JP4774992B2 - 画像形成装置および画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および画像形成装置の制御方法に関する。

像担持体上に形成したトナー画像を、転写ローラの静電気力で被転写媒体に転写する画像形成装置では、適切な転写を行うために、転写ローラの静電気力を一定に保つ必要がある。転写ローラに用いられる導電性樹脂などは、雰囲気の温度や湿度で導電抵抗が変化するため、従来の画像形成装置では、起動時および所定の時間間隔や印刷枚数ごと、或いは、機内環境の変化を検出した際は、非画像形成時に転写ローラに定電流電源で一定の電流を流し、その電圧降下を測定することで、転写ローラの電気抵抗を確認し、所定の静電気力を与えることができる印加電圧（バイアス）を設定する印加電圧決定制御（Automatic Transfer Voltage ControlやProgrammable Transfer Voltage Control）を行っている。

転写品質を良好に維持しようとすれば、印加電圧決定制御の回数が多くなり、画像形成可能な処理量が低下するだけでなく、印加電圧決定制御時の動作によって装置の寿命を縮めるという問題がある。

特許文献１では、転写ローラの電気抵抗の変化と雰囲気の絶対湿度（絶対水分量）との相関関係が高いことに着目し、画像形成装置の起動時に印加電圧決定制御を行い、雰囲気の絶対湿度によって起動時の印加電圧決定制御により算出した印加電圧を補正する発明が記載されている。しかしながら、絶対湿度が一定であっても、雰囲気温度が変わると転写ローラの電気抵抗が変化する場合がある。
特開２００３−５７９６８号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、雰囲気の温度や湿度が変化しても、できるだけ印加電圧決定制御を行わずに、転写ローラに印加する電圧を適切に持つことができる画像形成装置および画像形成装置の制御方法を提供することを課題とする。

前記問題点に鑑みて、本発明による画像形成装置は、トナー画像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成したトナー画像を静電気力で被転写媒体に転写する転写ローラと、雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、雰囲気の絶対湿度を検出する絶対湿度検出手段とを備えた画像形成装置であって、前記画像形成装置が、非画像形成時に前記転写ローラに電流を流して前記転写ローラの電気特性を測定する印加電圧決定制御を行い、前記印加電圧決定制御により測定した前記転写ローラの電気特性とともに、前記印加電圧決定制御の際の雰囲気の温度および絶対湿度を記憶し、画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内であれば、現在の雰囲気の温度と、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性および雰囲気の温度とに基づいて前記転写ローラに印加する電圧を決定し、画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内でなければ、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定するものとする。

この構成によれば、雰囲気の絶対湿度および温度の変化に応じて、転写ローラに印加する電圧を決定するので、頻繁な印加電圧決定制御を行わなくても、転写に係る静電気力を適切な強さに維持することができる。

また、本発明の画像形成装置において、起動時に前記印加電圧決定制御を行い、前記絶対湿度検出手段が検出した絶対湿度を複数の湿度レベルのいずれかに区分し、画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと異なる場合には、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行い、画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと同じ場合には、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性をその際の雰囲気温度と現在の雰囲気温度とによって補正した値を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行ってもよい。

この構成によれば、絶対湿度を複数の湿度レベルに区分することで、各湿度レベルごとに、印加電圧を雰囲気温度の変化量で補正する適切な近似式を設定して、転写に係る静電気力を許容範囲内に収めることができる。また、湿度レベルが変化したときには、新たに印加電圧決定制御を行うので、適切な静電気力を新たに設定できる。このように、最低限度の印加電圧決定制御を行って静電気力を適切に保つことで、画像の品質を維持しながら稼働率を高めることができる。

また、本発明の画像形成装置において、前記像担持体は、感光体または中間転写体であってもよく、前記転写媒体は、中間転写体であってもよい。また、前記転写ローラは、イオン導電性の外表面を有してもよい。

また、本発明によれば、トナー画像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成したトナー画像を静電気力で被転写媒体に転写する転写ローラと、雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、雰囲気の絶対湿度を検出する絶対湿度検出手段とを備える画像形成装置の制御方法は、非画像形成時に前記転写ローラに電流を流して前記転写ローラの電気特性を測定する印加電圧決定制御を行い、前記印加電圧決定制御により測定した前記転写ローラの電気特性とともに、前記印加電圧決定制御の際の雰囲気の温度および絶対湿度を記憶し、画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内であれば、現在の雰囲気の温度と、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性および雰囲気の温度とに基づいて前記転写ローラに印加する電圧を決定し、画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内でなければ、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定する方法とする。

この方法によれば、できるだけ印加電圧決定制御を行わず、雰囲気の温度や湿度を基にして印加電圧を補正するので、転写にかかる静電気力を適切な範囲内に保つことができる。

以上のように、本発明の画像形成装置は、雰囲気の温度と絶対湿度とを基にして、転写ローラの印加電圧を定めるので、画像形成装置の転写にかかる静電気力を適正に保つことができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明による画像形成装置の一つの実施形態であるタンデム型カラーディジタル複写機１を示す。複写機１は、原稿画像を読み取るイメージリーダ部２と、イメージリーダ部２が読み取った画像データを処理する制御部３と、制御部３が処理した画像データを基に、記録シート（被転写媒体）Ｓ上に画像をプリント（画像形成）するプリンタ部４とからなる。

イメージリーダ部２は、ＣＣＤセンサによって、原稿画像を、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三色に分解して読み取り、電気信号に変換する公知のスキャナを有する。また、イメージリーダ部２は、ユーザインターフェイスであり、表示装置と操作釦とを有するパネル部５を備える。

制御部３は、イメージリーダ部２が読み取ったＲ，Ｇ，Ｂの画像データを処理し、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）の４色の画像データに変換する。Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｂの各画像データは、制御部３に設けた画像メモリ６に格納される。

プリンタ部４は、メモリ６からＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの画像データを、それぞれ、１走査ラインごとに読み出して、作像部７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋで各色のトナー画像を形成し、１次転写ローラ８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋで中間転写ベルト（像担持体、被転写媒体または中間転写体）９に１次転写する。中間転写ベルト９に転写されたトナー画像は、給紙部１０から供給された記録シートＳに、２次転写ローラ１１によって２次転写され、定着器１２で熱によって記録シートＳに定着される。

作像部７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋは、それぞれ、感光体（像担持体）１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋと、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋを帯電させる帯電器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋと、レーザダイオードが発生するレーザ光線によって感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋを露光して、選択的に除電することで静電潜像を形成する露光器１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋと、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに形成した静電潜像にトナーを供給する現像器１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋと、１次転写後に感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに残留するトナーを取り除くクリーナ１７Ｙ，１７Ｍ，１７Ｃ，１７Ｋとを有する。

中間転写ベルト９は、駆動ローラ１８と従動ローラ１９との間に掛け渡され、テンションばね２０によって張力が与えられ、矢印方向に回動させられる。

記録シートＳは、給紙部１０から給紙ローラ２１によって一枚ずつ取り出され、シート検出センサ２２で先端位置を検出されて、中間転写ベルト９の回動にタイミングを合わせて、レジストローラ２３によって、中間転写ベルト９と２次転写ローラ１１との間に送り込まれる。

プリンタ部４は、さらに、２次転写ローラ１１によって記録シートＳに転写できずに中間転写ベルト９に残留するトナーを掻き落とすベルトクリーナ２４を有する。ベルトクリーナ２４は、中間転写ベルト９から掻き落としたトナーをスクリュ２５で送り出し、ジョイント２６を介して廃トナーボックス２７に貯蔵する。

また、プリンタ部４は、機内の環境を検出するセンサ、つまり、トナー画像を転写する部位の雰囲気の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）２８と、トナー画像を転写する部位の雰囲気の絶対湿度を検出する湿度センサ（絶対湿度検出手段）２９とを有している。

１次転写ローラ８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋには、印加電圧（バイアス電圧）が印加され、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋに画像を形成しているトナーを吸引することで、トナー画像を中間転写ベルト９に転写させる。また、２次転写ローラ１１も、同様に、印加電圧が印加されて、静電気力によって中間転写ベルト９上のトナー画像を吸引して記録シートＳに転写させる。この２次転写ローラ１１は、記録シートＳに当接する外表面がイオン導電性のＮＢＲで形成されている。

図２に、２次転写ローラ１１に印加電圧を印加する回路の構成を示す。印加電圧は、転写高圧電源３０によって２次転写ローラ１１に印加され、駆動ローラ１８を接地することで基準電位を定めている。転写高圧電源３０の出力電圧は、不図示のコントローラが出力するディジタル信号ＨＶｉｎをＤ／Ａコンバータ３１でアナログ信号に変換して転写高圧電源３０に入力することで決定される。また、転写高圧電源３０は、定電流発生装置としても使用可能であり、定電流出力時の電圧降下Ｖ_０を電圧降下検出回路３２で検出し、Ａ／Ｄコンバータ３３で電圧降下Ｖ_０をディジタル変換したディジタル信号ＨＶｏｕｔをコントローラに出力できるようになっている。

複写機１のプリンタ部４は、２次転写ローラ１１によるトナー画像の転写を最適化するために印加電圧決定制御を行う。この印加電圧決定制御は、転写高圧電源３０を定電流装置として使用し、２次転写ローラ１１に所定の電流を通電させ、２次転写ローラ１１における電圧降下Ｖ_０を測定することで、２次転写ローラ１１の抵抗値を算定し、２次転写時の２次転写ローラ１１表面の電流（電荷量）を適正量に維持することができる印加電圧ＶＴを決定する処理である。

プリンタ部４は、印加電圧決定制御時に温度センサ２８が検出した雰囲気の温度Ｔ_０と、湿度センサ２９が検出した雰囲気の絶対湿度とを記憶する。その際、絶対湿度は、図３に示すような湿度レベルに区分して、そのときの湿度レベルが記憶される。

図４に、印加電圧決定制御の際に、２次転写ローラ１１に定電流を通電した時の電圧降下の、雰囲気の温度および絶対湿度の違いによる変化を示す。２次転写ローラ１１のイオン導電性樹脂は、低湿度ほど電圧降下が小さく、つまり、抵抗値が小さい。また、２次転写ローラ１１での電圧降下は、絶対湿度が高い場合は、温度に依存しないが、絶対湿度が低くなると温度が高くなるほど電圧降下が小さくなる。

図５に示すように、図４のような雰囲気の温度や絶対湿度による２次転写ローラ１１での電圧降下Ｖ_０の変化に比べると、製造ロットの違いなどによる個体差は、殆ど無視できるものである。

図６に、プリンタ部４の画像形成（プリント）動作の流れを示し、その制御について詳しく説明する。
複写機１の電源を入れると、先ず、プリンタ部４は、ステップＳ１において印加電圧決定制御を行い、そのときの雰囲気の温度および湿度レベルを記憶する。そして、ステップＳ２で制御部３からの印刷指示を待ち、印刷指示を受けたなら、ステップＳ３において、湿度センサ２９が検出した現在の雰囲気の湿度レベルと、直近の印加電圧決定制御時に記憶した湿度レベルとを比較する。

ステップＳ３で、現在の湿度レベルと直近の印加電圧決定制御時の湿度レベルとが同じであれば、ステップＳ４に進んで、改めて印加電圧決定制御を行うことなく、図７に示すように、直近の印加電圧決定制御において検出した電圧降下Ｖ_０を現在の温度Ｔ_１で補正し、算定電圧降下Ｖ_１を算出する。そして、この算定電圧降下Ｖ_１に基づいて印加電圧ＶＴを定める。印加電圧ＶＴは、図８に示すように、湿度レベルに応じて算定電圧降下Ｖ_１によって定める。

印加電圧ＶＴを定めたら、ステップＳ５において、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋにトナー画像を形成し、中間転写ベルト９に１次転写し、記録シートＳに２次転写して定着器１２で定着させる一連のプリント動作（画像形成動作）を行い、ステップＳ２の待機状態に戻る。

一方、ステップＳ３で、現在の湿度レベルと直近の印加電圧決定制御時の湿度レベルとが異なっていれば、つまり、直近の印加電圧決定制御時から雰囲気の湿度レベルが変化していれば、ステップＳ６に進んで、改めて印加電圧決定制御を行い、印加電圧ＶＴを定め、ステップＳ５に進んでプリント動作を行う。

このように、本実施形態の複写機は、湿度レベルが変化しない限り、印加電圧決定制御を行わず、温度補正によって適切な印加電圧ＶＴが求められなくなるような湿度レベルの変化があったときだけ、印加電圧決定制御を行う。これによって、常に２次転写ローラ１１の帯電量を適正な量に維持しながら、プリント可能時間（実稼働可能時間）が長く、無駄なエネルギー消費や装置の摩耗がない。

本実施形態では、ステップＳ５のプリント動作の度に、ステップＳ３において湿度レベルの変化を確認しているが、所定のプリント枚数ごと、或いは、所定の時間経過ごとに湿度レベルを確認してもよい。

本発明は、２次転写だけでなく、感光体１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋから１次転写ローラ８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋによる中間転写ベルト９への１次転写における、１次転写ローラ８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋの静電気力を適正に保つためにも適用できる。

中間転写ベルト９に代えて円筒形の中間転写体を用いてもよい。

また、２次転写ローラ１１（１次転写ローラ８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋも同様）は、ＮＢＲに限らず、表面がイオン導電性のウレタンゴムやヒドリンゴムなどで形成されてもよい。

前記実施形態では、絶対湿度を５つのレベルに区分しているが、より多くのレベルに区分してもよく、絶対湿度の値を直接記憶し、テーブルや関係式によって湿度レベルの変化を判断してもよい。

また、印加電圧決定制御は、非画像形成時に所定の電圧を印加して電流値を測定することによって適切な印加電圧を求めるものであってもよい。

本発明の実施形態の複写機の概略図。 図１の複写機の２次転写の印加電圧を印加する回路の構成図。 図１の複写機における絶対湿度の湿度レベル区分表。 図１の２次転写ローラの電圧降下の変化を示すグラフ。 図１の２次転写ローラの抵抗のロット差を示すグラフ。 図１の複写機におけるプリントと印加電圧決定制御との流れ図。 図１の複写機における算定電圧降下の算出テーブル。 図１の複写機における印加電圧の算出テーブル。

符号の説明

１ 複写機（画像形成装置）
９ 中間転写ベルト（像担持体）
１１ ２次転写ローラ
２８ 温度センサ（温度検出手段）
２９ 湿度センサ（絶対湿度検出手段）
Ｖ_０ 電圧降下（電気特性）
Ｖ_１ 算定電圧降下
ＶＴ 印加電圧（バイアス電圧）
Ｔ_０ 記憶している温度
Ｔ_１ 現在の温度
Ｓ 記録シート（被転写媒体）

Claims (7)

1. トナー画像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に形成したトナー画像を静電気力で被転写媒体に転写する転写ローラと、
   雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、
   雰囲気の絶対湿度を検出する絶対湿度検出手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記画像形成装置が、
   非画像形成時に前記転写ローラに電流を流して前記転写ローラの電気特性を測定する印加電圧決定制御を行い、
   前記印加電圧決定制御により測定した前記転写ローラの電気特性とともに、前記印加電圧決定制御の際の雰囲気の温度および絶対湿度を記憶し、
   画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内であれば、現在の雰囲気の温度と、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性および雰囲気の温度とに基づいて前記転写ローラに印加する電圧を決定し、
   画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内でなければ、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成装置が、
   起動時に前記印加電圧決定制御を行い、
   前記絶対湿度検出手段が検出した絶対湿度を複数の湿度レベルのいずれかに区分し、
   画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと異なる場合には、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行い、
   画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと同じ場合には、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性をその際の雰囲気温度と現在の雰囲気温度とによって補正した値を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体は、感光体または中間転写体であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記被転写媒体は、中間転写体であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記転写ローラは、イオン導電性の外表面を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. トナー画像が形成される像担持体と、前記像担持体に形成したトナー画像を静電気力で被転写媒体に転写する転写ローラと、雰囲気の温度を検出する温度検出手段と、雰囲気の絶対湿度を検出する絶対湿度検出手段とを備える画像形成装置の制御方法であって、
   非画像形成時に前記転写ローラに電流を流して前記転写ローラの電気特性を測定する印加電圧決定制御を行い、
   前記印加電圧決定制御により測定した前記転写ローラの電気特性とともに、前記印加電圧決定制御の際の雰囲気の温度および絶対湿度を記憶し、
   画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内であれば、現在の雰囲気の温度と、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性および雰囲気の温度とに基づいて前記転写ローラに印加する電圧を決定し、
   画像形成時に、雰囲気の絶対湿度が所定の範囲内でなければ、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
7. 起動時に前記印加電圧決定制御を行い、
   前記絶対湿度検出手段が検出した絶対湿度を複数の湿度レベルのいずれかに区分し、
   画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと異なる場合には、再度、前記印加電圧決定制御を行って測定した前記転写ローラの電気特性を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行い、
   画像形成時の前記湿度レベルが直前の前記印加電圧決定制御時の湿度レベルと同じ場合には、直前の前記印加電圧決定制御時の前記転写ローラの電気特性をその際の雰囲気温度と現在の雰囲気温度とによって補正した値を基に前記転写ローラに印加する電圧を決定して前記トナー画像の転写を行うことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置の制御方法。

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