JP5121209B2

JP5121209B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5121209B2
Application number: JP2006306039A
Authority: JP
Inventors: 靖人白藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP2008122626A

Description

本発明は、転写電圧を変化させて転写電流を一定に保つ定電流制御によりトナー像を記録材に転写する画像形成装置、詳しくは記録材の先頭領域の転写不良を軽減できる転写方法に関する。

感光ドラムから記録材へトナー像を転写する際に、記録材を介して感光ドラムと転写ローラとの間に流れる転写電流を一定に保つように転写電圧を制御する定電流制御が実用化されている。中間転写ベルトから記録材へトナー像を転写する際に、記録材および中間転写ベルトを介して二次転写ローラと二次転写内ローラとの間に流れる転写電流を一定に保つように転写電圧を制御する定電流制御も実用化されている。記録材搬送ベルトに搬送される記録材に感光ドラムからトナー像を転写する際に転写ローラに印加する転写電圧を定電流制御する画像形成装置も実用化されている。定電流制御では、トナー像のトナー量や記録材の抵抗値に応じて転写電圧が最適に調整されるため、転写不良や放電を回避して安定したトナー像の転写が実現される。

ここで、転写電流は、大きなノイズ成分を含むため、フィードバックゲインを大きくして転写電圧の応答速度を高めると、転写電圧の変動が大きくなってトナー像の転写が不安定になる。しかし、フィードバックゲインを小さくして転写電圧を安定化させると、転写電圧の応答速度が不足して、記録材の先頭領域で転写不良を引き起す可能性がある。像担持体と転写ローラとの間へ高抵抗の記録材が進入した直後に、転写電圧の立ち上がりが遅れて、先頭領域のトナー像の転写に十分な転写電圧を確保できないからである。また、画像形成装置の生産性向上に伴って転写速度が増大すると、転写電圧の立ち上がり遅れに起因して、転写電圧が不足する記録材の先頭領域が拡大して転写不良が目立つようになる。

特許文献１には、複数の感光ドラムとそれぞれの転写ローラとの間に中間転写ベルト（または記録材搬送ベルト）を配置したタンデム型のフルカラー画像形成装置が示される。ここでは、転写ローラの転写電圧の立ち上がりの遅れに起因して記録材の先端領域に転写不良が生じ易いという問題が提起されている。転写電圧を高めると、転写電圧の立ち上がりは早くなるが、放電が発生し易くなり、記録材に転写されたトナーが極性反転して中間転写ベルトへ戻るリトランスファが生じ易いという問題も提起される。そして、記録材の先頭領域でパルス状の高い転写バイアス電圧を印加することにより、リトランスファを発生することなく転写不良を解消している。

特開２００３−７６１５７号公報

特許文献１に示されるように、記録材の先頭を検知してパルス状の高い転写電圧を印加する場合、転写電圧を可変に制御して立ち上がり立下りを高速応答できる特殊な高圧電源が必要となる。従って、パルス状の転写電圧の出力を行わない機種と行う機種とで高圧電源を共用できない。

また、記録材の内側でパルス状の高い転写電圧を印加すると、画像内で転写電界がスパイク状に変化し（図５参照）、転写ニップの記録材進行方向下流側の過剰な転写電界に応答してトナーの飛び散りを起こす可能性が高まる。局所的に過大な転写電界が印加された部分でリトランスファの問題を生じたり、局所的に転写性が変化して転写不良を引き起す等、転写されたトナー像が乱れる可能性がある。放電によって感光ドラムの帯電極性が反転して画像メモリを発生する可能性もある。

近年、画像形成装置は、処理速度の高速化、出力画像の高解像度化の一方で、材料や厚みが大きく異なる幅広い記録材への対応、用途拡大も進められ、記録材先端における転写不良は、ますます重要な課題となっている。

本発明は、記録材、トナー像、感光ドラム等に過剰な電界を及ぼすことなく転写バイアス電圧の立ち上がりを早めて転写不良を防止できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、定電流制御された転写電圧を、前記像担持体の記録材に重なる領域よりも前記像担持体回転方向下流側の転写前領域から印加されて、前記像担持体から記録材へトナー像を転写させる接触式の転写手段と、を備えたものである。そして、前記転写前領域の帯電電位を前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整可能な調整手段と、前記転写手段へ進入する記録材の先頭位置を検知する先頭検知手段と、前記先頭検知手段の出力に基づいて前記調整手段を制御して、前記転写前領域の帯電電位を、前記像担持体の記録材に重なる領域の帯電電位よりも前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整することにより、前記転写手段へ記録材が進入した際の定電流制御に伴う転写電圧の変動を小さくさせる制御手段と、を備える。

本発明の画像形成装置では、像担持体における転写前領域から同一の定電流制御を継続して記録材に重なる領域に達する。この過程における転写電圧の変動幅が、調整を行わない場合に比較して抑制される。記録材が転写手段に達する前後で同じ帯電電流を得るための転写電圧の差が、調整を行わない場合に比較して小さくなる。

記録材が転写手段に達する前後で転写電圧の差が小さくなるので、差が大きい場合に比べて転写電圧の追従性が高まり、放電を抑制できる低い転写電圧でも記録材の先頭領域の画像に対して十分な転写電界を確保できる。

記録材の外側に位置する転写前領域の帯電電位を調整するので、記録材の先端から後端まで同一の定電流制御を継続でき、記録材の内側でトナー像に作用する転写電界が大きく変化しない。記録材の内側でパルス状の高い転写電圧を印加する場合のような、転写ムラや飛び散り等の局所的な転写不良、また、過剰な転写電圧に起因する像担持体の画像メモリが発生しない。

以下、本発明の実施形態である画像形成装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、以下に説明する実施形態の構成には限定されない。記録材の外側で感光ドラムや中間転写ベルトの表面電位を制御する限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

第１実施形態、第２実施形態は、帯電極性がプラスの像担持体に対して、帯電極性がマイナスのトナーを作用させて行う正規現像方式である。しかし、帯電極性がマイナスの像担持体に対して、帯電極性がマイナスのトナーを作用させて行う反転現像方式でも同様な制御を適用できる。トナーの帯電極性と像担持体の帯電極性との関係を反転してもよい。第１実施形態、第２実施形態の画像形成装置は、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途に対応させて構成できる。

なお、特許文献１に示される画像形成装置の構成、搭載された各電源、装置機器の詳細構造、制御等については、図示を省略して詳細な説明も省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。

図１に示すように、第１実施形態の画像形成装置１００は、感光ドラム１を囲んで、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６が配置される。感光ドラム１は、帯電極性がプラスのアモルファスシリコンドラムで外径が８４ｍｍ、不図示の電動モーターによって矢印Ｒ１方向に回転駆動される。

帯電ローラ２は、不図示の軸受け部材によって回転自在に両端部を支持させて感光ドラム１に対して平行に配置される。帯電ローラ２は、不図示のバネ部材に付勢されて感光体ドラム１に所定の押圧力を持って圧接しており、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ２方向に従動回転する。帯電ローラ２は、帯電バイアス電源１１から帯電バイアス電圧を印加されて、感光ドラム１の表面をほぼ＋５００Ｖで一様に接触帯電させる。

露光装置３は、露光画像を走査線に展開した画像信号をパルス変調した露光信号でレーザー光源を駆動し、出力レーザー光を走査ミラーで走査して感光ドラム１の表面に静電潜像を書き込む。

現像装置４は、一成分現像剤を収容する現像容器４ａを有し、現像容器４ａの感光ドラム１に面した開口部内に現像スリーブ４ｂが回転自在に設置される。現像スリーブ４ｂ内には、現像スリーブ４ｂに現像剤を担持させるマグネットローラ４ｃが、現像スリーブ４ｂの回転に対して非回転に固定配置されている。帯電極性が負極性の現像剤は、マグネットローラ４ｃの現像領域に位置された現像主極の磁気力によって穂立ちしてその穂先を感光ドラム１の表面に接触させる。同時に、現像バイアス電源１２によって現像スリーブ４ｂに正極性の現像バイアス電圧を印加することで、感光ドラム１の表面の露光し残した部分（静電潜像の暗部）に現像剤が付着して、静電潜像がトナー像ｔに現像される。現像バイアス電圧は、ＤＣ成分が＋３００Ｖ、ＡＣ成分が１．２ｋＶｐ−ｐ（３ｋＨｚ）である。

感光ドラム１に形成されたトナー像ｔの先頭にタイミングを合わせて、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに搬送ローラ対１０から記録材Ｐが送り込まれる。記録材Ｐは、不図示のカセットから１枚ずつ分離して取り出され、搬送ローラ対１０に給送される。

転写ローラ５は、両端部が不図示のバネ部材に付勢されて感光ドラム１の表面に圧接しており、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ３方向に従動回転する。転写ローラ５は、直径１２ｍｍの金属製シャフトに厚さ６ｍｍの導電性ゴム層を被せて構成され、導電性ゴム層の長さは３２０ｍｍ、転写ローラ５の抵抗値は、約５×１０^７Ω（２３℃５０％ＲＨ）である。転写ローラ５の抵抗値は、１０Ｎ（１０００ｇ重）の荷重の下で転写ローラ５を５０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、転写ローラ表面に１０００Ｖの電圧を印加して測定された電流の関係から求めた。

転写ローラ５には、転写バイアス電源１５から直流電圧の転写電圧が印加される。感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐが挟まれて搬送されている間に、感光ドラム１上のトナー像ｔが記録材Ｐに転写される。転写バイアス電源１５は、転写電流をフィードバックして転写電圧を調整する定電流制御を行って、画像形成条件に応じて定めた所定の電流値に向かって転写電流を誘導する。転写バイアス電源１５から供給される転写電流は、トナー像ｔの転写電荷を記録材に充電する。画像形成装置１００は、正極性の感光ドラム１に負極性のトナー像を形成する正規現像方式で、必要な転写電流は３０μＡであった。

ドラムクリーニング装置６は、クリーナブレード６ａを用いて、トナー像ｔの転写後の感光ドラム１の表面から転写残トナー等の付着物を除去する。クリーナブレード６ａは、感光ドラム１の表面に所定の角度で当接し、不図示のバネ機構によって所定の当接圧力を付与されている。クリーナブレード６ａが回転する感光ドラム１の表面を摺擦して掻き落した付着物は容器６ｂに回収される。

このように構成された画像形成装置１００では、感光ドラム１が回転した状態で帯電ローラ２により感光ドラム１の表面が一様に帯電される。そして、一様に帯電された感光ドラム１表面に、露光装置３からレーザービームが照射されて、画像情報に対応した静電潜像が感光ドラム１の表面に形成される。静電潜像は、現像装置４でトナーを付着してトナー像ｔに現像され、トナー像ｔは、転写ローラ５と感光ドラム１のニップへ供給された記録材Ｐに転写される。

トナー像ｔが転写された記録材Ｐは、定着装置９へ導入されて加熱、加圧されることにより、トナー像ｔが記録材Ｐの表面に定着される。トナー像ｔを転写した後の感光ドラム表面は、ドラムクリーニング装置６によって転写残トナーを除去されて次回のトナー像形成に備える。

転写ローラ５には、トナー像を転写するのに必要な転写電圧が転写バイアス電源１５によって印加される。これにより、感光ドラム１と転写ローラ５との間を記録材Ｐが通過する際に、転写ローラ５から記録材Ｐにプラス電荷を与える。これにより、感光ドラム１上の負極性に帯電したトナー像が記録材Ｐに転写される。

画像形成装置１００の転写プロセスの制御に関して定電流制御方式が採用されている。定電流制御方式では、転写部のインピーダンスに応じて転写電圧を変化させて常に所望の転写電流を供給できるため、ＡＴＶＣ（ＡｕｔｏＴｒａｎｓｆｅｒＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌ）制御のような制御を要しない。そのため、ダウンタイムレスが可能となり生産性が大きく向上する。

転写部の定電流制御方式においては、所望の転写電流を確保するために、フィードバックをかけながら印加する転写電圧を変化させる。その応答速度は、数１０Ｖに対して数ｍｓ程度である。そのため、感光ドラム１のトナー像を記録材Ｐを転写する際に、記録材Ｐによっては、記録材Ｐのインピーダンスが非常に高いため、記録材Ｐが転写部に進入した瞬間に転写部のインピーダンスが大きく上昇してしまう。このため、転写電圧を所望の電圧まで変化させることができず（図４参照）、記録材Ｐの先端領域へ十分な転写電流が供給されずに転写不良が生じてしまう。特許文献１に示される画像形成装置では、このような課題を解決するために、記録材Ｐの先端領域について、記録材Ｐの後端部よりも大きな転写電圧を印加している。

＜記録材進行方向下流の帯電制御＞
図２は帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図、図３は帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。図４は記録材先端部における転写不良発生の説明図、図５は記録材先頭部でパルス状の転写電圧を印加した際の転写電界の説明図である。第１実施形態の画像形成装置１００は、帯電装置７を使用して、感光ドラム１の転写前領域の表面電位をプラス側に引き上げることにより、記録材Ｐの先端部における転写電圧の立ち上がりを早めている。

感光ドラム１の表面に対向させて、現像装置４と転写ローラ（転写部材）５との中間に帯電装置（調整手段）７が配設されている。帯電装置７は、バイアス電源１３からバイアス電圧を供給されてプラスの電荷を放出するコロナ放電装置であって、感光ドラム１の幅全体を線状に一様帯電させる。普通紙の場合、バイアス電圧は、概ねＤＣ成分が＋３ｋＶで、ＡＣ成分５ｋＶｐ−ｐ（３ｋＨｚ）が重畳されている。

搬送ローラ対１０の駆動ローラ１０ａは、導電性で接地電位に接続され、駆動ローラ１０ａに圧接して搬送ニップを形成する従動ローラ１０ｂは、抵抗検知装置１４に接続されている。抵抗検知装置１４は、搬送ローラ対１０にニップされた記録材Ｐに目標となる転写電流を流した時の記録材Ｐの分担電圧を測定することにより、記録材Ｐのインピーダンスを計測する。

制御部（ＣＰＵ）８は、抵抗検知装置１４の出力に基づいて、バイアス電源１３が出力するバイアス電圧を調整する。記録材Ｐのインピーダンスが高い場合は、バイアス成分のＤＣ成分を割り増しし、インピーダンスが所定値以下の場合はバイアス電源１３を作動させない。

制御部８は、帯電バイアス電源１１、露光装置３、現像装置４を制御して、感光ドラム１上の記録材に重なる領域にトナー像を形成し、記録材に重なる領域の感光ドラム回転方向下流側の転写前領域にベタ白部を形成する。

制御部８は、バイアス電源１３の出力と出力タイミングとを制御して、帯電装置７により感光ドラム１の転写前領域を帯電させ、記録材に重なる領域は帯電させない。

制御部８（先頭検知手段）は、上述したように、感光ドラム１上の記録材に重なる領域の先頭に記録材の先頭が一致するように、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐを送り込む。

転写前領域の帯電制御を行わない場合、図２の（ａ）に示すように、感光ドラム１のトナー像が形成されない転写前領域は、帯電ローラ２による＋５００Ｖの帯電電位が露光によって＋２００Ｖまで低下している。

図２の（ｂ）に示すように、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐが進入すると、感光ドラム１と転写ローラ５とを直列に接続したインピーダンスに記録材Ｐのインピーダンスが加算される。抵抗検知装置１４が検知した記録材Ｐの分担電圧１０００Ｖが転写バイアス電源１５の負荷に追加される。

図２の（ｃ）に示すように、転写電流を３０μＡに設定した時、転写前領域では１７００Ｖの転写バイアスが印加されていた。そして、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐの先端部が突入すると、転写電圧は、記録材Ｐの分担電圧１０００Ｖだけ上昇して２７００Ｖとなった。

これに対して、転写前領域に帯電制御を適用する場合、図３の（ａ）に示すように、制御部８（先頭検知手段）は、記録材Ｐの手前位置から帯電装置７にバイアス電圧を印加開始させ、記録材Ｐの先端に至るとバイアス電圧の印加を停止させる。

この結果、図３の（ｂ）に示すように、感光ドラム１の転写前領域の表面電位は、帯電装置７によって帯電されて、帯電制御しない場合の＋２００Ｖから＋７００Ｖへ引き上げられた。

図３の（ｃ）に示すように、抵抗検知装置１４が検知した記録材Ｐの分担電圧１０００Ｖに対して５００Ｖ、帯電装置７によって感光ドラム１の表面電位を調整したが、検知した分担電圧分１０００Ｖを調整してもよい。

図３の（ｄ）に示すように、感光ドラム１の転写前領域における転写電圧は、帯電装置７による電位底上げ（５００Ｖ）により、従来の１７００Ｖから２２００Ｖとなった。感光ドラム１の転写前領域における転写電圧コントラストは転写電流３０μＡ時に１５００Ｖで一定だからである。

そして、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐの先端部が突入すると、転写電圧は、分担電圧分１０００Ｖだけ上げるように制御されて２７００Ｖとなり、ベタ黒画像部では、約３０００Ｖの転写電圧が必要となる。

従って、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに記録材Ｐの先端部が突入した際の転写電圧の上昇分は、２２００Ｖから２７００Ｖと５００Ｖに抑制される。図２の（ｃ）に示すように、１７００Ｖから２７００Ｖへ１０００Ｖ上昇する場合に比較して転写電圧の上昇分が減少して、記録材Ｐの先端領域で転写電圧が追従し易くなる。

ここで、転写電圧の追従性を画像形成プロセススピードより考える。画像形成装置１００における、画像形成プロセススピードは１０００ｍｍ／ｓｅｃで、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップ長さは５ｍｍ程度である。

すると、記録材Ｐの先端がニップを通過する時間は５ｍｓｅｃとなる。記録材Ｐの分担電圧が１０００Ｖの場合、記録材Ｐの先端領域で３０μＡの転写電流を確保させるためには、５ｍｓｅｃの間に、フィードバックをかけながら転写電圧を１０００Ｖ程度上げなければならない。

図４に示すように、通常、印加電圧を１０００Ｖ程度上げるには数１０ｍｓｅｃ程度の時間が必要となるので、転写バイアス電源１５が追従できず、記録材Ｐの先端領域へ十分な転写電流が供給されずに転写不良が発生してしまう。

転写電流を十分供給するため、転写圧力を大きくして感光ドラム１と転写ローラ５とのニップ長さを伸ばすこともできる。しかし、画像形成装置１００の場合、総荷重１０Ｎ（１０００ｇ重）以上の荷重をかけると中抜け等の不良画像が発生してしまったので、第１実施形態では総荷重１０Ｎ（１０００ｇ重）、転写ニップ５ｍｍとした。

第１実施形態の画像形成装置１００では、記録材先端に近い部分でも過不足の無い転写電圧が確保されて、記録材先端部での転写不良が緩和された。もちろん、帯電装置７によって帯電されるのは、記録材Ｐの外側だけで、感光ドラム１の画像領域の表面電位は一切変化しないので、トナーの飛び散り等の懸念もない。

また、感光ドラム１の転写前領域から記録材の後端まで転写電流が終始一定に保たれるので、局所的に過剰な転写電流が流れて感光ドラム１を損傷させたり、画像メモリを発生したりすることもない。

これに対して、記録材Ｐの先端領域（つまり記録材Ｐの内側）でパルス状の高い転写電圧を印加して、転写電圧の立ち上がりを早めた場合、図５に示すように、記録材Ｐの先端領域で過剰な転写電圧が印加される可能性がある。これにより、局所的に過剰な転写電流が流れて感光ドラム１を損傷させたり、画像メモリを発生したりする可能性がある。

なお、第１実施形態では、感光ドラム１と転写ローラ５とのニップに送り込む記録材Ｐの先端を制御部８が計算上（制御上）で検知したが、記録材Ｐの先端を検知する手段を別途配置してもよい。例えば、搬送ローラ対１０に記録材Ｐがニップされた時期を抵抗検知装置１４の出力から検知して、そこからカウントした搬送ローラ対１０の搬送距離で感光ドラム１上の転写前領域を判別して帯電装置７を制御してもよい。また、搬送ローラ対１０と転写ローラ５との間の記録材Ｐの搬送経路に記録材Ｐの先端エッジを検知するセンサを２つ配置し、上流側のセンサのＯＮで帯電装置７をＯＮさせ、下流側のセンサのＯＮで帯電装置をＯＦＦさせてもよい。

また、第１実施形態では、調整手段としてコロナ放電装置の帯電装置７を使用したが、帯電装置７は、同じ位置で感光ドラム１の帯電電位を放電させる一括露光装置で置き換えてもよい。

＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。第２実施形態の画像形成装置２００は、画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを直列配置した電子写真方式の４色フルカラーの画像形成装置である。画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、原画像のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各分解色のトナー像を形成して、中間転写ベルト２５上に重ねて一次転写する。画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれの現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は同様に構成されている。従って、以下では最も下流の画像形成部Ｋについて専ら説明を行い、画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃについては参照記号の添え字ＫをそれぞれＹ、Ｍ、Ｃに置き換えて説明されるものとする。画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各構成部材の参照記号からＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを除いた数字は、第１実施形態における相当する構成部材と共通にしてある。

図６に示すように、第２実施形態の画像形成装置２００は、矢印方向に回転する感光ドラム１Ｋを囲んで、帯電ローラ２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、転写ローラ５Ｋ、ドラムクリーニング装置６Ｋが配置される。帯電ローラ２Ｋは、感光ドラム１Ｋの表面を一様に帯電する。

露光装置３Ｋは、原画像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各分解色に分解した露光画像のうちブラックの露光画像を展開して生成した露光信号を用いて感光ドラム１Ｋの表面を走査露光する。露光装置３Ｋは、感光ドラム１の一様帯電した表面に静電潜像を書き込む。露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃでは、同様に、イエロー、マゼンタ、シアンの露光画像を用いて静電潜像を形成する。

現像装置４Ｋは、静電潜像が書き込まれた感光ドラム１の表面にブラックトナーの現像剤を接触させて静電気的に付着させることにより、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃでは、同様に、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーを用いてそれぞれの静電潜像をトナー像に現像する。

感光ドラム１Ｋに形成されたトナー像は、中間転写ベルト（中間転写体）２５に重ねて一次転写部Ｔ１を通過する過程で、転写ローラ（転写部材）５Ｋに印加された転写バイアス電圧によって中間転写ベルト２５へ一次転写される。一次転写部Ｔ１を通過して感光ドラム１に残った転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６Ｋによって除去される。

感光ドラム１Ｙに形成されたイエロートナー像、感光ドラム１Ｍに形成されたマゼンタトナー像、感光ドラム１Ｃに形成されたシアントナー像、感光ドラム１Ｋに形成されたブラックトナー像の順に一次転写される。感光ドラム１Ｍ、１Ｃ、１Ｋでは、中間転写ベルト２５に一次転写されたトナー像が、一次転写部Ｔ１で、感光ドラム１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに形成されたトナー像に重なるタイミングで、露光装置３Ｍ、３Ｃ、３Ｋによる露光が開始される。

転写ローラ５Ｋは、直径８ｍｍの金属製シャフトに厚さ４ｍｍの導電性ゴム層を被せて形成され、導電ゴム部の長さは３２０ｍｍ、抵抗値は約３×１０^７Ω（２３度Ｃ５０％ＲＨ）であった。抵抗値は、１０Ｎ（１０００ｇ重）の荷重の下で接地に対して該転写ローラ５を５０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、転写ローラ表面に１０００Ｖの電圧を印加して電流を測定し、電圧／電流の関係から求めた。

中間転写ベルト２５は、駆動ローラ２１、テンションローラ２２、二次転写内ローラ２３に掛け渡して支持され、駆動ローラ２１を駆動する不図示の駆動系によって駆動されて矢印方向に循環する。

中間転写ベルト２５を挟んで二次転写内ローラ２３に二次転写ローラ２４が圧接する。中間転写ベルト２５と二次転写ローラ２４とは圧接して二次転写部Ｔ２のニップを形成する。二次転写部Ｔ２には、中間転写ベルト２５のトナー像とタイミングを合わせて搬送ローラ対１０から記録材Ｐが送り込まれる。記録材Ｐは不図示のカセットから１枚ずつ分離して搬送ローラ対１０に給送されている。

二次転写ローラ２４には二次転写バイアス電源３５から転写電圧が印加されて、二次転写内ローラ２３と二次転写ローラ２４との間に転写電界が形成される。中間転写ベルト２５のトナー像に重ねられて記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を通過する過程で、転写電界に応答して、中間転写ベルト２５から記録材Ｐへ４層のトナー像が一括して二次転写される。

二次転写ローラ２４は、金属製のシャフトの周囲に厚さ６ｍｍの導電性ゴム層を形成した直径１２ｍｍ、長さ３２０ｍｍ、抵抗値約５×１０^７Ω（２３度Ｃ５０％ＲＨ）のローラ部材である。抵抗値は、１０Ｎ（１０００ｇ重）の荷重の下で接地に対して二次転写ローラ２４を５０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、二次転写ローラ２４の表面に１０００Ｖの電圧を印加して電流を測定し、電圧／電流の関係から求めた。

中間転写ベルト２５から４層のトナー像を一括して二次転写された記録材Ｐは、二次転写部Ｔ２から定着装置９に向けて搬送され、定着装置９によって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト２５上に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置２０のクリーニングブレード２０ａによって摺擦除去されて容器２０ｂに回収される。

画像形成装置２００は、第１実施形態と同様に、＋５００Ｖで一様に帯電させた感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにレーザービームを照射して最大＋２００Ｖまで放電させて静電潜像を書き込む。そして、＋３００ＶのＤＣ成分を持つ現像バイアス電圧を用いて、帯電極性が負極性のトナーを感光ドラム１の表面の未露光部分に付着させる。

また、第１実施形態と同様に、生産性の観点から一次転写部Ｔ１、二次転写部Ｔ２ともに定電流制御方式を採用している。そのため、二次転写部Ｔ２では、記録材Ｐの突入によるインピーダンスの変化によって、第１実施形態の画像形成装置１００と同様な記録材先端領域における転写不良が懸念される。そこで、二次転写部Ｔ２において、記録材進行方向下流の帯電制御を実施している。

＜記録材進行方向下流の帯電制御＞
図７は比較例の二次転写装置の構成の説明図、図８は帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図、図９は帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。

図７に示すように、比較例の二次転写装置３０Ｈは、図６に示す画像形成装置２００の二次転写装置３０を置き換えて配置される。二次転写内ローラ２３は接地電位に接続され、二次転写ローラ２４は二次転写バイアス電源３５に接続される。二次転写バイアス電源３５は、二次転写内ローラ２３と二次転写ローラ２４との間に流れる転写電流を３０μＡに保つように転写電圧を変化させる定電流制御を行う。比較例では、二次転写部Ｔ２の転写電流が３０μＡの時、二次転写が良好に行われるからである。

図８の（ｃ）に示されるように、転写電流３０μＡで転写電圧を制御した場合、中間転写ベルト２５の転写前領域では、１５００Ｖの転写電圧が印加されていた。そして、二次転写部Ｔ２に記録材先端が進入すると、転写電圧は、記録材Ｐの分担電圧１０００Ｖだけ上昇して転写電圧は２５００Ｖとなった。記録材Ｐの分担電圧とは、記録材Ｐに３０μＡの電流を流すために必要な電圧である。

ここで、転写電圧の追従性を第２実施形態の画像形成プロセススピードより考える。第２実施形態における画像形成プロセススピードは１０００ｍｍ／ｓｅｃで、二次転写部Ｔ２のニップ長さは５ｍｍ程度なので、記録材Ｐの先端部が二次転写部Ｔ２のニップを通過する時間は５ｍｓｅｃとなる。従って、第１実施形態と同様に、二次転写バイアス電源３５の高電圧が追従できず、記録材Ｐの先端領域では十分な転写電流が供給されずに転写不良が発生してしまう。

そこで、第２実施形態では、記録材Ｐの先端領域における転写不良を抑制するために、二次転写内ローラ（調整手段）２３の電位を調整して中間転写ベルト２５における転写前領域の帯電制御を行う。

図６に示すように、画像形成装置２００の二次転写装置３０の二次転写内ローラ２３は、定電圧制御装置３７に接続される。制御部３６は、定電圧制御装置３７を制御して記録材Ｐが二次転写部Ｔ２へ進入するまでの間、二次転写内ローラ２３により中間転写ベルト２５の帯電電位を転写電圧と同極性側へシフトさせる。これにより、中間転写ベルト２５における転写前領域では、二次転写ローラ２４へ印加する転写電圧を図７に示す比較例の１５００Ｖよりも高めないと３０μＡの電流を確保できなくなり、定電流制御によって転写電圧が高められる。

従って、二次転写内ローラ２３によって中間転写ベルト２５の帯電電位を高めただけ、二次転写部Ｔ２に記録材Ｐが進入した前後の転写電圧差が小さくなる。二次転写部Ｔ２に記録材Ｐが進入した前後の転写電圧差が小さくなっただけ、転写電圧の立ち上がりは早くなり、記録材Ｐの先端領域でも十分な転写電圧が印加される。

二次転写内ローラ２３に印加される定電圧の大きさは、抵抗検知装置１４の出力に基づいて制御部３６が決定する。抵抗検知装置１４は、搬送ローラ対１０に３０μＡの電流を流して記録材Ｐの分担電圧を検知する。制御部３６は、この分担電圧をそのまま定電圧として定電圧制御装置３７に出力させる。

また、抵抗検知装置１４は、導電性の駆動ローラ１０ａと従動ローラ１０ｂとの搬送ニップに印加される電圧の変化から記録材Ｐの先端を検知する。つまり、第１実施形態における制御部８の先端検知を兼ねている。制御部３６は、抵抗検知装置１４が記録材Ｐの先端を検知すると定電圧制御装置３７に定電圧の出力を開始させ、その後、搬送ローラ対１０の搬送距離をカウントして記録材Ｐが二次転写部Ｔ２に達するタイミングで定電圧制御装置３７の出力を接地電位に接続する。

第２実施形態では、図９の（ａ）に示すように、転写電流３０μＡ時の記録材Ｐの分担電圧が１０００Ｖであったため、二次転写内ローラ２３には、１０００Ｖの定電圧を記録材Ｐの先端部が進入する直前まで印加した。

その結果、転写前領域は、二次転写内ローラ２３によって中間転写ベルト２５が１０００Ｖで帯電されているため、二次転写バイアス電源３５から見て記録材Ｐが存在するのと等価な状態となる。従って、転写前領域の転写電圧は、図９の（ｃ）に示すように、二次転写内ローラ２３の帯電分底上げ（＋１０００Ｖ）されて２５００Ｖとなる。

記録材Ｐが二次転写部Ｔ２に進入した瞬間に二次転写内ローラ２３の定電圧をＯＦＦにするので、実際に記録材Ｐの二次転写部Ｔ２通過中に二次転写ローラ２４にかかる転写電圧は２５００Ｖとなる。

このように、二次転写内ローラ２３に定電圧制御装置を設け、記録材Ｐの先端が二次転写部Ｔ２に突入するまでの間、二次転写内ローラ２３に記録材Ｐの二次転写部Ｔ２における分担電圧を印加している。これにより、二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐが進入する前後で二次転写部Ｔ２の見かけ上のインピーダンスを揃え、記録材Ｐの有無に関わらず二転ローラ２４に印加する転写電圧を一定にしている。このため、記録材Ｐの先端領域における転写電流が十分に確保でき、記録材Ｐの先端領域における転写不良を抑制できる。

なお、二次転写ローラ２４を接地電位に接続して二次転写内ローラ２３にトナーの帯電極性と同極性の転写電圧を印加する場合も有り得る。この場合、二次転写内ローラ２３には転写電圧を調整して転写電流を一定に保つ二次転写バイアス電源が接続され、二次転写外ローラ２４には、接地電位と定電圧出力とを切り替え接続可能な定電圧制御装置が接続される。

＜発明との対応＞
第１実施形態の画像形成装置１００は、トナー像を担持する感光ドラム１と、定電流制御された転写電圧を印加されて、前記感光ドラム１から記録材Ｐへ前記トナー像を転写させる転写ローラ５とを備える。感光ドラム１の記録材Ｐに重なる領域よりも感光ドラム回転方向下流側の転写前領域の帯電電位を調整して、転写ローラ５へ記録材Ｐが進入した際の転写電圧の変動幅を抑制する帯電装置７を備える。

第１実施形態の画像形成装置１００は、転写ローラ５へ進入する記録材Ｐの先頭位置を検知する制御部８を備え、制御部８の出力に基づいて帯電装置７の作動と停止とを制御する。

第１実施形態の画像形成装置１００は、転写ローラ５へ進入する記録材Ｐの厚み方向の抵抗値を検知する搬送ローラ対１０、抵抗検知装置１４を備える。搬送ローラ対１０、抵抗検知装置１４の出力に基づいて帯電装置７による前記帯電電位の調整量を制御する制御部８を備える。

抵抗検知装置１４は、前記定電流制御で用いる電流値を転写ローラ５へ進入する記録材Ｐの厚み方向に流した際の電圧値を検知し、制御部８は、転写前領域の帯電電位を、前記転写電圧の極性側へ、前記電圧値だけ調整する。

第１実施形態の画像形成装置１００は、一様に帯電された感光ドラム１の表面を露光して静電潜像を書き込む露光装置３と、書き込まれた前記静電潜像に現像剤を静電気的に付着させて現像する現像装置４とを備える。

第１実施形態の画像形成装置１００における帯電装置７は、現像装置４と転写ローラ５との間で前記表面に対向配置したコロナ放電帯電装置である。

第２実施形態の画像形成装置２００における二次転写部Ｔ２は、中間転写ベルト２５を挟んで圧接された二次転写内ローラ２３と二次転写ローラ２４とを有する。二次転写ローラ２４に転写電圧を印加して二次転写内ローラ２３と二次転写ローラ２４との間を流れる電流を定電流制御する。二次転写内ローラ２３は、二次転写内ローラ２３に印加する電圧を変化させて前記帯電電位を調整する。

第１実施形態の画像形成装置１００は、転写ローラ５に印加する転写電圧を変化させて、記録材Ｐを介して感光ドラム１と転写ローラ５との間を流れる電流を一定に保つ。感光ドラム１の転写前領域における帯電電位を記録材Ｐに応じて調整して、転写ローラ５へ記録材Ｐが進入した際の前記転写電圧の変動幅を抑制する。

第１実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。記録材先端部における転写不良発生の説明図である。記録材先頭部でパルス状の転写電圧を印加した際の転写電界の説明図である。第２実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。比較例の二次転写装置の構成の説明図である。帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。

符号の説明

１、２５像担持体（感光ドラム、中間転写ベルト）
２帯電ローラ
３、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ露光手段（露光装置）
４、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ現像手段（現像装置）
５、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ、２４転写手段（転写ローラ、二次転写ローラ）
７、１３、２３、３５調整手段（帯電装置、バイアス電源、二次転写内ローラ、二次転写バイアス電源）
８、１４先端検知手段（制御部、抵抗検知装置）
９定着装置
１０、１４抵抗検知手段（搬送ローラ対、抵抗検知装置）
１４抵抗検知装置
８、３６制御手段（制御部）
Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ画像形成部
Ｐ記録材

Claims

トナー像を担持する像担持体と、
定電流制御された転写電圧を、前記像担持体の記録材に重なる領域よりも前記像担持体回転方向下流側の転写前領域から印加されて、前記像担持体から記録材へトナー像を転写させる接触式の転写手段と、を備えた画像形成装置において、
前記転写前領域の帯電電位を前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整可能な調整手段と、
前記転写手段へ進入する記録材の先頭位置を検知する先頭検知手段と、
前記先頭検知手段の出力に基づいて前記調整手段を制御して、前記転写前領域の帯電電位を、前記像担持体の記録材に重なる領域の帯電電位よりも前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整することにより、前記転写手段へ記録材が進入した際の定電流制御に伴う転写電圧の変動を小さくさせる制御手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向の抵抗値を検知する抵抗検知手段を備え、
前記制御手段は、前記抵抗検知手段の出力に基づいて前記調整手段による前記転写前領域の帯電電位の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記抵抗検知手段は、前記定電流制御で用いる電流値を前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向に流した際の電圧値を検知し、
前記制御手段は、前記転写前領域の帯電電位を、前記電圧値に基づいて調整することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
一様に帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を書き込む露光手段と、
書き込まれた前記静電潜像に現像剤を静電気的に付着させて現像する現像手段と、を備え、
前記調整手段は、前記現像手段の前記像担持体回転方向下流側であって前記転写手段の前記像担持体回転方向上流側で前記像担持体の表面に対向配置したコロナ放電帯電装置または一括露光装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
前記調整手段は、前記転写前領域の帯電電位を、その絶対値が前記像担持体の記録材に重なる領域よりも高くなるように帯電させて、前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
トナー像を担持する像担持体と、
定電流制御された転写電圧を、前記像担持体の記録材に重なる領域よりも前記像担持体回転方向下流側の転写前領域から印加されて、前記像担持体から記録材へトナー像を転写させる接触式の転写手段と、を備えた画像形成装置において、
前記転写前領域の帯電電位を前記転写電圧との電位差が小さくなる方向に調整して、前記転写手段へ記録材が進入した際の定電流制御に伴う転写電圧の変動を小さくすることが可能な調整手段と、
前記転写手段へ進入する記録材の先頭位置を検知する先頭検知手段と、
前記先頭検知手段の出力に基づいて前記調整手段の作動と停止とを制御することにより、前記転写前領域の帯電電位の調整量を制御する制御手段と、
前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向の抵抗値を検知する抵抗検知手段と、を備え、
前記抵抗検知手段は、前記定電流制御で用いる電流値を前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向に流した際の電圧値を検知し、
前記制御手段は、前記抵抗検知手段の出力に基づいて前記調整手段による前記帯電電位の調整量を制御するとともに、前記転写前領域の帯電電位を、前記電圧値に基づいて調整することを特徴とする画像形成装置。