JP6779746B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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として、中間転写体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（現像剤像）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、中間転写体上に転写する。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、中間転写体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、中間転写体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。続けて、静電クリーニング工程として、２次転写工程後の中間転写体上の残留トナー（以下、２次転写残トナー）は、まず電圧印加される静電クリーニング部材を通過する際に均一な帯電が行われる。そして、１次転写工程時に感光ドラムに逆転写され、感光ドラムのクリーニング手段により回収される。一方、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、低コスト化のため上記１次転写部材に印加する電圧電源をなくし、その代わりに、中間転写体とアースの間に、電圧維持素子としてのツェナーダイオードを備える回路を設ける構成が開示されている。本構成によると、２次転写部材や静電クリーニング部材から中間転写体を介して対向ローラに供給される電流により発生するツェナーダイオードの降伏電圧が、対向ローラ及び１次転写部材に印加される。

特開２０１３−２３１９４２号公報

一般的に特許文献１のような構成で、ツェナーダイオードが降伏電圧を維持している状態において、２次転写部材と静電クリーニング部材から対向ローラに供給される電流の総和は、１次転写電流とツェナーダイオードに流れる電流の総和と略等しい。つまり、１次転写部及び、対向ローラの電位を安定させる条件は、降伏電圧における１次転写電流に対して対向ローラにより多くの電流を供給することである。

しかしながら、対向ローラに多くの電流を供給できるか否かは、２次転写部材と静電クリーニング部材の各々に印加される電圧極性の組合せによる。例えば、上記両部材の電圧極性がともに同極性の場合は、両部材から同極性の電流が供給されるため対向ローラに多くの電流を供給することは容易である。一方で両部材の電圧極性が異なる場合、各々の部材から供給される電流の極性が異なり一部相殺されるため対向ローラに多くの電流を供給することが困難である。つまり対向ローラの電位を安定的に維持することが困難となる。

両部材の電圧極性が異なる一例としては、画像形成動作後のトナー吐出し工程が挙げられる。本工程では、１次転写部の電圧は、通過中の２次転写残トナーを回収するために正極性に、２次転写部の電圧は、１次転写部の電位を補助するために正極性にされる。また、静電クリーニング部は、ジョブラスト画像の２次転写残トナー通過直後に部材に付着し
たトナーを静電的に吐き出すために正極性から負極性に電圧を切替える。このような場合に対向ローラの電位が不安定になると所望の負極性の電圧に対して電位差を確保できなくなり部材のトナー吐出しが不十分となる。こうした状態が続くと部材の帯電性能低下や抵抗上昇を招きその結果クリーニング不良が発生する場合がある。

本発明の目的は、現像剤を各部材間で移動させるための各部材間の電位差を安定的に形成することができる技術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において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、
大きさが可変の制御信号を出力する制御部と、
前記ベルトに接触する接触部材と、
前記接触部材に接続された電圧調整部材を有し、前記電圧調整部材を用いて前記複数の電流供給部材から前記ベルトを介して前記接触部材に流れる電流を調整することで、前記接触部材の電位を調整する電圧調整部と、
を備え、
前記複数の電流供給部材からそれぞれ前記ベルトへ供給される電流の量を合算した合算電流量の大きさが異なる複数の動作を実行する画像形成装置において、
前記電圧調整部は、前記接触部材に流れる電流の調整によって形成可能な前記接触部材の電位の上限値を、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変更可能に構成されており、
前記制御部は、前記上限値が、実行されている前記動作における前記合算電流量が前記接触部材の電位を前記上限値で維持するのに必要な電流量を超えることになる大きさとなるように、前記制御信号の大きさを変更することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤を各部材間で移動させるための各部材間の電位差を安定的に形成することができる。

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における１次転写部の回路の説明図 実施例１の低温低湿環境下の供給電流と２次転写対向ローラ電位の関係図 比較例の制御を説明するシーケンス図 実施例１におけるブラシの電圧と電流の関係の説明図 比較例の制御における問題点の説明図 実施例１の制御を説明するシーケンス図 実施例１の供給電流と２次転写対向ローラの電位の関係変化の説明図 実施例１と比較例の効果を比較した図 実施例２の画像形成装置の説明図 実施例２における１次転写部の回路の説明図 実施例２の低温低湿環境下の供給電流と２次転写対向ローラ電位の関係図 実施例２の制御を説明するシーケンス図 実施例２の供給電流と２次転写対向ローラの電位の関係変化の説明図

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設けてい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では同じであり、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部材である。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と、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、及び２次転写対向ローラ１３とで張架される。そして、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。また、感光ドラム１ａの対向位置に、中間転写ベルト１０を介して１次転写部材としての１次転写ローラ１４ａが配置されている。１次転写ローラ１４ａは、中間転写ベルト１０を挟持する形で、感光ドラム１ａに対し所定の押圧力で当接し、また、回転する中間転写ベルト１０に対して従動して回転する。

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、１次転写ニップを通過する過程で、中間転写ベルト１０の上に転写される（１次転写）。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）。その後、４色のトナー像を担持した記録材Ｐは定着器３０に導入され、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、帯電部材としてのクリーニングブラシ（以下、ブラシ）１７により均一に散らされ電荷が付与される。ブラシ１７により電荷が付与された２次転写残トナーは、本実施例では第１ステーションの感光ドラム１ａに逆転写される。中間転写ベルト１０から逆転写された感光ドラム１ａに付着した２次転写残トナーは、クリーニング装置５ａによって感光ドラム１ａから除去され、回収される。以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。

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、クリーニング制御部１０７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、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、２次転写電源２１を制御し、不図示の電流検出回路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。クリーニング制御部１０７も同様に、クリーニング電源１８から出力する電圧を制御する。また、１次転写制御部は、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。コントローラ１００は、ホストコンピュータ（不図示）から画像情報と印字命令を受信すると、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。

以下、本実施例の転写部材の構成と電位生成回路について説明する。
・中間転写ベルト１０
本実施例で使用した中間転写ベルト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ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）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、抵抗値の周方向のムラ等が良いのが特徴である。本実施例では、基層の抵抗としては、体積抵抗率で１×１０^８Ω・ｃｍ以下のものを使用した。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、本実施例では中間転写ベルト１０は、２層構成であり、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、更には３層以上の構成でも可能である。

また、本実施例では、中間転写ベルト１０の材料としてＰＥＮ樹脂を使用したものの、他の材料でもよい。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
ロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、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）等の材料及びこれらの混合樹脂を使用しても良い。

・１次転写ローラ１４
１次転写部材としての１次転写ローラ１４は、外形６ｍｍのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗１０^６Ω・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のものを用いている。また、１次転写ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに対して１０Ｎの加圧力で当接し、１次転写ニップを形成している。

・２次転写ローラ２０
本実施例における２次転写ローラ２０は、本発明における２次転写部材であるとともに、中間転写ベルト１０の回転方向において感光ドラム１とは異なる位置で中間転写ベルト１０に接触し、該接触部に電流を供給する第１の電流供給部材でもある。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次転写しているときに２次転写電圧供給手段としての２次転写電源２１（高圧電源）により電圧が印加される。２次転写ローラ２０には２次転写電源２１から、−１．５〜＋６．０ｋＶの電圧印加が可能となっている。

・ブラシ１７
帯電部材であるとともに第２の電流供給部材としてのブラシ１７は、１×１０^６〜１×１０^９Ωｃｍの導電性を有するナイロン製の繊維から構成されたブラシを用いており、固定配置されている。ブラシ１７にはクリーニング電圧供給手段としてのクリーニング電源１８（高圧電源）が接続されており−１．５〜＋４．０ｋＶの電圧印加が可能となっている。

・電位生成回路
図１に示すように、本実施例では、中間転写ベルト１０を張架する２次転写対向ローラ１３と、１次転写ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、アースとの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を接続している。各感光ドラム１ａ〜１ｄ上のトナーを中間転写ベルト１０上へ移動させる一次転写を行うための１次転写電圧は、２次転写電源２１及びクリーニング電源１８から出力される電圧を元に、電圧調整部としての電圧調整回路１５によって調整されて生成される。すなわち、電圧調整回路１５は、２次転写電源２１から２次転写ローラ２０を介して中間転写ベルト１０に印加される電圧と、クリーニング電源１８からブラシ１７を介して中間転写ベルト１０に印加される電圧と、を調整して１次転写電圧を生成する。ここで、接触部材としての２次転写対向ローラ１３の電位は、１次転写電圧と同電位である。ここで生成された１次転写電圧は、１次転写ローラ１４を介して中間転写ベルト１０の表面電位を形成する。すなわち、電圧調整回路１５によって所望の大きさに調整された１次転写電圧の印加により、中間転写ベルト１０の表面電位は所望の１次転写電位となる。そして、その１次転写電位と各感光ドラム１ａ〜１ｄの表面電位との電位差（転写コントラスト）によって、１次転写が行われる。

図３を参照して、電圧調整手段の制御について説明する。図３は、本発明の実施例１における１次転写部の回路構成を説明する図である。まず、２次転写電源２１とクリーニン
グ電源１８により電圧が出力されることにより、２次転写ローラ２０とブラシ１７から、中間転写ベルト１０、２次転写対向ローラ１３を介して電圧調整回路１５へ電流が流れる。電圧調整回路１５は、２次転写対向ローラ１３及び各１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄを介して中間転写ベルト１０に電気的に接続されるとともに、制御部としてのコントローラ１００から制御信号としてＰＷＭ信号が入力される。電圧調整回路１５は、入力されるＰＷＭ信号の大きさ、すなわち、オンデューティ比の大きさに応じて、電流供給部材としての２次転写ローラ２０及びブラシ１７から中間転写ベルト１０へ流れる電流の大きさを変化させることができるように構成されている。つまり、コントローラ１００がＰＷＭ信号のオンデューティ比を制御することで、２次転写ローラ２０及びブラシ１７から中間転写ベルト１０へ流れる電流の大きさが制御される。その結果、その電流によって形成される１次転写電圧Ｖｔ１（図３のＡ点とアースの間の電位差）が制御される。

図３におけるＡ点とアースとの間の電位差である１次転写電圧Ｖｔ１は、電圧調整回路１５が接続された２次転写対向ローラ１３及び各１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄ（の表面）とアースとの間の電位差である。この電位差は、電圧調整回路１５におけるトランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧に相当する。そして、２次転写対向ローラ１３及び各１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄの表面に巻き付けられた中間転写ベルト１０の表面電位は、２次転写対向ローラ１３及び各１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄの表面電位と略同電位となる。トランジスタＱ１のコレクタエミッタ間電圧は、トランジスタＱ１のコレクタ電流が制御されることで制御される。つまり、コレクタ電流の制御によって、１次転写電圧Ｖｔ１、すなわち、中間転写ベルト１０の表面電位が制御されることになる。２次転写電圧Ｖとクリーニング電圧が印加されることによって生成される電流は、トランジスタＱ１のベース端子に電圧が印加されることで、コレクタ電流としてトランジスタＱ１内を流れる。

コレクタ電流を制御すべくトランジスタＱ１のベース端子に入力される電圧は、オペアンプＩＣ１の出力電圧である。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（制御信号により生成される制御電圧）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。上述したように、トランジスタＱ１のベース端子に電圧がかかることで２次転写電圧とクリーニング電圧による電流が流れ、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Ｒ５、Ｒ６で分圧され、その結果得られる電圧が、モニタ電圧Ｖ＋として、オペアンプＩＣ１の入力端（＋端子）に入力される。したがって、１次転写電圧Ｖｔ１の大きさは、オペアンプＩＣ１のバーチャルショート（Ｖ＋＝Ｖ−）により、コントロール電圧Ｖ−の大きさに応じて決定されることになる。コントロール電圧Ｖ−は、ＰＷＭ信号のオンデューティにより制御される。すなわち、ＰＷＭ信号のオンデューティを上げると、コントロール電圧Ｖ−は大きくなり、１次転写電圧Ｖｔ１も大きくなる。逆に、ＰＷＭ信号のオンデューティを下げると、コントロール電圧Ｖ−は小さくなり、１次転写電圧Ｖｔ１も小さくなる。

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次転写電圧を決定している。尚、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。本実施例では、コントロール電圧Ｖ−を制御するために、コントローラ１００からのＰＷＭ信号を用いたが、電圧調整部の構成としてはこれに限ることはなく、例えばコントローラ１００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。

本実施例では、イオン導電形態の中間転写ベルト１０を用いていることから抵抗値の環境変動を考慮する必要がある。この環境変動より電圧調整手段としてのトランジスタＱ１
は、０〜８００Ｖの範囲で可変可能なものを用いた。周囲の環境による中間転写ベルト１０の抵抗値変動を予測し、予め、環境センサの出力値に応じたバイアス設定テーブルを作成するなどして、トランジスタＱ１の可変可能な範囲で最適な１次転写電圧を決定する。本実施例の構成では低温低湿環境ほどトランジスタＱ１での調整電圧を高く設定することで良好な１次転写性を確保することができる。例えば、低温低湿環境の一例として、温度１５℃湿度１０％の環境下ではコントロール電圧Ｖ−を６００Ｖに設定する。この場合の２次転写電流とクリーニング電流から供給される供給電流と、Ｖｔ１（１次転写電圧であり２次転写対向ローラ電位であり中間転写ベルト１０の電位である）の関係を図４の実線に示す。図４より前述の条件下においてＶｔ１をコントロール電圧Ｖ−の６００Ｖで維持するために必要な供給電流量は３０μＡである。

すなわち、第１動作としての画像形成動作時において、電圧調整部による中間転写ベルト１０に流れる電流の調整によって形成可能なＶｔ１の上限値は６００Ｖに設定される。そして、画像形成動作中において中間転写ベルト１０に供給される合算電流量が３０μＡ以上（第１の合算電流量以上の電流量）に維持される限り、Ｖｔ１は６００Ｖに維持することができる。この上限値は、コントローラ１００が出力するコントロール電圧Ｖ−の大きさに応じて変更可能に構成されており、コントローラ１００はコントロール電圧Ｖ−の大きさを可変に出力可能に構成されている。本実施例の画像形成装置は、第１の動作としての画像形成動作や第２の動作としてのトナー吐出し制御などの複数の動作を実行可能に構成されており、動作毎にベルトに供給される電流の合算電流量が異なる構成となっている。本実施例の画像形成装置では、いずれの動作モードにおいても、その動作モードにおける合算電流量が、Ｖｔ１を上限値で維持可能な電流量を超える状態が維持されるように、Ｖｔ１の上限値の大きさを変更する。

（比較例の制御）
次に本実施例の理解を容易とするために、まず比較例の制御について説明する。ここで説明する比較例は、ブラシ１７を用いたクリーニング方式において一般的に実施される１次回収トナーの吐出し制御を行う構成となっている。

図５のシーケンスチャートを用いて１次回収トナーの吐出し制御について説明する。最初にプリント動作開始（Ｓ１）後、１次転写を行うために２次転写電圧とクリーニング電圧を立ち上げて１次転写電圧をＶｔ１に立ち上げる。このときＶｔ１を６００Ｖで維持するために図５の供給電流と電圧維持電流の関係（Ｂ）におけるＳ１〜Ｓ２区間のように必要最低電流３０μＡより多い４０μＡを供給する。ここで、４０μＡの内訳は、２次転写電流及びクリーニング電流が各々２０μＡとする。

図６は、ブラシ１７と２次転写対向ローラ１３の間の電位差とクリーニング電流の関係を示した図である。図６から、クリーニング電流２０μＡを流すために必要なクリーニング電圧は、図６の１３００Ｖに、２次転写対向ローラ電位の６００Ｖを足し合わせた１９００Ｖとなる。中間転写ベルト１０に１次転写したトナー像を記録材に２次転写する際も同様の設定で制御を行う。

２次転写において記録材に転写されずに中間転写ベルト１０上に残留した２次転写残トナーの極性には、正負両極性のトナーが混在している。この２次転写残トナーがブラシ１７を通過する際、ブラシ１７にはクリーニング電源１８からクリーニング電流を供給するように電圧を印加する。このとき、２次転写残トナーのうち正極性のトナーは、ブラシ１７から正極性の放電を受けて通過し、感光ドラム１に逆転写され除去される。一方、負極性のトナーは、ブラシ１７内に１次回収される。全ての２次転写残トナーがブラシ１７を通過したタイミング（Ｓ２）から１次回収トナーの吐出し制御を開始する。

ブラシ１７の１次回収トナーは負極性であるため、ブラシ１７に印加されるクリーニング電圧極性を切替え負極性のクリーニング電流（以下、トナー吐出し負電流）を流すことで１次回収トナーを中間転写ベルト１０上に吐き出すことができる。さらにブラシ１７に印加する電圧極性を短い時間間隔で交互に切替えることで負極性切替え時の１次回収トナーの吐き出しを４回行う。ブラシ１７に印加する電圧極性を短い時間間隔で交互に切替えることで、ブラシ１７に供給される電流は、その極性が所定の間隔で交互に反転されることになる。

ここで、１次回収トナーを効果的に吐き出すため必要なトナー吐出し負電流は−８μＡである。図６に示すとおり、トナー吐出し負電流を−８μＡ流すために必要な２次転写対向ローラ１３との電位差は、約９００Ｖである。そこで、以下ではトナー吐出し電流を−１０μＡ流すために、コントロール電圧Ｖ−に対して１０００Ｖ低い電圧を、トナー吐出し負電圧として印加する。つまり、図５の（Ａ）の電圧関係のとおりトナー吐出し負電圧を６００Ｖに対して１０００Ｖ低い電圧、つまり−４００Ｖに設定する。これにより図５の（Ｂ）の電流関係になることが期待される。

しかしながら、図５の（Ｂ）のＳ２〜Ｓ３区間に示すようにトナー吐出し負電流が流れる間、２次転写電流とクリーニング電流の合算供給電流量（合算電流量）が６００Ｖを維持するのに必要な供給電流量３０μＡを下回っている。すなわち、２次転写電流が２０μＡであるのに対し、クリーニング電流が−１０μＡであり、その合算供給電流量（２０μＡ＋（−１０μＡ））は、１０μＡとなる。そのため、この区間においてＶｔ１を６００Ｖに維持することができなくなる。

実際にＶｔ１を測定したところ、図７の（Ａ）のようにトナー吐出し負電流が流れている間６００Ｖから約３００Ｖに低下していることがわかった。また、図７の（Ｂ）に示すとおり、トナー吐出し負電圧が−４００Ｖであることから、２次転写対向ローラ１３との電位差は狙いの１０００Ｖから実際は７００Ｖに減少する。図６より、−７００Ｖにおけるトナー吐出し負電流は約−４μＡであり、１次回収トナーの吐出しが不十分となってしまう。

以上より、比較例の制御では１次回収トナーがブラシ１７に蓄積して抵抗上昇する恐れがある。

（本実施例の制御）
図８を参照して、本実施例の制御について説明する。本実施例の制御は、上記比較例におけるブラシ１７の１次回収トナーの吐出し不足を防止するため制御である。本実施例においても２次転写残トナーの１次回収が終了するまで（Ｓ２）までは比較例と同様であるので、Ｓ２以降について説明する。また、比較例同様、２次転写電流は常時２０μＡを２次転写対向ローラ１３に供給しているものとする。

本実施例ではＳ２のタイミングで図８の（Ａ）に示すように電圧調整手段のコントロール電圧Ｖ−（制御電圧）を６００Ｖから１００Ｖへ切替える。この切替えにより供給電流とＶｔ１の関係は図９の点線から実線へと切り替わり１００Ｖで維持するために必要な供給電流は５μＡとなる。また、Ｖ−の切替えに伴い、ブラシ１７に印加されるトナー吐出し負電圧を図８の（Ａ）に示すように１００Ｖに対して１０００Ｖ低い−９００Ｖに設定する。

ここで、図８の（Ｂ）に示すとおり２次転写電流とトナー吐出し負電流の合算電流量１０μＡに対して、１００Ｖを維持する供給電流量は５μＡであり、Ｖｔ１は１００Ｖで安定維持される。また、本実施例では１次回収トナー吐出し制御時の正極性の電圧をＶ−の
切替えに合わせて図８の（Ａ）に示すように１９００Ｖに対して５００Ｖ低い１４００Ｖにする。

以上の電圧調整手段によるコントロール電圧の切替えによりＶｔ１を安定的に維持しトナー吐出し負電流を−１０μＡ安定して流すことができる、つまり１次回収トナーを効果的に吐き出すことができ、ブラシ１７の抵抗上昇を抑制することができる。

（比較例との比較評価）
次に比較例と本実施例の１次回収トナー吐出し制御の比較評価について説明する。本評価にあたり以下の条件で比較評価を行った。評価環境は、低温低湿環境（温度及び湿度が１５℃、１０％）で連続印字耐久評価を実施した。Ａ４紙に印字率４％のテキスト画像を１００枚ジョブ／１セットとして繰り返し通紙する（第１の動作としての画像形成動作を連続的に繰り返す）。つまり１セットにつき１回、１次回収トナー吐出し制御（第２の動作）が実施されるモードである。本モードで２５ｋ枚、５０ｋ枚、７５ｋ枚のタイミングでブラシ１７に印加されるクリーニング電圧を測定するとともにクリーニング性を評価する。１次回収トナーの吐出しを効果的に行えていれば、ブラシ１７に蓄積され抵抗となるトナー量を評価を通して少なく維持することができ所望のクリーニング電流を流すのに必要な電圧を低く抑えることができる。その結果評価を通して良好なクリーニング性を確保することができる。クリーニング性の評価は、連続３枚ジョブで、１枚目に全面２００％を印字して、この１枚目を中間転写ベルト１０上に印字した１周後の位相、つまり本実施例では３枚目の画像領域にクリーニング不良が発生するかどうかで判断する。

比較評価結果を図１０に示す。
比較例は、２５ｋ枚まではクリーニング電源１８の最大出力電圧の４．０ｋＶ以下で制御できているが、その後の抵抗上昇により５０ｋ枚以降は４．０ｋＶとなっている。つまり１次回収トナーの吐出しが不十分のため、トナー蓄積によりブラシ１７の抵抗が上昇し、その結果評価後半で所望のクリーニング電流を流せなくなっている。クリーニング電流は、５０ｋ枚では１５μＡ、７５ｋ枚では５μＡ以下で２次転写残トナーの帯電不足によりクリーニング不良が発生した。

一方、本実施例は、１次回収トナーの吐出しが効果的に行えたことで、ブラシ１７の抵抗上昇が抑制され、その結果７５ｋ枚まで最大出力電圧４．０ｋＶに到達することなく、クリーニング電流を２０μＡで維持し良好なクリーニング性能を得ることができた。

以上説明したとおり、本実施例では、１次転写電圧と２次転写対向ローラ１３の電位が同電位になる構成において、ブラシ１７の１次回収トナーの吐出し制御時の電圧調整手段のコントロール電圧を画像転写中に対して低く設定する。これにより、トナー吐出し性能を維持することができ、装置寿命を通して良好なクリーニング性能を得ることができる。

本実施例では、１次回収トナーの吐出し制御にコントロール電圧Ｖ−を１００Ｖに設定したが、ブラシ１７の１次回収トナー吐出しに影響の出ない設定電圧値（制御電圧Ｖ２）は、以下のように算出することができる。以下、コントロール電圧Ｖ−の算出方法について述べる。
実際のＶｔ１をコントロール電圧Ｖ−で安定化させるためにはコントロール電圧Ｖ−を維持するために必要な供給電流量を２次転写対向ローラ１３に供給する必要がある。つまり１次転写電流をＩｔ１、２次転写電流をＩｔ２、クリーニング電流をＩｃｌとした場合、関係式Ｉｔ１≦Ｉｔ２＋Ｉｃｌが成り立つことが条件となる。

ここで、１次転写部の抵抗値をＲｔ１、１次転写電圧としてコントロール電圧Ｖ−とするとオームの法則よりＩｔ１＝Ｖ−／Ｒｔ１であることから、前記関係式はＶ−≦Ｒｔ１
×（Ｉｔ２＋Ｉｃｌ）と書きかえられる。
本実施例におけるＲｔ１は図４より２０ＭΩ（＝６００Ｖ／３０μＡ）、Ｉｔ２（正極性電流Ｉｂ）は２０μＡ、Ｉｃｌ（負極性電流Ｉａ）はトナー吐出し負電流が−１０μＡであるので、前記関係式はＶ−≦２００Ｖとなる。つまり、本実施例では制御電圧Ｖ２としてのコントロール電圧Ｖ−が２００Ｖ以下であれば、Ｖｔ１をコントロール電圧Ｖ−で安定化させることができる。

また、本実施例では、２次転写対向ローラ電位に対して２次転写ローラ２０が正極性電圧、ブラシ１７が負極性電圧の場合を述べたが、本発明が適用可能な構成はかかる構成に限定されるものではない。例えば、２次転写ローラ２０に付着したトナーを吐き出すために２次転写ローラ２０を負極性電圧、ブラシ１７を正極性電圧とする場合などにおいても本実施例の制御が有効であることは言うまでもない。

また、本実施例では、１次転写部の電圧を調整するため、電圧調整部材としてトランジスタを用いたものの、同様の効果を得られる素子であれば、これに限らず、デジタルボリューム（デジタル式の可変抵抗）等を用いても良い。
また、本実施例では、帯電部材として、ブラシ１７を用いたが電流を供給するとともに２次転写残トナーを帯電可能な部材であれば形状はローラでも良い。

［実施例２］
本発明の実施例２に係る画像形成装置について説明する。本実施例の画像形成装置の構成において、前述の実施例１と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。まず、図１１、図１２を参照して説明する。図１１は、本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略図である。図１２は、本発明の実施例２における１次転写部の回路構成を説明する図である。

図１１に示すように、本実施例では、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの対向位置に、中間転写ベルト１０を介して１次転写ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄが配置されている。図１２に示すように、中間転写ベルト１０を張架する２次転写対向ローラ１３と、１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄは、電圧調整部材としてのトランジスタＱ１と直列に接続された、電圧安定化素子としてのツェナーダイオードＺＤ１を介して接地されている。また、本実施例では、ツェナーダイオードＺＤ１と１次転写ローラ１４ａ〜１４ｄの間には、それぞれ図１１のように抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄが接続されている。本実施例のように１次転写電圧が全ステーションで共通の場合、感光ドラムの絶縁帯電層の膜厚がステーションで異なると１次転写電流にステーション差が発生してしまう。そのため、本実施例では感光ドラムの膜厚の影響を抑制するためにステーションごとに抵抗Ｒａ〜Ｒｄを接続した。本実施例ではこれらの抵抗を４０ＭΩとした。

次に、図１２を用いて、電圧調整手段を説明する。本実施例では、抵抗Ｒａ〜Ｒｄを配置したことにより、実施例１に比べ１次転写に必要な電圧が、抵抗分高くなる。このため、図１２示す通り、電圧調整部材としてのトランジスタＱ１と直列に電圧維持手段としてのツェナーダイオードＺＤ１を接続する。ツェナーダイオードＺＤ１は、２次転写電源２１及びクリーニング電源１８により電圧が出力されることにより、２次転写ローラ２０とブラシ１７から、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。このときツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧となる十分な電流が流れ、降伏状態が維持され、ツェナーダイオードＺＤ１は、降伏電圧を維持する。最終的な１次転写電圧は、トランジスタＱ１から出力される電圧と、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧とを合算した値となるこれにより、更に高い一次転写電圧が選択できることになる。回路の具体的な動作は、実施例１と同様である。

本実施例では、電圧維持手段としてのツェナーダイオードＺＤ１は、３００Ｖの電位を維持するものを用い、電圧調整手段としてのトランジスタＱ１は、実施例１と同様で０〜８００Ｖのものを用いた。このため、本実施例の構成において、コントロール電圧Ｖ−は３００〜１１００Ｖの範囲で制御可能となる。

本実施例においても実施例１と同様に中間転写ベルト１０の環境抵抗変動を考慮すると、例えば、低温低湿環境の一例として温度１５℃湿度１０％の環境下の１次転写性を確保するためにはコントロール電圧Ｖ−を９００Ｖに設定する必要がある。２次転写電流とクリーニング電流から供給される供給電流量と、実際のＶｔ１（１次転写電圧または２次転写対向ローラ電位）の関係を示したのが図１３である。図１３より前述の条件下においてＶｔ１をコントロール電圧Ｖ−である９００Ｖで維持するために必要な供給電流量は３０μＡである。

（本実施例の制御）
図１４を参照して、本実施例の構成における１次回収トナーの吐出し制御について説明する。本実施例においても２次転写残トナーの１次回収が終了するまで（Ｓ２）は実施例１とほぼ同様である。すなわち、コントロール電圧Ｖ−が９００Ｖになったことでクリーニング電流を２０μＡ流すために必要なクリーニング電圧は、図１４の（Ａ）に示すように２２００Ｖとなる。以下、Ｓ２以降について説明する。

本実施例における１次回収トナー吐出し制御時のコントロール電圧Ｖ−の条件は実施例１で述べた関係式Ｖ−≦Ｒｔ１×（Ｉｔ２＋Ｉｃｌ）と図１３から求めることができる。図１３よりＲｔ１が３０ＭΩ（＝９００Ｖ／３０μＡ）であるから、Ｖ−≦３００Ｖと算出される。また前述したとおり、本実施例の電圧調整可能な電圧範囲は３００〜１１００Ｖであるため、コントロール電圧Ｖ−を３００Ｖより低い電圧値には調整することができない。よって、図１４の電圧関係（Ａ）に示すように、本実施例ではＳ２のタイミングで電圧調整手段のコントロール電圧Ｖ−を９００Ｖから３００Ｖへ切替える。この電圧切替えに伴い実施例１同様、トナー吐出し負電流を−１０μＡ流すためにコントロール電圧Ｖ−に対して１０００Ｖ低い電圧をトナー吐出し負電圧として印加する。つまり、図１４の（Ａ）の電圧関係のとおり−７００Ｖに設定する。また、本実施例では、１次回収トナー吐出し制御時の正極性の電圧を、Ｖ−の切替えに合わせて、図１４の（Ａ）に示すとおり２２００Ｖに対して６００Ｖ低い１６００Ｖにする。

ここで、本実施例における１次回収トナー吐出し制御時の供給電流とＶｔ１の関係を図１５に示す。図１５によると、Ｖｔ１をコントロール電圧Ｖ−（３００Ｖ）で維持するために必要な供給電流量は、１０μＡである。一方で、１次回収トナー吐出し制御時の２次転写対向ローラ１３に供給される電流は、２次転写電流が２０μＡ、トナー吐出し負電流が−１０μＡであることから、１０μＡとなる。以上の電流関係を図１４の（Ｂ）に示す。しかしながら、供給電流と電圧維持電流が同じもしくはその差がごく小さい場合、中間転写ベルト１０やブラシ１７の抵抗ばらつきで供給電流が電圧維持電流を下回りＶｔ１が安定維持できなくなる恐れがある。

そこで、本実施例では、図１４の電流関係（Ｃ）のように、１次回収トナー吐出し制御の区間（Ｓ２〜Ｓ３）で２次転写電流を２０μＡから２５μＡに増加させる。２次転写電流を増加させることで、２次転写対向ローラ１３への供給電流量を底上げすることができ、電圧維持電流に対して供給電流が多い状況を作り出すことが可能となる。

以上より１次回収トナー吐出し制御時の２次転写対向ローラ１３の電位Ｖｔ１が安定し、トナー吐出し負電流を−１０μＡ安定して流すことができるため１次回収トナーを効果的に吐き出すことができ、実施例１同様抵抗上昇を抑制することができる。

以上説明した通り、本実施例では、１次転写の電圧調整手段として、トランジスタを用い、更には、電圧維持手段として、ツェナーダイオードを用いて、其々直列に接続した構成としている。かかる構成においても、ブラシ１７の１次回収トナーの吐出し制御時の電圧調整手段の設定電圧を画像転写中の電圧からツェナーダイオードの降伏電圧まで低下させること、さらには２次転写電流を増加させることで、トナー吐出し性能を維持することができる。したがって、装置寿命を通して良好なクリーニング性能を得ることができる。

本実施例では、電圧維持手段としてツェナーダイオードを用いたが、それと同等の効果の得られるものであれば、これに限るものではなく、バリスタ等の素子を用いても良い。

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…１次転写ローラ、１５…電圧調整回路、１７…ブラシ、１８…クリーニング電源、２０…２次転写ローラ、２１…２次転写電源、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 (14)

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において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、
   大きさが可変の制御信号を出力する制御部と、
   前記ベルトに接触する接触部材と、
   前記接触部材に接続された電圧調整部材を有し、前記電圧調整部材を用いて前記複数の電流供給部材から前記ベルトを介して前記接触部材に流れる電流を調整することで、前記接触部材の電位を調整する電圧調整部と、
   を備え、
   前記複数の電流供給部材からそれぞれ前記ベルトへ供給される電流の量を合算した合算電流量の大きさが異なる複数の動作を実行する画像形成装置において、
   前記電圧調整部は、前記接触部材に流れる電流の調整によって形成可能な前記接触部材の電位の上限値を、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変更可能に構成されており、
   前記制御部は、前記上限値が、実行されている前記動作における前記合算電流量が前記接触部材の電位を前記上限値で維持するのに必要な電流量を超えることになる大きさとなるように、前記制御信号の大きさを変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の動作には、前記複数の電流供給部材の少なくとも１つが、前記ベルトに供給する電流の極性を所定の間隔で交互に反転させて供給する動作が含まれることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、
   前記電圧調整部によって調整される前記上限値が第１の上限値となる大きさの第１の制御信号と、
   前記電圧調整部によって調整される前記上限値が前記第１の上限値よりも小さい第２の上限値となる大きさの第２の制御信号と、
   を出力可能であり、
   前記第１の上限値は、前記複数の電流供給部材からそれぞれ供給される電流の量が合算
   された合算電流量が、第１の合算電流量以上のときに維持される上限値であり、
   前記第２の上限値は、前記合算電流量が、前記第１の合算電流量よりも小さい第２の合算電流量以上のときに維持される上限値であり、
   前記第２の合算電流量は、前記複数の電流供給部材の少なくとも１つが、前記ベルトに供給する電流の極性を反転させた場合でも、前記第２の上限値が維持される前記合算電流量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. 前記複数の動作には、
   前記合算電流量が前記第１の合算電流量以上となる第１の動作と、
   前記合算電流量が前記第２の合算電流量以上となる第２の動作であって、前記複数の電流供給部材の少なくとも１つが、前記ベルトに供給する電流の極性を所定の間隔で交互に反転させて供給する第２の動作と、
   が含まれ、
   前記制御部は、
   前記第１の動作の間は、前記第１の制御信号を出力し、
   前記第２の動作の間は、前記第２の制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 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と、
   前記制御信号により生成される制御電圧が反転入力端子に入力され、その出力電圧が前記トランジスタのベース端子に入力されるオペアンプと、
   を有し、
   前記第２の動作において、前記ベルトに供給される電流のうち、
   負極性の電流をＩａ（＜０）、
   正極性の電流をＩｂ（＞０）、
   １次転写部の抵抗値をＲｔ１、
   としたときに、
   前記制御部は、前記オペアンプの前記反転入力端子に入力される制御電圧Ｖ２が、
   Ｖ２≦（Ｉａ＋Ｉｂ）×Ｒｔ１
   を満たす値となるように前記第２の制御信号の大きさを設定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の電流供給部材の少なくとも１つは、前記ベルトに担持されたトナーを帯電する帯電部材であり、
   前記第２の動作は、前記帯電部材に付着したトナーを前記ベルトに吐き出すための動作であることを特徴とする請求項４または５に記載の画像形成装置。
7. 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り、
   前記制御信号は、前記トランジスタのベース端子に入力される電圧を制御する信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 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、前記上限値の大きさを変化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 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１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 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する帯電部材が含まれ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１〜１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記支持部材と前記電圧調整部との間に接続される電圧維持素子をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記電圧維持素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 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１〜１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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