JP2010151943A - カラー画像形成装置およびカラー画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周囲環境の変化による印刷シートの抵抗値の変化に対し、より安定した転写性能を実現できるカラー画像形成装置等を提供する。
【解決手段】複数の感光体上に形成されたトナー画像が順次重ねて転写される中間転写ベルトと、中間転写ベルトを張架し駆動する１次駆動ローラと、１次駆動ローラを逆バイアス電位にする逆バイアス用２次転写電源と、中間転写ベルトが１次駆動ローラに架けられる部分で印刷シートを介して接しトナー画像を印刷シート上に転写させる２次転写部と、２次転写部を正バイアス電位にする正バイアス用２次転写電源と、周囲の温湿度を検出する温湿度検出部と、検出された温湿度に基づき正バイアス用および逆バイアス用２次転写電源の動作を制御する制御部を備え、制御部は、検出された温湿度の値に応じて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させることを特徴とするカラー画像形成装置。
【選択図】図２

Description

この発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置およびカラー画像形成方法に関し、詳しくは、中間転写ベルトを備え、多色画像形成を可能としたカラー画像形成装置に関するものである。

近年、オフィス文書のカラー化に伴い、カラー複写機、カラープリンター等、カラー画像形成を可能とした電子写真方式のカラー画像形成装置が開発されている。カラー画像形成装置は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色分の画像形成ユニットでそれぞれトナー画像を形成し、各トナー画像を印刷シート（転写紙ともいう）に重ね合わせて転写（１次転写）することによってカラー画像を形成したのち、一括して印刷シートに転写する２次転写方式を採用する場合が多い。

タンデム方式のカラー画像形成装置においては、転写プロセスは周囲環境に対する安定性を考慮して定電流制御で行うのが一般的であるが、それでもなお周囲環境の影響を受けやすく、１次転写段階において転写濃度不足や転写ヌケ等の転写不良が発生することがある。
この現象をなくすため、従来から転写手段の抵抗値によって、定電流制御と定電圧制御とを切り換える方法が開示されている。

例えば、特許文献１は、感光体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト裏面に配置される１次転写部材に高圧電源からバイアスを供給し前記中間転写ベルト上に１次転写し、このトナー像をバックアップローラに対して圧接される２次転写部材に高圧電源からバイアスを供給し印刷シートに２次転写する画像形成装置に関する。そして、前記１次転写部材の高圧電源は、１次転写のインピーダンスが所定値より大きいときは定電流に、小さいときは定電圧に制御し、前記２次転写部材の高圧電源は、２次転写のインピーダンスが所定値より大きいときは定電流に、小さいときは定電圧に制御することが開示されている。

また、特許文献２は、画像情報に応じたトナー像が形成される像担持体と、この像担持体に圧接し且つ複数本のローラに架設された無端状の中間転写ベルトと、前記像担持体のトナー像を前記中間転写ベルトに転写する１次転写手段と、前記中間転写ベルトに転写して保持されたトナー像を、転写体に一括転写する２次転写手段を有する画像形成装置に関する。そして、前記１次転写手段は動作時間を記憶する動作時間記憶機構を有し、前記１次転写手段への転写高圧電源が切り換え可能な定電圧制御する定電圧制御手段及び定電流制御する定電流制御手段によって制御され、前記定電圧制御手段及び定電流制御手段の切り換えは、前記動作時間記憶機構によって記憶された前記１次転写手段の動作時間が規定値を超えたときに行われることが開示されている。

さらに、２次転写段階で印刷シート上にトナー画像を転写する構造をとる場合には、１次転写と同様に、転写濃度不足や転写ヌケ等の転写不良が発生することがあり、その原因は印刷シートによる場合が多い。
特開２００４−０４６２６２号公報 特開２００７−３１６２１７号公報

特許文献１は、１次転写及び２次転写時のインピーダンスの大きさが所定値より大きい場合に、定電流制御を行う高圧電源を用いるものであるが、必要以上の電圧が印加されてしまう欠点が、また、上記特許文献２は、１次転写時の転写性向上を目的としているが、２次転写時までは考慮していない。

中間転写ベルトおよび２次転写部（２次転写ベルトあるいは２次転写ローラ）を採用するカラー画像形成装置においては、印刷シートの剥離性や搬送性に優れているものの、カラー画像形成装置の高湿環境下の２次転写時では、印刷シートが吸湿により抵抗値が低下する。このため、単に定電流制御を行うと転写に必要な電圧が得られず、濃度不足などの画質劣化を起こしてしまう問題がある。また、低湿環境下の２次転写時では、印刷シートの抵抗が上昇する。このため、定電流制御を行うと必要以上の電圧が印加され、放電等による画質劣化が発生するという問題がある。

また、２次転写時に印刷シートに対してどちら側から転写高圧電源を印加するかによっても大きな違いが起こることが判明した。すなわち、高湿環境下で、２次転写ローラ側から２次転写電圧を印加するいわゆる正バイアス印加方式では、対向電極（１次駆動ローラ）に電流が流れない。電流は、印刷シートを伝って、隣接する部材に逃げるため、転写電流不足になりやすい。逆に、低湿環境下では、１次駆動ローラ側から２次転写電流を印加するいわゆる逆バイアス印加方式では、対向電極（２次転写ローラ）に電流が流れにくい。電流は、中間転写ベルトを伝って流れるため、転写電流が不足しやすい。

この発明は、上記問題点に鑑み、周囲環境の変化による印刷シートの抵抗値の変化（特に、低温低湿下および高温高湿下での変化）に対し、より安定した転写性能が得られるカラー画像形成装置およびカラー画像形成方法を提供するものである。

この発明は、複数の感光体と、前記感光体上にそれぞれ形成されたトナー画像を順次重ねて転写するために各感光体に接して移動する中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトを張架し駆動する１次駆動ローラと、前記１次駆動ローラの周面を逆バイアス電位にするための逆バイアス用２次転写電源と、前記中間転写ベルトが１次駆動ローラの周面に架けられる部分で印刷シートを介して接し前記トナー画像を前記印刷シート上に転写させる２次転写部と、２次転写部を正バイアス電位にするための正バイアス用２次転写電源と、周囲の温湿度を検出する温湿度検出部と、検出された温湿度に基づき正バイアス用２次転写電源および逆バイアス用２次転写電源の動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させて前記印刷シートにトナー画像を転写させることを特徴とするカラー画像形成装置を提供する。
また、異なる観点から、この発明は、複数の感光体と各感光体上にそれぞれ形成されたトナー画像を順次重ねるために各感光体に接して移動する中間転写ベルトと、中間転写ベルトを張架し駆動する１次駆動ローラと、中間転写ベルトが１次駆動ローラの周面に架けられる部分で印刷シートを介して接し前記トナー画像を前記印刷シート上に転写させる２次転写部を備えるカラー画像形成装置に係る画像形成方法であって、周囲の温湿度を検出し、検出された前記温湿度に基づいて、逆バイアス用２次転写電源を用いて１次駆動ローラの周面を逆バイアス電位にすべきか、または、正バイアス用２次転写電源を用いて２次転写部を正バイアス電位にすべきかを決定し、その決定に基づいて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させて前記印刷シートにトナー画像を転写させる処理をコンピュータが実行することを特徴とするカラー画像形成方法を提供する。

この発明において、前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させて前記印刷シートにトナー画像を転写させるので、周囲環境の変化による印刷シートの抵抗値の変化（特に、低温低湿下および高温高湿下での変化）に対し、より安定した転写性能を実現することができる。
この発明において、中間転写ベルトは、複数の感光体上に形成されたトナー画像がその表面に重ねあわされて転写されるものである。通常は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分のトナー画像が重ねあわされフルカラー画像が再現される。ただし、この発明はそれに限定されるものでなく、ブラックと赤など特定色のみを用いるいわゆるマルチカラーや、同じ色成分について高濃度部と低濃度部を重ね合わせる態様なども含む。中間転写ベルトは、例えば、ポリカーボネート等の樹脂にカーボンブラックが混入された無端状のベルトであり、いわゆるタンデム方式のデジタル複合機用に市場で用いられているものであってもよい。

１次駆動ローラは、回転によりその周に架けられた中間転写ベルトを駆動するローラである。１次駆動ローラには、２次転写用の電圧が印加されるため、導電性の材質からなる。トナー画像を重ね合わせる際の位置ずれ（レジストレーション）の精度を確保するために、１次駆動ローラには高い真円度が要求される。そのため、１次駆動ローラの構造の一例としては、アルミニウム製のローラ部材がベアリングを介してステンレス製のシャフトに取り付けられる。ただし、この発明にかかる１次駆動ローラの構成はこれに限定されない。

１次駆動ローラは、逆バイアス用２次転写電源の出力が電気的に接続される。逆バイアス用２次転写電源が動作すると、中間転写ベルトに転写される帯電トナーの極性と逆極性の電圧が１次駆動ローラに印加されるように構成されている。また、逆バイアス用２次転写電源を動作させないときは、１次駆動ローラが接地電位に保たれるように構成される。
２次転写部は、中間転写ベルト上の前記トナー画像を前記印刷シート上に転写させるべく、中間転写ベルトが１次駆動ローラに架かる部分に印刷シートを介して接するように配置される導電性の部材である。後述する実施例では、２次転写ベルトを含む転写ユニットが２次転写部に相当する。２次転写ベルトは、中間転写ベルトと同様の材質からなる無端状のベルトである。ただし、これに限定されず、中間転写ベルトが１次駆動ローラに架かる部分に印刷シートを介して接するように配置される導電性の２次転写ローラが、２次転写部であってもよい。
２次転写ローラは、スチール等の導電性の軸の周囲に導電性ゴムあるいは樹脂からなる弾性層が形成されたものであってもよい。

２次転写部は、正バイアス用２次転写電源の出力が電気的に接続される。正バイアス用２次転写電源が動作すると、中間転写ベルトに転写される帯電トナーの極性と同極性の電圧が２次転写部に印加されるように構成されている。また、正バイアス用２次転写電源を動作させないときは、２次転写部が接地電位に保たれるように構成される。

温湿度検出部は、雰囲気の温湿度を検出する公知の温湿度センサーが適用可能である。また、制御部の具体的態様は、マイクロコンピュータまたはＣＰＵ、制御プログラムを格納するＲＯＭ、マイクロコンピュータの処理のためのワークエリアおよび画像データの記憶領域を提供するＲＡＭなどが実装された制御基板ユニットであり、主として前記マイクロコンピュータまたはＣＰＵが制御プログラムを実行することによりその機能が実現される。制御部は、温湿度検出部の検出結果を読み取り、その検出値に基づいて２次転写電源の動作を制御することができるように回路が構成されている。

以下、この発明の好ましい態様について説明する。
前記正バイアス用２次転写電源および前記逆バイアス用２次転写電源は、その出力特性を定電圧制御または定電流制御にそれぞれ切り換え可能であり、前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて動作すべき電源の出力特性をその温湿度の値に応じて定電圧制御または定電流制御に切り換えるよう制御するようにしてもよい。このようにすれば、周囲の温湿度に応じて定電圧制御または定電流制御に切り換えるので、周囲環境の変化に対してより安定した転写性能を得ることができる。

また、前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて動作すべき電源の定電圧特性の基準電圧値および／または定電流特性の基準電流値をその温湿度の値に応じて決定するようにしてもよい。このようにすれば、周囲の温湿度に応じた定電圧特性の基準電圧値または定電流特性の基準電流値が決定されるので、周囲環境の変化に対してより安定した転写性能を得ることができる。

さらに、温湿度検出部の検出結果に基づいて印刷シートに含まれる絶対水分量を決定するための換算テーブルを格納する格納部をさらに備え、前記制御部は、前記換算テーブルを参照して動作させるべき電源およびその出力特性を決定するようにしてもよい。このようにすれば、周囲の温湿度の検出結果に基づいて印刷シートに含まれる絶対水分量を求め、求められた絶対水分量に応じた制御をおこなうので、周囲環境の変化に対する印刷シートの特性変化を精度よく推測することができ、従って、周囲環境の変化に対し安定した転写性能を得ることができる。

前記２次転写部は、前記中間転写ベルトの移動方向に沿って回転し前記印刷シートを移動させるベルト状の部材を含んでなるものであってもよい。すなわち、２次転写部が２次転写ベルトを含んでいてもよい。

また、前記トナー画像は、帯電したトナーを用いて形成され、前記正バイアス用２次転写電源と前記逆バイアス用２次転写電源は、その出力電圧の極性が互いに異なり、正バイアス用２次転写電源の極性は前記トナーの帯電極性と逆であり、逆バイアス用２次転写電源の極性は前記トナーの帯電極性と同一であってもよい。このようにすれば、温湿度の変化に対して抵抗値の変化が小さい中間転写ベルトおよび２次転写ベルトと温湿度の変化に対して抵抗値の変化が大きい印刷シートの、各抵抗値の大小に応じて正バイアス用２次転写電源と前記逆バイアス用２次転写電源のより適切な方を動作させ、安定した転写性能を得ることができる。

さらにまた、各感光体上に担持されたトナー画像を中間転写ベルト上に転写するため、各感光体に対応して配置され、１次転写電圧が断続的に印加される１次転写ローラと、１次転写ローラにより中間転写ベルトのオモテ面に転写されたトナー画像が２次転写部に達するまでの位置にあって中間転写ベルトの裏面と接しかつ所定の電位に保たれる導電性のローラとをさらに備えていてもよい。このようにすれば、１次転写ローラと１次駆動ローラとの間に、所定電位に保たれた前記導電性ローラが配置されているので、当該ローラが配置されない構成と比較すると、中間転写ベルトに沿って１次駆動ローラへ流れ込む電流が１次転写ローラに印加される断続的な電圧に影響されて変動する現象が抑制される。

前記中間転写ベルトの表面抵抗値が１０^9.5Ω／□以上１０¹¹Ω／□未満であってもよい。
ここで示した種々の好ましい態様は、それら複数を組み合わせることもできる。
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

≪カラー画像形成装置の構成≫
まず、この発明のカラー画像形成装置の機構的な構成についてその概要を説明する。
図１は、この発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。画像形成装置５０は、外部から伝達された画像データに応じて、所定のシートに対して多色および単色の画像を形成するものである。そして、図示するように、露光ユニット１、現像器２、感光体ドラム３、帯電器５、クリーナユニット４、中間転写ベルト（中間転写ベルトユニット）８、定着ユニット１２と、用紙搬送路Ｓ、給紙トレイ１０および排紙トレイ１５等より構成された電子写真方式の画像形成装置である。

なお、本画像形成装置において扱われる画像データは、ブラック（ＫあるいはＢＫ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。従って、現像器２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、帯電器５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は各色に応じてそれぞれ４個ずつ設けられている。それぞれ、符号末尾の英文字は、ａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに対応する。各色に対応した４種類の潜像が各感光体ドラム３の周面に形成される。すなわち、各色に対応した４つの画像ステーションが構成されている。

以下、４つの画像ステーションを代表して、一つの画像ステーションについてその構成を説明する。他の画像ステーションも同様の構成を有している。したがって、符号末尾の英文字は省略する。帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段である。帯電手段としては、図２に示すような非接触型のチャージャー帯電器のほかに、ブラシ型帯電器や接触型のチャージャー型の帯電器ローラが用いられてもよい。

露光ユニット１は、帯電した感光体の表面を選択的に露光する露光手段である。露光手段としては、図１に示すレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）のほかに、ＥＬやＬＥＤなどの発光素子をアレイ状に並べた書込みヘッドを用いてもよい。ＬＳＵ１は、レーザ照射部およびポリゴンミラーを有する。そして、ＬＳＵ１は、レーザ照射部からのレーザビームＬを回転するポリゴンミラーに反射させて偏向し、感光体の表面を走査させる。レーザビームＬは、原稿を読み取って生成され、あるいは外部のコンピュータで生成された画像データに応じて変調されたものである。

画像データで変調されたレーザビームＬで帯電した感光体ドラム３が走査、露光されることにより、感光体ドラム３の表面には、画像データに応じた電位の像（静電潜像）が形成される。現像器２は、それぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を、それぞれＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙのいずれかの色のトナーにより現像（顕像化）するものである。クリーナユニット４は、現像され、後述するように転写された後、感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。

感光体ドラム３の上方には、中間転写ベルトユニット８が配置されている。中間転写ベルトユニット８は、中間転写ベルト７、１次駆動ローラ８−１、中間転写ベルトテンション機構８−３、中間転写ベルト従動ローラ８−２、中間転写ローラ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。
１次駆動ローラ８−１、中間転写ベルトテンション機構８−３、中間転写ローラ６、中間転写ベルト従動ローラ８−２等は、中間転写ベルト７を張架し、矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

中間転写ローラ６は、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルトテンション機構８−３の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されている。中間転写ローラ６には、感光体ドラム３上に形成されたトナー像を、中間転写ベルト７上に転写するための転写バイアス電圧が印加される。
中間転写ベルト７は、各色用の感光体ドラム３にそれぞれ接触するように設けられている。感光体ドラム３の表面に形成された各色のトナー像は、中間転写ローラ６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７に順次転写される。これによって、中間転写ベルト７上にカラーのトナー像（多色トナー像）が多層状に転写される。中間転写ベルト７は、厚さ６０μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムが無端状に形成されたものである。

前述のように、中間転写ローラ６は、中間転写ベルト７の裏側に接触しており、感光体ドラム３から中間転写ベルト７へトナー像を転写させる転写手段である。中間転写ローラ６には、トナー像を転写するために数百ボルト程度の電圧の転写バイアス電圧（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の電圧）が印加される。
中間転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとし、その表面に、導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）が被覆されたローラである。この導電性の弾性材により、中間転写ベルトに対して略均一な電圧を印加することができる。本実施例では、転写手段として手転写ローラを使用しているが、それ以外にブラシ状の転写電極（転写ブラシ）を中間転写ベルト７の裏側に接触させて転写手段とすることもできる。

中間転写ベルト７に転写されたトナー像は、中間転写ベルト７の移動に伴って、２次転写ユニット１１に移動する。なお、変形例として、２次転写ユニット１１が２次転写ベルト１１ａ（この発明の２次転写部に相当する）、駆動ローラ１１ｂ、従動ローラ１１ｃおよびテンションローラ１１ｄを有さず、転写ローラ１１ｅが直接印刷シートを搬送するように構成されていてもよい。その構成の場合、この発明の２次転写部は、転写ローラ１１ｅに相当する。
また画像形成装置周辺の環境条件を測定する温湿度センサー９０を備えている。温湿度センサー９０は、この発明の温度検出部に相当する。

中間転写ベルト７と２次転写ローラ１１ｅは、所定のニップ幅を持つように圧接されている。また、２次転写ローラ１１ｅには、トナー像を後述するシートに転写させるためのバイアス電圧が印加されている（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）。２次転写ローラ１１ｅと前記１次駆動ローラ８−１は、その何れか一方が硬質材料（金属等）からなり、他方が芯金の表面に軟質材料（弾性ゴムローラ、または発泡性樹脂ローラ等々）が被覆された弾性ローラである。これによって、所定幅のニップが定常的に得られる。

感光体ドラム３の表面への接触により、シートに画像を転写する領域以外にも、中間転写ベルト７にトナーが付着する。また、２次転写ローラ１１ｅによってシートへの転写が行われずに中間転写ベルト７上に残存するトナーが存在する。これらのトナーは、次工程でトナーの混色が発生する原因となり得る。このため、中間転写ベルトクリーニングユニット９が設けられており、中間転写ベルト７上のトナーが除去・回収される。中間転写ベルトクリーニングユニット９には、クリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられており、クリーニングブレードの端部が、中間転写ベルト７に接触してトナーを除去する。中間転写ベルトクリーニングユニット９が接触する部分において、中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ８−２で支持されている。

給紙トレイ１０は、画像形成に使用するシートを蓄積しておくためのトレイである。給紙トレイ１０は、画像形成装置５０の露光ユニット１の下方に設けられている。また、本画像形成装置５０の上部には、排紙トレイ１５が設けられている。排紙トレイ１５には、印刷済みのシートがフェイスダウンで排出されて堆積する。

また、本画像形成装置５０には、給紙トレイ１０のシートを２次転写ユニット１１や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５に送るための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。さらに、給紙トレイ１０から排紙トレイ１５までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１６，レジストローラ１４、２次転写ユニット１１、定着部１２、シートを搬送する搬送ローラ２５（２５−１〜２５−８）等が配されている。

搬送ローラ２５−１〜２５−４は、シートの搬送を促進・補助するための、小型のローラであり、用紙搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１６は、給紙トレイ１０の端部に備えられ、給紙トレイ１０から、シートを１枚ずつ用紙搬送路Ｓに供給する。
また、レジストローラ１４は、用紙搬送路Ｓを搬送されてくるシートを、一旦所定位置に停止させるものである。そして、中間転写ベルト７上のトナー像の先端とシートの先端を同期させるタイミングでシートを２次転写ユニット１１へ搬送する機能を有している。

定着ユニット１２は、ヒートローラ３１，加圧ローラ３２，等を備えており、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２は、シートを挟んで回転するようになっている。
また、ヒートローラ３１は、図示しない温度検出器からの信号に基づき、制御基板４０の制御部によって所定の定着温度となるようにその内部に配置された図示しないヒーターが制御される。ヒートローラ３１は、加圧ローラ３２との間を通過搬送されるシートを熱圧着する。これによって、シートに転写された多色トナー像が溶融・混合・圧接し、シートに対して熱定着する。

なお、多色トナー像の定着後のシートは、搬送ローラ２５−５、２５−６によって用紙搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態で（多色トナー像を下側に向けて）、排紙トレイ１５上に排出されるようになっている。

次に、シート搬送経路を詳細に説明する。本画像形成装置には予めシートを収納する給紙カセット１０が配置されている。
給紙トレイ１０の端部には、各々のピックアップローラ１６が配置され、シートを1枚ずつ搬送路に導くようになっている。

給紙カセット１０から搬送されるシートは搬送路中の搬送ローラ２５−１〜２５−４によってレジストローラ１４まで搬送されて停止する。レジストローラ１４は、停止したシートの先端と中間転写ベルト７上のトナー像の先端を整合させるタイミングで停止したシートを２次転写ユニット１１へ送りだす。送り出されたシートは、２次転写ユニット１１で中間転写ベルト７上のトナー像が転写される。その後、シートは定着部１２を通過する。このとき、シート上の未定着トナーは熱で溶融し、定着部１２を通過後は、自然に冷却されてシート上に固着する。その後、シートは搬送ローラ２５−５を経て排紙ローラ２５−６から排紙トレイ１５上に排出される。

排紙トレイ１５の下方には、制御基板４０が配置されている。制御基板４０は、画像形成装置５０の各部の動作を制御するためのマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータが実行する制御プログラムを格納するＲＯＭ、マイクロコンピュータの処理のためのワークエリアおよび画像データの記憶領域を提供するＲＡＭを有する。前記マイクロコンピュータは、制御プログラムを実行することによって制御部として機能する。前述した画像形成、トナー像の転写、シートの搬送や定着部の温度制御などは、制御部の機能によって実現される。また、前記制御部は、この発明に係る２次転写電源の動作および後述する切換手段７０を制御する。

また、制御基板４０は、入力回路と出力回路を有している。入力回路には、画像形成装置５０内の各部に配置されたセンサーからの信号が入力され、マイクロコンピュータが入力された信号を用いて処理を行えるように構成されている。出力回路は、各部に配置された負荷を駆動するための信号を出力する回路である。

≪２次転写部付近の構成≫
図２は２次転写前後の配置を模式的に示したものである。最後に位置する感光体ドラム３ａにはマイナストナー（黒丸で示す）が担持されており、１次転写ローラ６ａにプラス電圧が印加されて中間転写ベルト７へ転写され、矢印Ａ方向に進んでいく。
２次転写段階で転写高圧電源がＯＮされるタイミングは、２次転写部へ印刷シート６０６０が給送されるタイミングと同期している。

２次転写方式としては、２次転写ローラ１１ｅから１次駆動ローラ（２次転写部に対向するローラ）８−１に対して正バイアス用２次転写電源７１よりプラス電流を印加する方式と、１次駆動ローラ８−１から２次転写ローラ１１ｅに対して逆バイアス用２次転写電源７２よりマイナス電流を印加する方式とがあるが、この発明では、２つの転写方式を切換える切換手段７０を備えている。切換手段７０は、前記制御部によって制御される。なお、変形例として、正バイアス用２次転写電源７１および逆バイアス用２次転写電源７２が、各電源の電圧発生をオン／オフする制御入力信号を有し、前記制御部が各電源の制御入力信号を制御してそれらの動作を制御するようにしてもよい。

さらに、図３は２次転写前帯電手段（ＰＴＣ、Ｐｒｅ Ｔｒａｎｆｅｒ Ｃｈａｒｇｅｒ）が配置された部分を模式的に示したものである。ＰＴＣの目的は、中間転写ベルト７上のマイナストナー（黒丸）に対して、帯電量不足による２次転写性の低下を防止するために、マイナス電圧を印加するものである。
また図５では、中間転写ベルト７を挟んでＰＴＣ８０に対向する位置にＰＴＣ対向ローラ８１が配備されている。ＰＴＣ対向ローラ８１は、中間転写ベルト７を張架させてＰＴＣとの距離を一定にさせることができる。また、それ自体は接地されているため、電流が中間転写ベルトを伝って広がるのを防止できる。ＰＴＣ対向ローラ８１は、この発明において、「１次転写ローラにより中間転写ベルトのオモテ面に転写されたトナー画像が２次転写部に達するまでの位置にあって中間転写ベルトの裏面と接するように配置され、所定の電位に保たれる導電性のローラ」に相当するものである。
なお、ＰＴＣ８０がＯＮされるタイミングは、２次転写部へ転写紙が給送されるタイミングと同期し、中間転写ベルト７上のトナー画像の先端がＰＴＣ８０の真上に来る約２００ｍｓｅｃ前にＯＮさせるように制御する。従い、１次転写ローラ６ａとＰＴＣ８０とが電圧が印加されるタイミングは、１次転写ローラ６ａの方が早くなる。

≪２次転写電源の制御≫
ここで、具体例について説明する。
画像形成装置の環境条件は、温湿度センサー９０を用いて測定する。測定される温湿度の全範囲を予めＡ〜Ｅの５つの領域に分割し、各領域に対応していずれの２次転写電源を動作させるか、および、動作させる２次転写電源の出力特性が、予備実験の結果に基づいて予め定められている。図４に示すような水分量データにおいて、各データがＡ〜Ｅのどの領域に相当するかが定義されている。従って、温湿度センサー９０の測定結果が、どの領域に属するかが判断できる。例えば、２８℃、８０％では、絶対水分量は２１．７６ｇ／ｍ３であるが、その測定結果はＥの領域に入っている。そこで、表１に示す領域に対応させた２次転写方式を採用する。

２８℃、８０％では、絶対水分量の領域Ｅが２次転写時に選択される。
基本的に、領域ＢＣＤについては、正バイアス用２次転写電源を動作させ、定電流制御を行うものとする。
なお、この発明では、定電圧制御方式では、基準電圧を１．５ＫＶに固定し、定電流制御方式では、基準電流を３０μＡに固定して実施した。ただし、前記基準電圧、基準電流は測定された温湿度に応じて切り換えるようにしてもよい。

≪実験例≫
実施例１
図３に示す２次転写形態において、画像形成装置を各Ａ〜Ｅの環境に設置して、上記表１に示す２次転写方式で転写性を評価した。
２次転写性の評価方法としては、中間転写ベルト上に黒トナーのみを０．５ｍｇ／ｃｍ²の量を担持させた全面ハーフトーン画像を印刷シート６０に２次転写し、定着を実施した転写紙上の反射濃度をマクベス濃度計（商品名：ＲＤ９１４、マクベス社製）にて測定した。測定ポイント５０点を無作為に抽出し、その光学反射濃度のバラツキがどの程度あるか測定した。

比較例１、２
２次転写方式として、定電流制御だけのもの、定電圧制御だけのものを用いて実施例１と同様のテストを行った。
実施例２
図５に示す２次転写前帯電に対向するＰＴＣ対向ローラ８１を採用した形態において、実施例１と同様のテストを行った。
なお、これまでのテストでは、中間転写ベルトおよび２次転写ベルトの表面抵抗は、全て１０¹⁰Ω／□のものを用いた。
それらの結果を表２に示す。

実施例１、２では、どの環境下においても同レベルの２次転写性を維持することができる。また、ＰＴＣ対向ローラ８１を有する方が、低温低湿から高温高湿までの光学反射濃度のフレを小さく抑えることができる。ＰＴＣ対向ローラ８１は、２次転写電流が１次転写ローラにまで逃げていくことを防止する効果を有すると考えられる。ＰＴＣ対向ローラ８１を配置することにより、周囲環境の変化に対してより安定した２次転写を実現することができる。
それに対し、比較例１では、低温低湿時の濃度はキープできるが、高温高湿になると光学反射濃度が低下する。この理由としては、高温高湿になると印刷シート６０の吸湿が多くなり印加した転写電流の殆どが印刷シート６０に流れてしまうからである。また、低温低湿時には転写抜けなどの画質欠陥が発生する。
比較例２では、見かけ全領域において光学反射濃度が確保できているが、高温高湿になると実質的な転写に寄与する電流が目減り（印刷シート６０を介して流れる電流が増える）ため、転写電流が極端に多く必要となる欠点がある。

実施例３
中間転写ベルト７の抵抗値の影響について検討を行った。抵抗値の測定器としては、ハイレスター（商品名：ダイアインスツルメンツ製）を用いた。なお、抵抗値の調整には、中間転写ベルト７中の導電材であるカーボンブラックの含有量を変化させることで行った。
また、評価方法としては、同様に感光体ドラム３ａに黒トナーを０．５ｍｇ／ｃｍ²の量を担持させたときの２次転写性を、環境条件Ｎ／Ｎ（２５℃、６０％）で測定した。そのときの２次転写条件は表１に従った。
その結果を表３に示す。

以上より、１０⁹Ω／□では、１次転写濃度が確保できず、１０¹²Ω／□ではＨ／Ｈ環境で抵抗値が低下してしまう関係から、実使用上の問題があることが判明した。従い、中間転写ベルトの表面抵抗が１０^9.5Ω／□から１０¹¹Ω／□の範囲であれば、特に問題を発生させず良好であることがわかる。量産時の抵抗値のばらつきを考慮すれば、特に１０¹⁰Ω／□が好ましい。

≪周囲環境の変化に対する正バイアス／逆バイアス切り換えの効果≫
以下、周囲環境に応じて正バイアスと逆バイアスを切り換える効果について、発明者の知見をより詳細に述べる。

図６は、図５の説明図に対応する２次転写付近の構成を示す説明図であって、この発明のカラー画像形成装置において、高湿環境下で正バイアスでの２次転写を行った場合、転写電流の一部が２次転写ベルトの駆動ローラ１１ｂ、従動ローラ１１ｃへ逃げていく様子を示す説明図である。図７は、図６の１次駆動ローラ８−１と２次転写ローラ１１ｅとの間をさらに拡大して示した説明図である。図６で、印刷シート６０の抵抗をRsheet、中間転写ベルト７および２次転写ベルト１１の抵抗はいずれも等しいとしてRbeltで示している。ここで、RbeltはRsheetに比べて環境依存が殆どないことを前提としている。

常湿環境下では、正バイアス、定電流制御で２次転写が問題なく行われるが、高湿環境下では、中間転写ベルトに比べて印刷シート６０の抵抗が低い（Rsheet＜Rbelt）。このため、正バイアスでの２次転写を行った場合、２次転写ローラ１１ｅから流出した２次転写電流は、導電性の２次転写ベルト１１を通過後、より抵抗の低い印刷シート６０に沿う方向へ流れてしまう（図７（ａ）参照）。したがって、１部の電流しかトナー層ＴＬまで到達しないため、２次転写が不十分になる。図６および図７（ａ）の例では、２次転写ローラに流れる全電流が＋１００μＡであり、このうち印刷シート６０に沿って＋８０μＡの電流が流れていき、残りの＋２０μＡが２次転写に実質的に寄与していることを示す。

そこで、逆バイアスでの２次転写とすると、１次駆動ローラ８−１へ流れ込む電流のうち、印刷シート６０に沿って流れ込む電流および２次転写ローラ１１ｅから流れ込む電流は、いずれもトナー層を通過した後、中間転写ベルト７を経て１次駆動ローラ８−１に流れ込む（図７（ｂ）参照）。このように、逆バイアスで２次転写を行うと、印刷シート６０に沿って流れ込む電流も２次転写に寄与するため、高湿環境下での２次転写が安定する。

一方、低湿環境下では、中間転写ベルトに比べて印刷シート６０の抵抗が高い（Rsheet＞Rbelt）。
図８は、この発明のカラー画像形成装置において、低湿環境下で逆バイアスでの２次転写を行った場合、転写電流の一部が中間転写ベルトに沿ってＰＴＣ対抗ローラ８１および１次転写ローラ６等へ逃げていく様子を示す説明図である。図９は、図８の１次駆動ローラ８−１と２次転写ローラ１１ｅとの間をさらに拡大して示した説明図である。

高湿環境下と同様に逆バイアスでの２次転写を行うと、１次駆動ローラ８−１へは、抵抗の高い印刷シート６０から流れ込む電流の他に、中間転写ベルト７に沿って配置される部材、例えば、ＰＴＣ対向ローラ８１等から中間転写ベルト７に沿って流れ込む電流が加わる（図８および図９（ａ）参照）。なお、図２のようにＰＴＣ対向ローラ８１が配置されていない構成では、１次転写ローラ６から中間転写ベルト７に沿って流れ込む電流が加わる。したがって、１次駆動ローラ８−１へ流れ込む電流の１部のみがトナー層ＴＬを通過するに過ぎず、２次転写が不十分になる。図８および図９（ａ）の例では、１次駆動ローラ８−１に流れる全電流が−１００μＡであり、このうち中間転写ベルト７に沿って流れ込む電流が−８０μＡであり、残りの−２０μＡが２次転写に実質的に寄与していることを示す。

そこで、正バイアスでの２次転写とすると、２次転写ローラ１１ｅから流出した電流の大半は、トナー層ＴＬおよび中間転写ベルト７を経て１次駆動ローラ８−１へ流れる。低湿環境下では、印刷シート６０の抵抗が中間転写ベルトの抵抗よりも高いからである（図９（ｂ）参照）。このように、２次転写ローラ１１ｅから流出した電流の大半が２次転写に寄与するため、低湿環境下での２次転写が安定する。例えば、２次転写ローラ１１ｅから流出する全電流が＋１００μＡの場合、印刷シート６０や中間転写ベルト７に沿って逃げる電流は＋１０μＡであり、１次駆動ローラ８−１へ＋９０μＡの電流が流れていく。実際には、２次転写ローラ１１ｅに流す電流を約＋３０μＡに抑えても良好な２次転写性能を得ることができる。

以上、添付図面を参照しながらこの発明の好適な実施形態について説明したが、この発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然にこの発明の技術的範囲に属するものと解される。

この発明の実施形態の一例として示すカラー画像形成装置を模式断面図である。 図１に示すこの発明のカラー画像形成装置における２次転写付近を拡大して示す説明図である。 図２と異なる態様を示す説明図であり、この発明のカラー画像形成装置において、２次転写前帯電手段（ＰＴＣ）を設置した態様の説明図である。 この発明のカラー画像形成装置において、絶対水分量の領域を示すテーブルの一例を示す説明図である。 図３とさらに異なる態様を示す説明図であり、この発明のカラー画像形成装置において、ＰＴＣに対向する位置に導電性ローラ（ＰＴＣ対向ローラ）を設置した場合の概略図である。 この発明のカラー画像形成装置において、高湿環境下で正バイアスでの２次転写を行った場合に、転写電流が流れる経路を示す説明図である。 この発明のカラー画像形成装置において、図６の１次駆動ローラ８−１と２次転写ローラ１１ｅとの間をさらに拡大して示した説明図である。（ａ）は正バイアス、（ｂ）は逆バイアスである。 この発明のカラー画像形成装置において、低湿環境下で逆バイアスでの２次転写を行った場合に、転写電流が流れる経路を示す説明図である。 この発明のカラー画像形成装置において、図８の１次駆動ローラ８−１と２次転写ローラ１１ｅとの間をさらに拡大して示した説明図である。（ａ）は逆バイアス、（ｂ）は正バイアスである。

符号の説明

６ １次転写ローラ
７ 中間転写ベルト
８−１ １次駆動ローラ
１１ ２次転写ユニット
１１ａ ２次転写ベルト
１１ｂ 駆動ローラ
１１ｃ 従動ローラ
１１ｄ テンションローラ
１１ｅ ２次転写ローラ
５０ 画像形成装置
６０ 印刷シート
７０ 切換手段
８０ ＰＴＣ
８１ ＰＴＣ対向ローラ
９０ 温湿度センサー

Claims (9)

1. 複数の感光体と、
   前記感光体上にそれぞれ形成されたトナー画像を順次重ねて転写するために各感光体に接して移動する中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルトを張架し駆動する１次駆動ローラと、
   前記１次駆動ローラの周面を逆バイアス電位にするための逆バイアス用２次転写電源と、
   前記中間転写ベルトが１次駆動ローラの周面に架けられる部分で印刷シートを介して接し前記トナー画像を前記印刷シート上に転写させる２次転写部と、
   ２次転写部を正バイアス電位にするための正バイアス用２次転写電源と、
   周囲の温湿度を検出する温湿度検出部と、
   検出された温湿度に基づき正バイアス用２次転写電源および逆バイアス用２次転写電源の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させて前記印刷シートにトナー画像を転写させることを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 前記正バイアス用２次転写電源および前記逆バイアス用２次転写電源は、その出力特性を定電圧制御または定電流制御にそれぞれ切り換え可能であり、
   前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて動作すべき電源の出力特性をその温湿度の値に応じて定電圧制御または定電流制御に切り換えるよう制御する請求項１に記載のカラー画像形成装置。
3. 前記制御部は、検出された温湿度の値に応じて動作すべき電源の定電圧特性の基準電圧値および／または定電流特性の基準電流値をその温湿度の値に応じて決定する請求項２に記載のカラー画像形成装置。
4. 温湿度検出部の検出結果に基づいて印刷シートに含まれる絶対水分量を決定するための換算テーブルを格納する格納部をさらに備え、
   前記制御部は、前記換算テーブルを参照して動作させるべき電源およびその出力特性を決定する請求項３に記載のカラー画像形成装置。
5. 前記２次転写部は、前記中間転写ベルトの移動方向に沿って回転し前記印刷シートを移動させるベルト状の部材を含んでなる請求項１〜４の何れか一つに記載のカラー画像形成装置。
6. 前記トナー画像は、帯電したトナーを用いて形成され、
   前記正バイアス用２次転写電源と前記逆バイアス用２次転写電源は、その出力電圧の極性が互いに異なり、正バイアス用２次転写電源の極性は前記トナーの帯電極性と逆であり、逆バイアス用２次転写電源の極性は前記トナーの帯電極性と同一である請求項１〜５の何れか一つに記載のカラー画像形成装置。
7. 各感光体上に担持されたトナー画像を中間転写ベルト上に転写するため、各感光体に対応して配置され、１次転写電圧が断続的に印加される１次転写ローラと、
   １次転写ローラにより中間転写ベルトのオモテ面に転写されたトナー画像が２次転写部に達するまでの位置にあって中間転写ベルトの裏面と接しかつ所定の電位に保たれる導電性のローラとをさらに備える請求項１〜６の何れか一つに記載のカラー画像形成装置。
8. 前記中間転写ベルトの表面抵抗値が１０^9.5Ω／□以上１０¹¹Ω／□未満である請求項１〜７の何れか一つに記載のカラー画像形成装置。
9. 複数の感光体と各感光体上にそれぞれ形成されたトナー画像を順次重ねるために各感光体に接して移動する中間転写ベルトと、中間転写ベルトを張架し駆動する１次駆動ローラと、中間転写ベルトが１次駆動ローラの周面に架けられる部分で印刷シートを介して接し前記トナー画像を前記印刷シート上に転写させる２次転写部を備えるカラー画像形成装置に係る画像形成方法であって、
   周囲の温湿度を検出し、
   検出された前記温湿度に基づいて、逆バイアス用２次転写電源を用いて１次駆動ローラの周面を逆バイアス電位にすべきか、または、正バイアス用２次転写電源を用いて２次転写部を正バイアス電位にすべきかを決定し、
   その決定に基づいて正バイアス用２次転写電源または逆バイアス用２次転写電源の何れか一方を動作させて前記印刷シートにトナー画像を転写させる処理をコンピュータが実行することを特徴とするカラー画像形成方法。

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