブレード（不図示）によって現像スリーブ４２の外周にイエロートナーを薄層塗布する。そして、イエロートナーに電荷を付与した後、現像スリーブ４２に対して、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳した現像バイアスを印加することで、感光ドラム１Ｙ上に形成された静電潜像にイエロートナーを付着させてトナー像として現像する。現像スリーブ４２は、感光ドラム１Ｙに対向した位置に微小間隔（３００μｍ）を隔てて配設されている。

本実施の形態では、感光ドラム１Ｙの電位、現像スリーブ４２の電位、一次転写ローラ６Ｙに印加される電位は以下に述べるように設定される。

温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境下では、帯電ローラ２Ｙに−４５０ＶのＤＣバイアスにピーク間電圧９００Ｖｐ−ｐのＡＣバイアスを重畳した交流バイアスを印加することで、感光ドラム１Ｙの表面電位が−４５０Ｖとなるように制御を行っている。

一方、現像スリーブ４２には、−３００ＶのＤＣ成分にピーク間電圧１．２ｋＶｐ−ｐのＡＣ成分を重畳した交流バイアスを印加している。なお、このときのＡＣ成分の波形はブランクパルス波形であり、９ｋＨｚのＡＣ波形と、４．５ｋＨｚのブランクとを組み合わせた波形を現像バイアスとして印加している。

感光ドラム１Ｙは、露光装置３Ｙによってレーザ露光を受けると、最大濃度画像となる静電潜像を形成する箇所において、−２００Ｖの明部電位となる。

このとき、一次転写ローラ６Ｙに、一次転写バイアスとして４００Ｖの電位を与えることで、一次転写ローラ６Ｙと感光ドラムの明部との電位差（一次転写コントラスト）が６００Ｖになる。この一次転写コントラストによって、負極性に帯電したトナーが中間転写ベルト５上に一次転写される。

中間転写ベルト５は、厚さ８５μｍのポリイミド樹脂フィルムを基材としており、カーボンブラックを分散させて、表面抵抗率で１×１０^１２Ω／□、体積抵抗率で１×１０^９．５Ω・ｃｍとなるように抵抗調整した。中間転写ベルト５の周長は８９５ｍｍとし、駆動速度（プロセススピード）を１３０ｍｍ／ｓｅｃとした。

二次転写外ローラ１４は、外径１２ｍｍの鋼鉄製の芯金に、発泡処理をしたＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）を基材とする発泡ゴム層を設けたスポンジローラとし、ＮＢＲゴム層を含めた外径を２４ｍｍとした。二次転写外ローラ１４の抵抗値は、温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境下で、１０^７．５Ω（２ｋＶ印加時）となるように、イオン伝導性の抵抗調整剤を分散させることで抵抗調整を行った。

本実施の形態の画像形成装置においては、二次転写バイアスとして、定電圧バイアスを印加している。

図２に示すように、二次転写部Ｔ２に転写材Ｐを挟持しており、転写材Ｐの幅（全幅）が、二次転写ローラ対（二次転写内ローラ１３と二次転写外ローラ１４）の幅とほぼ等しい（わずかに小さい）際に、転写バイアス印加電源（定電圧電源）２０によって二次転写バイアスを印加する場合を考える。このとき、転写材Ｐはその全幅で挟持されているため、二次転写部Ｔ２において、幅方向の抵抗段差はなく、図３に示すように、二次転写バイアスＶｔｒ２を印加すると、二次転写内ローラ１３、中間転写ベルト５、二次転写外ローラ１４の分担電圧を排除した、転写材分担電圧Ｖｐが転写材Ｐに印加され、負極性に帯電したトナーを静電的に引き付けることで、転写材Ｐ上にトナー像を転写する。

また一方で、図４に示すように、転写材Ｐの幅が二次転写ローラ対の幅よりも狭い場合にも、紙に印加される電圧Ｖｐは上述の、最大サイズの転写材Ｐの場合と同じ電圧値であることから、転写材Ｐの幅に基づいて二次転写バイアスの大きさを変更する必要がない。

また、本実施の形態の画像形成装置においては、二次転写外ローラ１４として、イオン伝導性の抵抗調整剤によって抵抗を調整されたゴムローラを用いており、温湿度の変化や、長期間の使用に伴って、抵抗値が変わるおそれがある。

イオン伝導性ローラの場合、図５に示すように、温度の変化に伴ってローラ抵抗値が大きく変化する。これは、温度上昇によって伝導キャリヤであるイオンの移動度が上昇することで抵抗率が低下するために起きる現象であり、イオン伝導性の特徴の一つである。一方で、イオン伝導性ローラの場合、バイアスを印加しながら駆動を続けると、抵抗値が上昇する。図６に、本実施の形態の二次転写外ローラ１４に、２０μＡ印加し、毎分２０回転（２０ｒｐｍ）で回転駆動し続けた際の、二次転写外ローラ１４の抵抗値の推移を示す。このように、イオン伝導性ローラにバイアスを印加し続けると、抵抗値が変化する。

このように、温湿度や、長期の使用に伴うローラ抵抗値の変動が発生すると、ローラの分担電圧が変動するため、二次転写バイアスとして固定された定電圧バイアスを印加する場合、転写材分担電圧Ｖｐも変動し、安定して良好な転写バイアス設定を行えなくなるおそれがある。

これに対し、本実施の形態の画像形成装置においては、ＡＴＶＣ制御（Ａｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うことで、所望の転写材分担電圧Ｖｐを常に印加することを可能にしている。図７に、本実施の形態の画像形成装置のＡＴＶＣ制御の概念図を示す。

本実施の形態の画像形成装置においては、ＡＴＶＣ制御は二次転写部Ｔ２が転写材Ｐを挟持していない状態で行う。まず、３段階の異なる定電圧バイアスＶ１、Ｖ２、Ｖ３を印加し、そのときの電流値を検知する。これらの検知結果を線形補完し、所定の必要転写電流値（ターゲット電流値）を与える定電圧バイアスを、線形式から算出し、規定電圧Ｖｂを設定する。

また、上述のように決定した規定電圧Ｖｂは、転写材Ｐを挟持していない状態での二次転写バイアスを規定したものであり、別途所定の転写材分担電圧Ｖｐを足し合わせたバイアス値を二次転写バイアスとして設定する。

本実施の形態の画像形成装置においては、温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境においては、抵抗検知用バイアスとして、Ｖ１＝９００Ｖ、Ｖ２＝１５００Ｖ、Ｖ３＝２１００Ｖを印加して抵抗検知を行った。また、転写材Ｐとして普通紙を転写する際には、ターゲット電流値を２０μＡ、転写材分担電圧を９００Ｖとして規定している。

また、上述のＡＴＶＣ制御は、画像形成動作開始時に毎回行っている。これにより、常に好適な規定電圧Ｖｂを設定することができる。

以上のように、温湿度や長期の使用に伴って変動するイオン伝導性の二次転写外ローラ１４の抵抗値を、ＡＴＶＣ制御によって検知し、ローラの分担電圧を含む規定電圧Ｖｐをその都度良好な値に設定することで、ローラの抵抗値の変動に依存せず、常に好適な転写バイアスを設定することが可能となる。

本実施の形態の画像形成装置においては、二次転写外ローラ１４には特別な清掃部材を設けず、逆バイアスを印加することで、静電的に二次転写外ローラ１４から中間転写ベルト５へトナーを付着させ、中間転写体クリーナ１０によって除去する清掃を行う。

また、このとき逆バイアス（第一バイアス）を印加した（第一クリーニングモード）後に、順バイアス（第二バイアス）をローラ１周にわたって印加する（第二クリーニングモード）。これは、中間転写ベルト５上に、正規の帯電極性とは逆極性に帯電しているトナーが付着している場合に、二次転写外ローラ１４に逆バイアス（第一バイアス）を印加することによってローラに付着させてしまうため、クリーニングを完全に行えないおそれがあるためである。

すなわち、本実施の形態の画像形成装置は、１回の画像形成動作において、図８及び図９に示すようなバイアスを二次転写外ローラ１４に対して印加している。図８は、１枚の転写材Ｐに対してのみ二次転写を行う場合を示すものであり、図９は複数の転写材Ｐに対して二次転写を行う際に印加されるバイアスを示すものである。すなわち、二次転写を行う前に、ＡＴＶＣ制御を行うための抵抗検知用バイアスＶ１、Ｖ２、Ｖ３を印加し、一方で画像形成を行った後に、１回ずつクリーニング逆バイアス、正バイアスを印加して終了する。

ここで、クリーニング逆バイアスについては、二次転写外ローラ１４に付着したトナーを除去するものであり、適切なバイアスを印加しないと、クリーニング効果が低くなるおそれがある。これは、二次転写外ローラ１４表面に静電的に付着したトナーに対して、付着トナーと同極性のバイアスによって中間転写ベルト５に静電転写を行っていることによるものであり、適正な逆バイアスよりも極端に低い、もしくは高いバイアスを印加すると、付着トナーの中間転写ベルト５への転写効率、すなわちクリーニング効率が低下してしまうおそれがある。

図１０は、１回の画像形成動作において、二次転写を行った転写材Ｐの枚数に対する、二次転写外ローラ１４の付着トナー量を示したものである。同図から明らかなように、１回の画像形成動作において、より多くの転写材Ｐに対して二次転写を行うほど、付着トナー量が増加する。これは、二次転写を行うべき転写材Ｐの枚数が増えるほど、二次転写外ローラ１４の駆動時間が増えるため、中間転写ベルト５上の付着トナーがより多く二次転写外ローラ１４に転移するためであると考えられる。

上述のように、何枚の転写材Ｐに対して二次転写を行おうとも、１回の画像形成動作においてクリーニングバイアスを印加できるのは１回のみである。二次転写を行うべき転写材Ｐの枚数が増えるほど、二次転写外ローラ１４のトナー汚れが悪化することから、これに対応して適正なクリーニング逆バイアスを設定しないと、クリーニングが不十分となるおそれがある。

これに対し、本実施の形態では、ＡＴＶＣ制御時及び二次転写時に印加された正バイアスの総電流量を積算し、その積算量からクリーニング逆バイアスを決定することで、適切なクリーニングを行っている。以下に、図１１を参照しながらクリーニング逆バイアスの決定プロセスを説明する。

図１０を用いて説明したように、二次転写外ローラ１４の付着トナー量は、二次転写を行う転写材Ｐの枚数が増えるほど、増加する。これより、二次転写を行う枚数が増えるほど、付着トナーを除去するクリーニングバイアスの印加量も大きくする必要がある。このため、ＡＴＶＣ制御時に印加した順バイアス、及び二次転写時に印加した順バイアス、さらにクリーニングシーケンス終了時に印加する順バイアスの積算電流量を積算電流検知手段（不図示）によって算出する。すなわち、印加した電流量に印加時間を乗じた、総電荷量をもって積算電流量ΣＩ_＋Δｔとする。なお、積算電流検知手段は、上述の制御手段３０内に組み込まれている。

次に、逆バイアスとして印加する積算電流量を決定する。逆バイアスの積算電流量は、印加電流量Ｉ₋と印加時間Ｔとの積で与えられる。このとき、積算電流量Ｉ₋×Ｔとして、順バイアスの積算電流量ΣＩ_＋Δｔの２５％を超えない値を設定し、かつ印加電流量Ｉ₋は３０μＡ以下、また印加時間はローラ１周分とする。

印加電流量について、−３０μＡを超えない値に設定した理由は、二次転写ローラ対や中間転写ベルト５の絶縁破壊を防ぐためである。

また、印加時間をローラ１周分としたのは、最低限、ローラの全面にわたってクリーニングバイアスを印加する必要があることと、複数周にわたってローラクリーニングを行うことで生産性が低下することを避ける必要があるためである。すなわち、ローラのクリーニングとして生産性を損なわない範囲での好適なクリーニングを行う必要から設定した条件である。

積算電流量の絶対値Ｉ₋×Ｔとして、順バイアスの積算電流量の絶対値ΣＩ_＋Δｔの２５％を超えない値を設定する理由は、好適なクリーニングを行う逆バイアス量として上限を設けるためである。

図１２に、本実施の形態の画像形成装置を用いて、２０枚の転写材Ｐに画像形成を行った後、二次転写外ローラ１４に付着したまま除去できなかったトナー量（付着残トナー量）を示す。

このとき使用した転写材Ｐは、キヤノン株式会社製のカラーレーザコピア用紙（坪量８１．４ｇ／ｍ^２）である。また、ＡＴＶＣ制御時に使用した３段階の順バイアスは、９．４μＡ、１７．１μＡ、２８．５μＡであった。また、二次転写時に印加した順バイアスは１枚の転写材Ｐに対して２１μＡ、またクリーニングバイアスにて印加する順バイアスは２８．５μＡであった。また、ＡＴＶＣ制御、及びクリーニングバイアスにて印加する順バイアスはローラ１周にわたって印加した。

これより、ＡＴＶＣ制御、及びクリーニングバイアスにて印加する順バイアスの印加時間は、
２４×３．１４／１３０＝０．５８（秒）である。

また、転写材Ｐの１枚当たりに印加される転写バイアスは、このときＡ４用紙を横送りにて通紙したため、
２１０／１３０＝１．６２（秒）である。

したがって、この場合の順バイアスの積算電流量の絶対値は、
（９．４＋１７．１＋２８．５）×０．５８＋２１×１．６２×２０＋２８．５×０．５８≒７２８．８（μＣ）となる。

このとき、図１３に示すように逆バイアス電流Ｉ₋を、ローラの数周にわたって印加したときの、二次転写外ローラ１４に清掃されずに残ったトナー量が、図１２に示す縦軸の値である。

これより、積算電流量の絶対値ΣＩ_＋Δｔの２５％程度よりも小さな積算電流量となる逆バイアスを印加することで、好適に二次転写外ローラ１４の清掃を行うことができることがわかる。一方、２５％を超える総電流量を逆バイアスとして印加した際には、逆バイアスの印加量が大きすぎるために、転写不良を起こしたものと考えられ、静電的にローラクリーニングを好適に行うためには、２５％未満という上限を設けることが必要となる。

上述では２０枚の転写材Ｐに対して画像形成を行った際の逆バイアスクリーニングについて調査した結果であるが、上述の２５％未満という、逆バイアス総電流量の絶対値の上限値は、転写材Ｐのあらゆる枚数に対しても適用することが可能である。

これは、二次転写外ローラ１４に付着するトナー量は、二次転写を行う転写材Ｐの枚数に比例していることから、転写材Ｐの枚数に比例して逆バイアス総電流量の絶対値を増減すればよく、したがって、転写材Ｐの枚数にほぼ比例する順バイアス総電流量を参照して電流量を決定するプロセスにおいては、あらゆる枚数の転写材Ｐに対する画像形成動作に対しても適用が可能である。

上述のような、連続２０枚の転写材Ｐに対して画像形成動作を行う際には、逆バイアスとして−３０μＡを、ローラ１周分にわたって印加することで、二次転写外ローラ１４のトナー汚れに起因する転写材Ｐの裏面汚れを回避することができた。また、この場合の逆バイアスの総電流量の絶対値は、順バイアスの総電流量の絶対値に対して２．４％（＝３０×０．５８÷７２８．８×１００）である。

また、逆バイアスの電流量が決定すると、ＡＴＶＣ制御によって導出された二次転写部Ｔ２のＩ−Ｖ特性から、印加される定電圧バイアスが決定される。本実施の形態の場合、−２２２４Ｖとなった。

同様に、１枚の転写材Ｐに対して画像形成を行う際の逆バイアスの印加電流量の決定プロセスを説明する。

このときのＡＴＶＣ制御時、印加した３段階の電圧は、Ｖ１＝９００Ｖ、Ｖ２＝１５００Ｖ、Ｖ３＝２１００Ｖであり、このときの検知電流は、順に４．２μＡ、８．９μＡ、１４．２μＡであった。このとき、順バイアスの総電流量は、約５８．０（μＣ）となる。これより、逆バイアスの総電荷量の上限は、約１４．５（μＣ）となる。ローラ１周にわたって印加するため、逆バイアスの電流量の上限は約２５（μＡ）である。これより、逆バイアスとして印加する電流値は、２４．５μＡと決定される。この場合の、逆バイアスの総電流量は、順バイアスの総電流量の２４．５％となる。さらに、このときの逆バイアスは、ＡＴＶＣの結果を参照して、−３３４６Ｖと決定された。

また、連続した画像形成が行われた場合には、逆バイアスによるクリーニング動作の頻度が低下し、転写ローラに汚れが蓄積してしまうという問題がある。よって、逆バイアスの比率は、ある程度以上の値に維持する必要がある。

そこで出願人は、上記の２０枚連続時のような条件、つまり、連続画像形成を終えた後、転写ローラ１周分だけ逆バイアスによるクリーニング動作を行うという条件において、連続画像形成枚数をどの程度まで増やすと、汚れによる問題が発生するかを検討した。この検討の結果、連続画像形成枚数が２５０枚を超えると、汚れの問題が現れてくるということがわかった。

連続２５０枚通紙時の、順バイアスの積算電流値の絶対値は、
（９．４＋１７．１＋２８．５）×０．５８＋２１×１．６２×２５０＋２８．５×０．５８≒８５５３．４ となる。

一方、逆バイアスの積算電流値の絶対値は、
３０×０．５８＝１７．４ となる。

この場合の逆バイアスの総電流値の絶対値の、順バイアスの総電流値の絶対値に対する比率は、
１７．４÷８５５３．４×１００≒０．２０ ％ となる。
従って、０．２０％以上の比率を確保すれば、転写ローラの汚れの付着を効果的に防止することができる。

上述のように、逆バイアスの電流値は、順バイアスの総電流量の絶対値を参照して決定される。その条件は、順バイアスの総電流量の絶対値の０．２０％以上２５％未満とすること、ローラ１周にわたって印加されること、逆バイアスの電流量の絶対値が３０μＡを超えないこと、以上３つの条件から決定される。さらに、上述のプロセスにて決定された逆バイアスの電流量から、画像形成時のＡＴＶＣ制御によって導出されたＩ−Ｖ特性を参照して、定電圧バイアス値が決定される。

以上のようにクリーニング逆バイアスの印加量を設定することで、転写材Ｐの裏面のトナー汚れが発生することはなかった。

上述のプロセスによって決定されたクリーニング逆バイアスを印加することで、二次転写外ローラ１４のトナー汚れを好適に回避でき、ひいては転写材Ｐの裏面汚れのない画像形成装置を提供することができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態の画像形成装置の本体構成は、前述の実施の形態１の図１で示した画像形成装置の本体構成と同じである。実施の形態１では、二次転写外ローラ１４に印加されるバイアスとして、ＡＴＶＣ制御、二次転写バイアス、クリーニング順バイアス・逆バイアスを印加しており、これらのバイアスが印加されないタイミングにおいては、高圧はオフとする制御を行っていた。

これに対して本実施の形態の画像形成装置においては、より確実に中間転写ベルト５からのトナー転着を防ぐため、図１４に示すような高圧の制御を行う。

すなわち、ＡＴＶＣ制御の直前、及びＡＴＶＣ制御と二次転写の間、及び二次転写の間、及び二次転写を終了してからクリーニング逆バイアスを印加する間に、それぞれ逆バイアスを印加するものである。

これらはいずれも意図しないトナー転着を防止するために印加する逆バイアスである。ＡＴＶＣ制御の直前に印加される逆バイアスは、ＡＴＶＣ制御を行う前にトナー汚れを除去しておくことで、より確実にトナー汚れを回避し、さらに正確に二次転写部Ｔ２のＩ−Ｖ特性を把握するために印加する逆バイアスである。また、ＡＴＶＣ制御後からクリーニング逆バイアスを印加するまでの、二次転写バイアスを印加しないタイミングで印加される逆バイアス（以下「紙間逆バイアス」という。）は、二次転写バイアスが印加される間のタイミングで転着したトナーが転写材Ｐの裏面に転着することを防止するものである。

本実施の形態の画像形成装置においても、逆バイアスは、順バイアスの積算電流量を参照して、その積算電流量が順バイアスの積算電流量の２５％を超えないように設定される。本実施の形態の画像形成装置においては、ＡＴＶＣ前クリーニングバイアスとして、温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境下において、二次転写外ローラ１４の１周にわたって−２ｋＶが印加され、このときの電流値が検知される。また、紙間逆バイアスとして、−５０Ｖが印加され、このときも電流値が検知される。

ＡＴＶＣ制御、及び二次転写バイアスについては、前述の実施の形態１と同じ方法で決定される。また、クリーニング順バイアスについては、ＡＴＶＣ制御時に印加される、３段階目の定電圧バイアスＶ３を印加する。

クリーニング逆バイアスについては、順バイアスの積算電流量を参照して、その積算電流量が順バイアスの積算電流量の２５％を超えないように、逆バイアスの積算電流量の絶対値を決定し、その範囲内でもっとも大きな電流量を印加する。

例えば、温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境下において、転写材Ｐとして２０枚のカラーレーザコピア用紙（Ａ４版）に対して、画像形成を行った。このとき、ＡＴＶＣ制御のために、３段階の順バイアスＶ１＝９００Ｖ、Ｖ２＝１５００Ｖ、Ｖ３＝２１００Ｖを印加する。このときのＡＴＶＣ検知電流はそれぞれ、９．１μＡ、１４．３μＡ、２０．１μＡであった。また。ＡＴＶＣ前クリーニングバイアスとして−２ｋＶ印加した際の検知電流は、−１９．３μＡ、紙間逆バイアスとして−５０Ｖ印加した際の検知電流は、−０．１μＡ、二次転写バイアス印加時の検知電流は２１．８μＡであった。なお、ＡＴＶＣ前クリーニングバイアスはローラ１周にわたって印加したため、ＡＴＶＣと同じく、０．５８秒印加された。一方、紙間逆バイアスとしては、ＡＴＶＣ制御終了後、最初の転写材Ｐに転写するまでの間に２秒、また２枚の転写材Ｐの間に０．２６秒、最後の転写材Ｐへの転写が終了後、クリーニング逆バイアスが印加されるまで１秒の間印加された。

このとき、順バイアスの積算電流量の絶対値は、
（９．１＋１４．３＋２０．１）×０．５８＋２１．８×２０×１．６２≒７３１．６（μＣ）である。

一方、クリーニング逆バイアス以外の逆バイアスとして印加された積算電流量の絶対値は、
１９．３×０．５８＋０．１×（２＋０．２６×１９＋１）＝１１．９８８（μＣ）である。

したがって、すべての逆バイアスの積算電流量の絶対値の上限は、
７３１．６×０．２５＝１８２．９（μＣ）であることから、
クリーニング逆バイアス単独での積算電流量の絶対値の上限は、
１８２．９−１１．９８８≒１７０．９（μＣ）である。

したがって、クリーニング逆バイアスの印加電流量の絶対値の上限は、
１７０．９／０．５８≒２９４．７（μＡ）である。

したがって、クリーニング逆バイアスとしては−３０μＡを印加することとし、ＡＴＶＣ制御でのＩ−Ｖ特性を参照して、定電圧バイアスで−３１３２Ｖを印加するように設定される。なお、このときの逆バイアスの積算電流量の絶対値は、順バイアスの積算電流量の４．０％となった。

以上のようにクリーニングバイアスを設定することで、転写材Ｐの裏面にトナー汚れが発生することはなかった。

本実施の形態の画像形成装置においても、上述のようなバイアスを行うことで、二次転写外ローラ１４のトナー汚れが良好に除去でき、転写材Ｐの裏汚れを有効に防止することができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態の画像形成装置の本体構成は、前述の実施の形態１の図１で示した画像形成装置の本体構成と同じである。実施の形態１，２においては、二次転写外ローラ１４に印加されるバイアスとして定電圧バイアスを印加していたが、本実施の形態の画像形成装置においては、定電流バイアスを印加する。

本実施の形態の画像形成装置においては、ＡＴＶＣ制御を行う必要がないため、二次転写外ローラ１４に印加されるバイアスとしては、図１５に示すようになる。すなわち、二次転写を行う前に、二次転写前クリーニングバイアスを、また二次転写終了後に、クリーニング逆バイアス・順バイアスを定電流バイアスにて印加する。

本実施の形態の画像形成装置においては、カラーレーザコピア用紙のような普通紙用の二次転写バイアスとして、温度２３℃、相対湿度５０％Ｒｈの環境において、２０μＡを印加している。また、二次転写前クリーニングバイアスとして、−１０μＡを印加しており、紙間逆バイアスとして−０．３μＡを印加している。

このとき、Ａ４版のカラーレーザコピア用紙１枚に画像形成を行う際に、印加される順バイアスの積算電流量の絶対値は、
２０×１．６２×１＝３２．４（μＣ）である。

一方で、紙間逆バイアス及び二次転写前クリーニングバイアスで印加される積算電流量の絶対値は、
１０×０．５８＋０．３×（２＋１）＝６．７（μＣ）であるから、
クリーニング逆バイアスによって印加できる積算電流量の最大値は、
３２．４×０．２５−６．７＝１．４（μＣ）となる。

したがって、クリーニング逆バイアスとして、
１．４／０．５８≒２．４（μＡ）を、
二次転写外ローラ１４の１周にわたって印加するよう、設定する。このときも、転写材Ｐの裏面にトナー汚れが発生することはなかった。

上述のように、クリーニング逆バイアスの電流量を設定することで、定電流制御を行っている二次転写部Ｔ２においても、二次転写外ローラ１４のトナー汚れに起因する転写材Ｐの裏面汚れを有効に回避できる画像形成装置を提供することができる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態の画像形成装置の本体構成は、前述の実施の形態１の図１で示した画像形成装置の本体構成と同じである。実施の形態１〜３においては、クリーニングバイアスのうち、クリーニング逆バイアス（第一バイアス）のみ印加バイアス量、及び印加時間の調整を行ったが、本実施の形態では、クリーニング正バイアス（第二バイアス）についても、印加時間の可変制御を行う。

クリーニング正バイアスを印加することによって、本来の帯電極性とは逆極性に帯電したトナーの除去を行っている。このような、本来の帯電極性とは逆極性に帯電したトナーが中間転写ベルト５上に付着している場合には、図１６に示すような、紙間逆バイアスを印加している際にもトナーが二次転写外ローラ１４に付着してしまうため、クリーニング正バイアスについても適正なバイアスを印加する必要がある。

これに対し、逆バイアスの積算電流量が、正バイアスの積算電流量の２５％を超えない範囲で、クリーニング正バイアスを印加するように調整を行う。

本実施の形態の画像形成装置においては、カラーレーザコピア用紙のような普通紙用の二次転写バイアスとして、温度２３℃、湿度５０％Ｒｈの環境下において、２０μＡを印加しており、二次転写前クリーニングバイアスとして−１０μＡ、紙間逆バイアスとして−０．３μＡを印加している。

このとき、Ａ４版のカラーレーザコピア用紙３０枚に画像形成を行う際に、印加される順バイアス（第二バイアス）の積算電流量の絶対値は、
２０×１．６２×３０＝９７２（μＣ）である（第二積算部）。
一方、紙間逆バイアス及び二次転写前クリーニングバイアスで印加される積算電流量（第一バイアスによる）の絶対値は、
１０×０．５８＋０．３×３１＝１５．１（μＣ）である（第一積算部）。

このとき、クリーニング正バイアスとして、１０μＡを印加し、その印加時間を可変制御とする。すなわち、クリーニング正バイアスとして、１０μＡをローラＮ周にわたって印加する一方で、クリーニング逆バイアスとして、Ｚ（μＡ）をローラ１周にわたって印加する。

また、このときの変数Ｎは３を超えない整数とする。すなわち、生産性を必要以上に落とさないために３周を超えた正バイアスクリーニングは行わないものとする。一方、クリーニング逆バイアスとしては、Ｚ≦３０（μＡ）を上限とする。

以上の条件に従って、以下の不等式、
１５．１＋Ｚ×０．５８＜０．２５×（９７２＋１０×Ｎ）
を満たすＺ、Ｎの組み合わせを算出し、この中でも最もＺ及びＮが大きくなる組み合わせを採用する。

本実施の形態では、Ｚ＝３０、Ｎ＝３を採用した。すなわち、クリーニング逆バイアスとして、３０μＡをローラ１周、クリーニング正バイアスとして、１０μＡをローラ３周にわたって印加した。このときも、転写材Ｐの裏面にトナー汚れが発生することはなかった。

上記のように、クリーニングバイアスの、正バイアス及び逆バイアスについても印加時間及び印加電流量を規定することで、二次転写外ローラ１４のトナー汚れに起因する転写材Ｐの裏面汚れを有効に回避することのできる画像形成装置を提供することができる。

＜実施の形態５＞
本実施の形態の画像形成装置の本体構成は、前述の実施の形態１の図１で示した画像形成装置の本体構成と同じである。実施の形態４においては、クリーニングバイアスのうち、正バイアスの印加時間の可変制御を行ったが、本実施の形態では、図１７に示すように、クリーニング正バイアスの印加電流量の可変制御を行う。

本実施の形態においては、クリーニング正バイアスはローラ１周に限って印加するが、印加電流量は可変制御とし、上限値を３０μＡに設定することで、逆バイアスの積算電流量が順バイアスの積算電流量の２５％を超えない範囲で設定することで、本来の帯電極性と逆極性に帯電したトナーの清掃を確実に行うことが可能である。

上述の実施の形態１〜５においては、像担持体としての中間転写体が中間転写ベルト５である場合を例に説明したが、これに中間転写ベルト５に代えて、ドラム状の中間転写ドラムを使用した場合にも本発明を適用することができ、この場合も同様の効果をあげることができる。

また、上記実施の形態１〜５においては、像担持体としての中間転写体から転写材への転写を行う装置構成において説明を行ったが、像担持体としての感光ドラムから転写材に対して転写を行う装置においても本発明を適用することができ、この場合も同様の効果をあげることができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。 二次転写ローラ対（二次転写内ローラと二次転写外ローラ）との間の二次転写部に、転写ローラ対の長さとほぼ同じ全幅の転写材が挟持されている状態を示す図である。 実施の形態１において、定電圧電源に印加される二次転写バイアスの概念を説明する図である。 二次転写ローラ対（二次転写内ローラと二次転写外ローラ）との間の二次転写部に、転写ローラ対の長さよりも幅の狭い転写材が挟持されている状態を示す図である。 イオン伝導性を示す二次転写外ローラの抵抗値の、温度に対する環境変動を説明するための図である。 イオン伝導性を示す二次転写外ローラの抵抗値の、経時変動を説明するための図である。 ＡＴＶＣ制御の動作の概略を説明するための図である。 １枚のみの転写材Ｐに対して画像形成動作を行う際の、二次転写外ローラに対して印加されるバイアスを説明するための図である。 複数枚の転写材Ｐに対して画像形成動作を行う際の、二次転写外ローラに対して印加されるバイアスを説明するための図である。 画像形成された転写材の枚数と、二次転写外ローラに付着したトナーの付着トナー量との関係を示す図である。 二次転写部において印加されるバイアスを説明する図である。 逆バイアス電流量と、二次転写外ローラの付着残トナー量との関係を示す図である。 逆バイアスの電流量、印加時間、逆バイアスの総電流量、逆バイアス総電流量／順バイアスの総電流量、二次転写ローラ残トナー量の関係を示す図である。 実施の形態２において、二次転写部に印加されるバイアスを説明する図である。 実施の形態３において、二次転写部に印加されるバイアスを説明する図である。 実施の形態４において、二次転写部に印加されるバイアスを説明する図である。 実施の形態５において、二次転写部に印加されるバイアスを説明する図である。 従来の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ
像担持体（感光体、感光ドラム）
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ
帯電手段（帯電ローラ）
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ
露光手段（露光装置）
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ
現像手段（現像装置）
５ 中間転写体（中間転写ベルト）
６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ
一次転写手段（一次転写ローラ）
７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ
クリーニング手段（クリーニング装置）
１４ 二次転写手段（転写部材、二次転写外ローラ）
２０ 二次転写手段（転写バイアス印加電源）
３０ 制御手段（積算電流検知手段）
４０ 電流検知手段
Ｐ 転写材
Ｔ２ 二次転写部

Claims (4)

1. 像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、電圧が印加されることで前記像担持体上のトナー像を記録材上に転写する転写部材と、前記転写部材にトナーの正規の帯電極性と同極性の第一バイアスとトナーの正規の帯電極性と逆極性の第二バイアスとを選択的に印加するバイアス印加手段と、前記バイアス印加手段を制御する制御手段と、一連の連続した画像形成動作の工程における記録材への連続画像形成終了後に予め設定された電圧値の前記第一バイアスを印加することで前記転写部材をクリーニングする第一クリーニングモードと前記第一クリーニングモードの実行後に予め設定された電圧値の前記第二バイアスを印加することで前記転写部材をクリーニングする第二クリーニングモードとを実行する実行部と、前記工程の開始から前記第一クリーニングモードの動作終了までの前記第一バイアスの印加時の電流量を積算する第一積算部と、
   前記工程の開始から前記第一クリーニングモードを開始するまでの前記第二バイアスの印加時の電流量を積算する第二積算部と、を有し、一連の連続した画像形成動作の工程において少なくとも記録材間では前記転写部材には前記第一バイアスが印加されている画像形成装置において、
   前記第一積算部で積算された電流量が、前記第二積算部で積算された電流量と前記第二クリーニングモード実行時に前記第二バイアスの印加時の電流量との合計に対して所定の比率未満となるように前記第二クリーニングモードの実行時間が決定され、その実行時間の前記第二クリーニングモードが一連の連続した画像形成動作の工程の最後に行われることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記実行時間の上限値が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第一クリーニングモードでは前記転写部材の一周分以上行われることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. 前記記録材間で前記転写部材に印加される前記第一バイアスの電圧値は、前記第一クリーニングモードの前記第一バイアスの電圧値よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。

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