JP4622599B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーからなる画像を記録媒体に形成するプリンタ、複写機、複数の機能を兼備する複合機等の画像形成装置に係り、特に、その画像を構成するトナー像を中間転写体に一時的に転写させた後に記録媒体に最終的に転写する中間転写方式を利用した画像形成装置に関するものである。

中間転写方式を利用する画像形成装置においては、一般にトナー像の中間転写体から記録媒体への二次転写を良好に行えるようにすることが重要な課題の１つになっている。

従来においても、その二次転写の転写効率を高めて高画質のカラー画像を得るようにする観点から、像担持体のトナー像を中間転写体に転写する一次転写位置から二次転写位置の間に中間転写体上のトナー像の電荷を減少させる除電手段を設置した画像形成装置が提案されている（特許文献１など）。この装置では、中間転写体上のトナー像の帯電量を低下しすぎることなく調整できるため、二次転写時の転写効率の低下を防止できるとされている。

また、環境にかかわらず中間転写体上のトナートライボを適正に制御して安定した転写が行えるようにする目的から、一次転写部と二次転写部の間に中間転写体上のトナー像を帯電させる帯電器と、環境を検知する検知センサを設け、その検知センサが検知する環境に基づいて帯電器に印加する帯電バイアスを変化させて中間転写体上のトナー像の帯電量を変化させるようにした画像形成装置が提案されている（特許文献２など）。この装置では、たとえば低湿環境下では中間転写体上のトナーに対する帯電量を低く、高湿環境下では帯電量を大きくすることで、トナートライボを適正に制御して安定した二次転写ができるとされている。しかも、両面プリント時の第２面目に対しては帯電器の出力を減少させることで、その２面目の転写不良を防止できるとされている。
特開平４−１３８４８２号公報 特開平１１−３５２７９３号公報

しかしながら、このような従来の中間転写方式を利用した画像形成装置においても、次のような問題点がある。

まず、その除電手段や帯電器としてコロナ放電器を使用することが明示されているが、このようなコロナ放電器を使用してコロナ放電により除電や帯電を行った場合には、かかるコロナ放電により中間転写体の表面に放電生成物が付着してその表面エネルギー（水の接触角などで現される）が著しく低下することになる。この結果、文字やパイルハイトの高い画像部の二次転写不良に起因した中抜けなどの画質欠陥が発生するようになったり、また、その中間転写体の寿命が短くなってしまう。

このような中間転写体に付着する放電生成物を除去するために、その中間転写体表面を削るような作用を持つ除去手段を追加して設ける対策も考えられるが、この場合は、コストアップの要因となり好ましくない。

また、二次転写部から転写後に排出される記録用紙の裏面がその排出側に設置される用紙搬送ガイド部材に接触した際などにおいて、その二次転写部で中間転写体から記録用紙が分離するときに発生する剥離放電により記録用紙との静電吸着力の低下したトナーが飛散することがある。

この対策として、二次転写部とその排出側の用紙搬送ガイド部材の間に、先尖形状の電極板を設置するとともにその電極板にトナーと同極性のバイアスを印加することが考えられる。しかし、この対策の場合は、かかる極性のバイアスの印加により中間転写体から剥離した後の記録用紙がさらに帯電されるため、その記録用紙が排出側の用紙搬送ガイド部材に部分的に静電吸着して三次元的にねじれた状態となり、二次転写部の後工程となる定着装置に送られるときの送り姿勢がそのねじによって悪化した状態になったままで定着装置に導入されることにより、その定着後の用紙に不要なしわが発生する、いわゆる定着しわの発生原因になることがある。

また、このような記録用紙の送り姿勢の悪化を防止するため、その電極板にトナーと逆極性のバイアスを印加して記録用紙を除電することが有効であると考えられるが、この場合は、その除電により記録用紙と転写トナーとの静電吸着力が低下することになるため、前記トナーの飛散現象を防止できなくなるという欠点がある。

この他、従来の画像形成装置にあっては、特に高湿環境下において黒色トナーの二次転写不良が発生しやすいという問題がある。

本発明は、以上のような問題点等に鑑みてなされたものであり、中間転写体に放電生成物が付着することに起因した画像中抜け等の不具合が発生することなく、二次転写時におけるトナーの飛び散りや転写不良を防止することができる画像形成装置を提供するものである。

本発明の画像形成装置は、複数色のトナー像を形成する作像装置と、この作像装置で形成される複数色のトナー像が重ね合わされるように一次転写されて搬送される中間転写体と、この中間転写体に当該トナー像を一次転写電流を印加した状態で静電的に転写させる一次転写手段と、この一次転写手段で前記中間転写体に一次転写されたトナー像をシート状の記録媒体に二次転写電流を印加した状態で静電的に一括して転写させる二次転写手段とを有する画像形成装置であって、前記中間転写体に一次転写される所定のトナー像の表面電位を測定する表面電位測定手段と、この表面電位測定手段で測定されるトナー像の表面電位情報に基づいて前記一次転写手段に印加する一次転写電流を調整する制御手段とを設けたことを特徴とするものである。

ここで、上記表面電位測定手段で測定されるトナー像の表面電位からトナーの実際の状況と湿度環境等を予測判断する。制御手段では、このトナー像の表面電位の情報から予め準備する各表面電位に対する一次転写電流を選定する。

この画像形成装置においては、その制御手段は、前記記録媒体の表裏両面に画像を形成する際に、その記録媒体の１面目および２面目で前記一次転写手段に印加する一次転写電流を異なる値に調整するように構成するとよい。

この場合における制御手段は、前記表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値以外の値であるときに、前記一次転写手段に印加する一次転写電流の値を記録媒体の１面目よりもその２面目の方を相対的に大きくするように調整するようにするとよい。

一方、この場合における制御手段は、前記表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値であるときに、前記一次転写手段に印加する一次転写電流の値を記録媒体の２面目よりもその１面目の方を相対的に大きくするように調整するようにするとよい。

また、上記いずれかの画像形成装置においては、その制御手段は、前記作像装置で形成される黒色のトナー像を前記中間転写体に最後に一次転写させるときに印加する一次転写手段の一次転写電流を調整するようにするとよい。

このような画像形成装置によれば、中間転写体上のトナー像の表面電位に応じて一次転写電流が調整されるので、二次転写前の中間転写体上にあるトナー像の帯電量（電荷量）を湿度環境に影響されることなくほぼ所望の状態に保つことができるようになり、トナーの飛び散りや転写不良のない、良好な二次転写を確実に行なうことができる。また、中間転写体に対してコロナ放電器を設置して使用しないため、中間転写体にコロナ放電による放電生成物が付着することに起因した画像中抜け等の不具合が発生することもない。

また、この画像形成装置において、記録媒体の表裏両面に画像を形成する際、その記録媒体の１面目および２面目で一次転写電流を異なる値に調整する場合には、二次転写前の中間転写体上にあるトナー像の帯電量を記録媒体の表裏面の状況の違いに影響されることなくほぼ所望の状態に保つことができるようになり、トナーの飛び散りや転写不良のない、より良好な二次転写を確実に行なうことができる。

表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値以外の値であるとき（すなわち常温常湿や低温低湿に相応する範囲の値のとき）に、一次転写電流の値を記録媒体の１面目よりもその２面目の方を相対的に大きくするように調整する場合には、第２面目は熱定着工程の通過により記録媒体の含水率が低くその抵抗も高い状態にあるなかで中間転写体上の第２面用のトナー像の帯電量が第１面用のトナー像のそれよりも増加した状態になり、特に低湿環境等においてもトナーの飛び散りのない、より良好な二次転写を確実に行なうことができる。

一方、表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値であるときに、一次転写電流の値を記録媒体の２面目よりもその１面目の方を相対的に大きくするように調整する場合には、高湿環境下であり２面目よりも１面面の方が記録媒体の含水率が高くその抵抗も小さい態にあるなかで中間転写体上の第１面用のトナー像の帯電量が第２面用のトナー像のそれよりも増加した状態になり、特に高湿環境でも転写不良のない、より良好な二次転写を確実に行なうことができる。

さらに、これらの画像形成装置において作像装置で形成される黒色のトナー像を中間転写体に最後に一次転写させるときに印加する一次転写電流を調整する場合には、その調整によるトナー像の帯電量を簡易かつ的確に調整することができるようになり、良好な二次転写を容易に実現することができる。

図１〜図２は本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置を示すものであり、図１はその全体の構成を示す概要図、図２はその要部を示す説明図である。

このカラー画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を専用に形成する４つの作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを備えており、この各作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）において形成する上記４色のトナー像を中間転写ベルト２０の表面に重ね合わせるように一次転写させた後、その中間転写ベルト２０から記録媒体としての記録用紙Ｐ側に二次転写させることにより、いわゆるフルカラー画像を形成することが可能なものである。

この他にも、このカラー画像形成装置１は、４つの作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のうちブラック用の作像ユニット１０Ｋのみを稼動することにより白黒画像を形成したり、作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ）のすべてを稼動することにより三重黒色（プロセスブラック）の画像を形成したり、作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ）の１または２を稼動することにより単色のカラー画像を形成することも可能なものである。

作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、いずれも、電子写真プロセスにより前記４色の各トナー像をそれぞれ形成するものであり、装置本体のほぼ中央部で中間転写ベルト２０の下方側となる位置に水平状態に間隔をあけた状態で配設されている。また、これらの作像装置１０は、中間転写ベルト２０の回転方向上流側からイエロー用作像ユニット１０Ｙ、マゼンタ用作像ユニット１０Ｍ、シアン用作像ユニット１０Ｃ、ブラック用作像ユニット１０Ｋの順で配置されている。

また、この各作像ユニット１０はいずれも、基本的に、所定の速度で矢印方向に回転駆動されるドラム基体の外周面に有機感光層等が形成された感光ドラム１１と、この感光ドラム１１の表面を一様に帯電する帯電装置１２と、帯電後の感光ドラム１１の表面に画像情報に応じた光を露光して静電潜像を形成する潜像形成装置１３と、その静電潜像を所定の色の現像剤で現像する現像装置１４と、その現像により形成されるトナー像を中間転写ベルト２０に静電的に転写させる一次転写装置１５と、感光ドラム１１の表面を清掃するブレード方式のドラム用クリーニング装置１６とを同様に備えている。

このうち帯電装置１２としては、帯電ロールを用いた接触帯電式の帯電装置が使用されている。潜像形成装置１３としては、レーザ光走査型の書き込み装置が使用されている。この潜像形成装置１３は、原稿読取装置や外部接続機器から入力される画像情報を処理する画像処理部１７から出力される画像信号に基づいて駆動する。現像装置１４としては、現像剤として非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を利用する二成分現像装置が使用されている。

また、一次転写装置１５としては、中間転写ベルト２０を挟んで感光ドラム１１に接触して回転し得るように配置される転写ロール１５ａと、この転写ロール１５ａに対してトナーの帯電極性（本例ではマイナス極性）と逆極性の直流電圧からなる一次転写バイアスを印加する一次転写用電源装置１８とで構成される接触方式の装置が使用されている。一次転写用電源装置１８は、定電流制御方式により所定の出力値からなる一次転写バイアスを印加するように構成されている。

このような各作像ユニット１０においては、矢印方向に回転する感光ドラム１１の表面が、帯電装置１２によって一様に帯電処理された後、その帯電表面に潜像形成装置１３から色分解された画像信号に応じたレーザビームが走査露光されることによって静電潜像が書きこまれる。続いて、その潜像が現像装置１４から供給される二成分現像剤のトナーにより現像されて所定の色のトナー像として形成された後、そのトナー像が感光ドラム１１と一次転写装置の転写ロール１５ａの間を通過する中間転写ベルト２０の表面に順次静電的に一次転写される。一次転写後の感光ドラム１１の表面は、ドラム用クリーニング装置１６のブレードによって残留トナー等が除去されて清掃される。

次に、上記中間転写ベルト２０は、導電材等を含有させて体積抵抗率を調整したポリイミドフィルム等のベルト基材上に、シリコーンゴム等の表面層を積層形成した２層構造の無端状のベルトである。また、中間転写ベルト２０は、駆動ロール２１、二次転写部のバックアップロール２２、複数の従動ロール２３、２４ａ、２４ｂ…に張架されるとともにその従動ロール２４ａ、２４ｂの間で前記各作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の感光ドラム１１とそれぞれ接するような状態で配設され、駆動ロール２１の回転動力により矢印Ｂ方向に回転走行するようになっている。従動ロール２３は、中間転写ベルト２０に一定の張力を付与するテンションロールである。

この中間転写ベルト２０の周囲には、中間転写ベルト２０をバックアップロール２２に押し当てて二次転写部の圧接域を形成する二次転写ロール２５が配設されている。また、バックアップロール２２に対して中間転写ベルト２０上のトナー像の帯電極性と同極性の直流電圧からなる二次転写バイアスを供給するための二次転写用電源装置２６が設置されている。この電源装置２６からは、その二次転写バイアスがバックアップロール２２の導電性軸に接触する給電部材を介して供給されるようになっている。二次転写ロール２５には、そのロール周面を清掃するクリーニング装置２７が設置されている。

また、中間転写ベルト２０の駆動ロール２１と対向する位置には、そのベルト２０の表面を清掃するブレード方式のベルト用クリーニング装置２８が配設されている。さらに、中間転写ベルト２０の内周面側には、そのベルト内周面に付されたホームポジションマークを検知するマーク検知センサ２９ａや、そのベルト側端部を検知するエッジ検知センサ２９ｂが配設されている。

このような中間転写ベルト２０に（多重）転写されたトナー像は、そのベルト２０の回転に伴ってバックアップロール２２と対向して配置される二次転写ロール２５と対向する二次転写部まで搬送される。そして、二次転写部において中間転写ベルト２０上のトナー像は、そのトナー像の作像および二次転写タイミングに合わせて潜像形成装置１３の下方側に配設されている用紙収容トレイ３０から用紙送出機構３１により送り出され、レジストロール３２等が配された給紙搬送路Ｒ１を通して二次転写部まで搬送される所定サイズの記録用紙Ｐに対し、静電的に二次転写される。

二次転写後の中間転写ベルト２０の表面は、ベルト用クリーニング装置２６のブレードによって残留トナー等が除去されて清掃される。図中の符号３３、３４は二次転写部に対する導入側および排出側の各用紙搬送ガイド、３５は除電針板であり、矢付き一点鎖線は記録用紙Ｐの搬送経路を示す。二次転写ロール２５と排出側用紙搬送ガイド３４は接地されている。除電針板３５には、一定のバイアス電圧が印加されている。

また、中間転写ベルト２０からトナー像が転写された記録用紙Ｐは、二次転写部を通過する際に中間転写ベルト２０から自然に剥離された後、排出側の各用紙搬送ガイド３５に誘導されて、定着装置４０における加熱ロール４１と加圧部材（加圧パッドや加圧ロールなど）４２の圧接域を通過するように送り込まれる。そして、記録用紙Ｐは、この定着装置４０の圧接域の通過により加熱加圧されて定着処理がなされた後、排出ロール４３によって装置本体の外（用紙排出収容部１ａ）に排出される。以上のプロセスを経ることにより、記録用紙Ｐに所望のフルカラー画像、白黒画像、単色カラー画像などが形成される。

このカラー画像形成装置１では、両面画像形成を行なことも可能である。その両面画像形成時には、記録用紙Ｐの片面（第１面）へのトナー像の定着工程が終了すると、その記録用紙Ｐをスイッチバック式により搬送して両面用再送路Ｒ２を有する両面用搬送ユニット４５に送り込んでから前記給紙搬送路Ｒ１に合流させるように再送し、表裏面が反転した状態でレジストロール３２のところまで送る。その後、記録用紙Ｐはその他面（第２面）へのトナー像の二次転写タイミングにあわせて二次転写部に送り込まれる。

そして、このカラー画像形成装置１においては、図２に示すように、装置内の各部位の動作などを総括管理して制御するマイクロコンピュータ等からなるシステム制御装置５０により、一次転写用電源装置１８および二次転写用電源装置２６に関係する動作について以下のような制御が行われるようになっている。

一次転写用電源装置１８については、その一次転写バイアスの値や印加タイミングなどが制御されるほか、特に中間転写ベルト２０の回転方向最下流側に位置するブラック用作ユニット１０Ｋの一次転写用電源装置１８Ｋから出力すべき一次転写バイアス（電流）の値が、図２や図３に示すように、中間転写ベルト２０上に形成される基準パッチ像（トナー像の１種）の表面電位を検知する表面電位計６０からの検知情報に基づいて選択される。また、このときのブラック用の一次転写バイアスの値は、図３に示すように、記録用紙Ｐの第１面（Ｓｉｄｅ１）および第２面（Ｓｉｄｅ２）ごとに調整されるとともに、画像形成時のプロセス速度（高速：High speed、中速：Mid speed、低速：Low speed）ごとにも調整される。プロセス速度は、形成する画像の種類や記録用紙の種類（厚さ）に応じて選択される。プロセス速度は、たとえば高速で２０８mm/sec、中速で１６５mm/sec、低速で１０４mm/secにそれぞれ設定される。

二次転写用電源装置２６については、その二次転写バイアス（電流）の値や印加タイミングなどが制御される。特にその電圧値については、フルカラー画像、白黒画像、単色カラーなどの画像種に応じて選定されたり、あるいは二次転写部の合成抵抗値などに応じて調整される。

表面電位計６０は、図２に示すように、中間転写ベルト２０の回転方向最下流側に配置の作像ユニット１０Ｋと二次転写部の間となるベルト外周面に対向した状態で配置する測定プローブ（たとえばトレック社製：表面電位計）が使用される。この測定プローブは、中間転写ベルト２０の従動ロール２４の１つを対向電極として利用して中間転写ベルト２０上に形成される所定のトナー像の表面電位を測定することができる。このような表面電位計６０は、その検知情報を送信するため制御装置５０に接続されている。

また、表面電位計６０による表面電位の測定は、電源投入時、インターイメージ通過時などの表面電位測定時期に行なわれる。その測定対象となるトナー像は、濃度制御用として使用される制御用パッチや表面電位測定用の基準パッチ（一定の条件からなるトナー像）が所定の作像ユニット１０で形成された後に中間転写ベルト２０に一次転写される。このときの一次転写電流は、一定の基準電流が適用される。

システム制御装置５０は、記憶部に格納される一次転写電流の制御に関する制御プログラムにそって所要の制御動作を実行するようになっており、同じく記憶部に格納されている表面電位に対する（ブラック色）一次転写電流の対照表データに基づいて適切な一次転写電流を選定する。

次に、この制御装置５０による一次転写電流の調整に関する制御動作について図４を参照しながら説明する。

まず、表面電位の測定時期が到来すると（ステップＳ１０）、作像ユニット１０（この例ではブラック用作像ユニット１０Ｋ）を動作させて測定対象の基準パッチ像を形成するとともに中間転写ベルト２０に一次転写させる（ステップＳ１１）。この際、一次転写用電源装置１８からは一次転写バイアスとして一定の基準電流が印加される。

中間転写ベルト２０上の基準パッチ像は、表面電位計６０を通過する際に、その表面電位が測定される（ステップＳ１２）。この測定された表面電位は、記憶部から読み出される一次転写電流に関する対照表データ（図３）と対比されて（ステップＳ１３）、その表面電位等に基づいてブラック色用の一次転写電流が選定される（ステップＳ１４）。この一次転写電流の選定は、表面電位の測定情報ほか、記録用紙Ｐの第１面または第２面の情報や、プロセス速度の情報に応じても選定される（図３）。なお、測定した表面電位の数値が図３の数値から外れたものであるときは、たとえば次のようにして一次転写電流を選定する。すなわち、その下限の表面電位を外れたときは、その下限の表面電位相当の一次転写電流を選定し、反対に上限の表面電位を外れたときにはその上限の表面電位相当の一次転写電流を選定すればよい。

この後の画像形成は、この選定された一次転写電流の印加された状態で行なわれる。これにより、中間転写ベルト２０上のトナー像の帯電状態が適切な状態に保たれるようになり、良好な二次転写が行なわれるようになる。

以下、このような制御を行なうことの有効性について説明する。

図９は、４つの作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）により形成される各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）のトナー像の中間転写ベルト２０上における各地点での帯電量を測定した結果を示すグラフである。図中の横軸は作像ユニット（エンジン）１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の一次転写位置とその各通過位置とを時系列的に並べて示し、縦軸は各色のトナー像の感光ドラム１０上および一次転写後における各電荷量を示す。トナー電荷量は、測定対象のトナー像のトナーを感光ドラム上または中間転ベルトの各部位から採取してトナー吸引法にて測定した。

図９の結果から、Ｙ，Ｍ，Ｃ色の各トナー像の電荷量はいずれも、ブラック色の作像ユニット１０Ｋを通過して二次転写前の部位に至る段階では各感光ドラム１０上での電荷量に対して約１．３倍の値に増加するが、Ｋ色のトナー像の帯電量は同じ段階でほとんど変化がなく同じ値であることがわかる。これは、Ｙ，Ｍ，Ｃ色の各トナー像がその各一次転写後に後続の作像ユニット１０（Ｍ，Ｃ，Ｋ）の一次転写部における転写電界中を通過する際にギャップ放電（一次転写ニップの前後位置で発生する隙間放電）で帯電されることで電荷量が増加する一方、Ｋ色のトナー像は他の作像ユニットを通過することなくトナーがカーボンブラックを含み電気抵抗が他の色のトナーよりも低いため帯電能力が低く、その一次転写電界中におかれてもほとんど帯電されず電荷量が増加しないためである。Ｙ色とＭ色がＫ色作像ユニット１０Ｋを通過後に電荷量が低下しているのは、逆極性に帯電したトナーが増加したためである。なお、各色の一次転写電流については同じ電流値に設定している。

図１０は、図９の測定結果で示した測定内容のうち、Ｋ色の一次転写電流を約１．３倍に増加して変更したときの測定結果を示すグラフである。

この場合には、Ｋ色のトナー像の二次転写前における電荷量が、図９の場合に比べて約１．３倍の値に増加している。これに対し、他のＹ，Ｍ，Ｃ色の各トナー像の電荷量はＫ色作像ユニット１０Ｋを通過した後に低下している。これは、一次転写電界が強められたＫ色作像ユニット１０Ｋを通過する際に逆極性に帯電したトナーが増加したためである。いずれにしても、この場合は、４色のトナー像の電荷量がほぼ近似した値になることがわかる。

図１１は、各環境下での記録用紙Ｐの第２面の二次転写前における（Ｋ色の）一次転写電流およびトナー電荷量（帯電量）と、その転写時のＫ色トナーの飛散レベルとの関係を示す。図中の符号Ａ１は高温高湿（２８℃、８５％ＲＨ）に相当する環境条件を示し、後述する絶対湿度（ＡＨ）で分類される環境ゾーンの１つである。符号Ｂ２は常温常湿（２２℃、５５％ＲＨ）に相当する環境条件を示し、後述する絶対湿度で分類される環境ゾーンの１つである。符号Ｃ２は低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）に相当する環境条件を示し、後述する絶対湿度で分類される環境ゾーンの１つである。また、トナー飛散発生レベルの許容レベルは「レベル１（飛散したトナーが目視しにくい）以下」である。

図１１の結果より、第２面の二次転時におけるＫ色トナー飛散レベルは、高温高湿から常温常湿、低温低湿の順に変化するに伴い悪化していることがわかる。また、この第２面の画像形成時は、その第１面目で定着装置４０を通過して加熱されているため記録用紙の含水率が低下している状況にあり、低湿環境にあることからもトナー飛散が発生しやすくなっている。ちなみに、第１面の二次転写時にはＫ色トナー飛散レベルは低い。しかも、Ｋ色トナーは、図９で示したように、他の色のトナーに比べて二次転写前の電荷量が低いことから、二次転写直後に飛散する傾向にある。

このことから、このＫ色の二次転写時における色トナー飛散を防止するためには、二次転写前におけるトナー像（特にＫ色トナー像）の電荷量を低温低湿の環境下ほど高い値にすることが必要になりそうである。そして、図１１の結果からは、いずれの環境下でも一次転写電流が大きくなるにつれ、また、トナー電荷量（帯電量）が増加するにつれてトナー飛散発生レベルが改善される傾向にあることがわかる。また、図１０で示したように、たとえばＫ色の一次転写電流を増加した場合には、そのトナー電荷量が増加することが確認されている。

図１２は、中間転写ベルト２０上のＫ色のベタ状パッチ像（トナー像）の表面電位および電荷量の測定結果を示すグラフである。

表面電位は、図２に示すように表面電位計６０により測定した。電荷量は、前述したようにパッチ像からＫ色トナーを採取してトナー吸引法で測定した。この図１２の結果から、中間転写ベルト２０におけるトナー像の表面電位とその電荷量とはほぼ正比例の関係にあることがわかる。

図１３は、各環境下ごとにおけるＫ色の一次転写電流とＫ色のトナー像（基準パッチ像）の表面電位および電荷量との測定結果（３者の関係）を示すグラフである。図中の符号Ａ１〜３、Ｂ１〜３、Ｃ１〜３は、図８に示すように絶対湿度（ＡＨ）に基づいて分類される各環境Ｎｏ（ゾーン）を示す。このうち符号Ａは高湿環境ゾーンに相当し、Ｂは常湿環境ゾーンに相当し、Ｃは低温環境ゾーンに相当する。また、このときのプロセス速度は中速とした。

トナーの電荷量は、現像装置にある段階から環境（特に湿度環境）によって異なっていることが知られているが、それは、図１３に示すように一定条件のトナー像（基準パッチ像）を各一次転写電流を印加して中間転写ベルト２０に一次転写させた後においても、その異なった関係（傾向）をほぼ保った状態にある。

このことから、中間転写ベルト２０上のトナー像の表面電位を測定することにより、そのときの環境条件を予測判断することができそうであることがわかる。そこで、ある基準パッチ像を一定の一次転写電流（基準電流：たとえば２２μＡ）を印加して一次転写したときの表面電位を測定すると、図１３に示すように環境ごとに異なることがわかる。また、そのときの電荷量も、図１３に示すように環境ごとにほぼ同様の傾向性をもって異なることがわかる。

従って、中間転写ベルト２０上のトナー像の表面電位の測定は、基準パッチ像を基準電流とする一次転写電流を印加して一次転写したときのものについて行なうことにした。図３における表面電位の各数値は、上記各環境下ごとに同じ基準パッチ像を基準電流の一次転写電流（２２μＡ）を印加して一次転写したときにそれぞれ得られた表面電位の値である。

そして、その各環境ごとに得られる基準パッチ像の表面電位のときに、二次転写時においてＫ色のトナー飛散りのないＫ色の一次転写電流の値を実験により調べ（図６，７参照）、最も適切な電流値を各表面電位における好適な一次転写電流として予め設定した（図３）。これを記録用紙Ｐの表裏面（第１面および第２面）の場合にわけて行い、その各面ごとの好適な一次転写電流として予め設定した（図３）。また、プロセス速度ごとの好適な一次転写電流も調べて予め設定した（図３）。

ちなみに、このトナー飛散りを防止するに有効な一次転写電流は、記録用紙Ｐの第１面と第２面とで対比した場合、その１面目よりもその２面目の方を相対的に大きい値にすると良い傾向にあることが判明した。これは、記録用紙Ｐの用紙抵抗が第１面よりも第２面の画像形成時には定着装置４０の通過による加熱により含水率の低下により上昇していることから、二次転写直後の剥離放電によりトナーの記録用紙（第２面）への静電付着力が低下してトナー飛散が発生しやすくなると考えられるため、第２面目の一次転写電流の方を大きな値にしてトナーの帯電量を高めることで記録用紙との静電付着力を強めてトナーの飛散を低減できるとの推測によるものである。

図１４は、各環境下での二次転写前におけるＫ色の一次転写電流およびトナー電荷量（帯電量）と、その転写時のＫ色トナーの二次転写不良グレードとの関係を示す。符号Ａ１〜３は前述した環境（特に高湿環境）を示し、Ａ３，Ａ２，Ａ１の順で絶対湿度が高くなる関係にある。二次転写不良グレードは、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ色のトナーをすべて用いて構成するフルカラー画像を構成するＫ色の単色トナー像を二次転写したとき、中間転写ベルト２０側に残留したトナーの量を調べて評価した。許容グレードは「１以下」である。

図１４の結果から、高湿環境になるほど（Ａ３→Ａ２→Ａ１）、Ｋ色トナーの二次転写不良のグレードが悪化するのが確認できる。これは、高湿環境の影響により記録用紙Ｐの含水率が高くなりその用紙抵抗が低い状態にあり、また、Ｋ色トナー自体のカーボンブラックを含むことによる帯電量が他色に比べて低いため、その複数の色トナーを重ねた多重トナー像にカラー用の高い二次転写電圧を印加して二次転写を行うと、用紙抵抗が低くＫ色トナーの帯電量も低いことから二次転写電界が過剰に及んで逆極性に帯電したトナーが発生して二次転写効率が低下するものと推測される。

このことから、高湿環境下では、このＫ色トナーの二次転写不良を抑制するためには、二次転写前におけるＫ色トナー像の帯電量を増加させて二次転写電界による逆極性への帯電を防ぐことが有効であることが推測される。また、そのＫ色トナー像の帯電量を増加には、Ｋ色の一次転写電流の値を増加すればよいことも推測される。

そこで、特に高湿環境に得られる基準パッチ像の表面電位のときに、二次転写時においてＫ色トナーの二次転写不良が発生しにくいＫ色の一次転写電流の値を実験により調べ（図５，１４参照）、最も適切な電流値を各表面電位における好適な一次転写電流として予め設定した（図３）。これを記録用紙Ｐの表裏面（第１面および第２面）の場合にわけて行い、その各面ごとの好適な一次転写電流として予め設定した（図３）。また、プロセス速度ごとの好適な一次転写電流も調べて予め設定した（図３）。

ちなみに、このＫ色の二次転写不良を防止するに有効な一次転写電流は、記録用紙Ｐの第１面と第２面とで対比した場合、その２面目よりもその１面目の方を相対的に大きい値にすると良い傾向にあることが判明した。これは、記録用紙Ｐの用紙抵抗が定着装置４０の通過による加熱により含水率の低下により上昇している第２面よりもその定着装置を通過していない分だけ第１面目の方が低いことから、二次転写時の電界により逆極性に帯電しやすい状態にあるため、第１面目の一次転写電流の方を相対的に大きい値にすれば、Ｋ色トナーの帯電量が高められて逆極性に帯電しにくくなって正常な二次転写ができるようになるとの推測によるものである。

次に、この実施形態に係るカラー画像形成装置を用いて行った試験の結果を示す。

図５および図６は、Ｋ色の一次転写電流を種々変更したときの二次転写部でのＫ色トナーの飛散の発生状況について試験を行って調べたときの測定結果である。

この図５および図６に示す測定結果に係る試験は、その測定時の環境条件が異なる以外は、通常動作時の条件からなるフルカラーのパッチ像を中速のプロセス速度で記録用紙Ｐの第１面および第２面に形成したときの二次転写部でのＫ色トナーの飛散の発生状況を観察し、以下の基準で評価した。図５に示す測定結果に係る試験は常温常湿付近の環境（Ｂ１〜Ｂ３）下で行い、図６に示す測定結果に係る試験は低温低湿付近の環境（Ｃ１〜Ｃ３）下で行った。また、このときの許容グレードは「２以下」とした。

グレード４：飛散トナーを目視でき、その飛散領域が３ｍｍ以下の場合。
グレード３：飛散トナーを目視でき、その飛散領域が２ｍｍ以下の場合。
グレード２：飛散トナーを目視でき、その飛散領域が１ｍｍ以下の場合。
グレード１：飛散トナーの目視が困難か、又はその飛散距離が０．５ｍｍ以下の場合。

常温常湿付近の環境（Ｂ１〜Ｂ３）条件下では、記録用紙の第１面（Ｓ１）への画像形成時には一次転写電流が２６μＡ以上であればトナー飛散が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「２７μＡ」に設定する一方、その第２面（Ｓ２）への画像形成時には一次転写電流が２８μＡ以上であればトナー飛散が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「２９μＡ」に設定した（図５、図３）。また、低温低湿付近の環境（Ｃ１〜Ｃ３）条件下では、第１面（Ｓ１）への画像形成時には一次転写電流が３１μＡ以上であればトナー飛散が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「３２μＡ」に設定する一方、その第２面（Ｓ２）への画像形成時には一次転写電流が３５μＡ以上であればトナー飛散が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「３６μＡ」に設定した（図６、図３）。

図７は、Ｋ色の一次転写電流を種々変更したときの二次転写部でのＫ色トナーの二次転写不良の発生状況について試験を行って調べたときの測定結果である。

この図７に示す測定結果に係る試験は、高温高湿付近の環境（Ａ１〜Ａ３）下で、通常の動作時の条件からなるフルカラーのパッチ像を中速のプロセス速度で記録用紙Ｐの第１面および第２面に形成したときの二次転写部でのＫ色トナーの転写不良の発生状況を観察し、以下の基準で評価した。このときの許容グレードは「１以下」とした。

グレード４：著しい白抜けが発生した。
グレード３：白抜けが発生した。
グレード３．５：軽微や白抜けが発生した。
グレード２：極軽微や白抜けが発生した
グレード２．５：軽微な濃度低下が発生した。
グレード１：極軽微な濃度低下が発生した。

この高温高湿付近の環境（Ａ１〜Ａ３）条件下では、記録用紙の第１面（Ｓ１）への画像形成時には一次転写電流が２７〜２９μＡの範囲内であれば二次転写不良が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「２８μＡ」に設定する一方、その第２面（Ｓ２）への画像形成時には一次転写電流が２３〜３０μＡの範囲内であれば二次転写不良が発生しにくくなるため一次転写電流の標準値を「２５μＡ」に設定した（図７、図３）。

以上のような試験を他のプロセス速度（高速、低速）に設定した場合にも同様に行った。そのときの測定結果から、図３に示すように、各プロセス速度における記録用紙の第１面および第２面ごとの一次転写電流の標準値を設定した。

［変形例］
なお、前記実施の形態では、中間転写ベルト２０に対して４色用の作像ユニット１０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を中間転写ベルトの回転方向にそって直列に配置した形式（タンデム型）のカラー画像形成装置１の場合について説明したが、中間転写方式を利用するものであればこれ以外の形式のカラー画像形成装置であっても同様に適用することができる。

たとえば、中間転写ベルトに対して１つの感光ドラム（感光体）を配置し、その１つの感光ドラムに対して４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像装置が１つずつ順番に対抗する形式（４サイクル型）のカラー画像形成装置や、１つの感光ドラムに対して４色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の現像装置が感光ドラムの回転方向の周面にそって順次配置した形式のカラー画像形成装置である。この形式の画像形成装置においても、感光ドラムへのブラック（Ｋ）色のトナー像の中間転写ベルトへの一次転写は最後に行うように構成されることが多い。

本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置の全体を示す概略図である。ものであり、図１はその全体の構成を示す概要図、図２はその要部説明図本発明の画像読取装置の要部を示す説明図である。 図１の画像形成装置の要部を示す説明図である。 表面電位に対して予め設定される各一次転写電流を示す対照表図である。 表面電位の測定情報等から一次転写電流を調整する制御動作を示すフローチャートである。 常温常湿付近の環境下での各一次転写電流と二次転写部でのＫ色トナー飛散の発生グレードとの測定結果を示すグラフ図である。 低温低湿付近の環境下での各一次転写電流と二次転写部でのＫ色トナー飛散の発生グレードとの測定結果を示すグラフ図である。 高温高湿付近の環境下での各一次転写電流とＫ色トナーの二次転写不良の発生グレードとの測定結果を示すグラフ図である。 絶対湿度で分類される各環境を示す対照表図である。 ４色のトナー像の中間転写ベルト上における各地点での帯電量の測定結果を示すグラフである。 図９に示す測定結果の試験において、Ｋ色の一次転写電流を約１．３倍に増加して変更したときの測定結果を示すグラフ図である。 各環境下での記録用紙第２面の二次転写前における一次転写電流およびトナー電荷量とその転写時のＫ色トナーの飛散レベルとの測定結果を示すグラフ図である。 中間転写ベルト上のＫ色トナー像の表面電位および電荷量の測定結果を示すグラフ図である。 各環境下ごとにおけるＫ色の一次転写電流とＫ色のトナー像の表面電位および電荷量との測定結果を示すグラフ図である。 各環境下での二次転写前におけるＫ色の一次転写電流およびトナー電荷量とその転写時のＫ色トナーの二次転写不良グレードとの測定結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１…カラー画像形成装置、１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ…作像ユニット（作像装置）、１５…一次転写装置（転写ロール）、１８…一次転写用電源装置（一次転写手段の一部）、２０…中間転写ベルト（中間転写体）、２２…バックアップロール（二次転写手段の一部）、２５…二次転写ロール（二次転写手段の一部）、２６…二次転写用電源装置（二次転写手段の一部）、５０…システム制御装置（制御手段）、６０…表面電位計（表面電位測定手段）、Ｐ…記録用紙（シート状の記録媒体）。

Claims (3)

1. 複数色のトナー像を形成する作像装置と、この作像装置で形成される複数色のトナー像が重ね合わされるように一次転写されて搬送される中間転写体と、この中間転写体に当該トナー像を一次転写電流を印加した状態で静電的に転写させる一次転写手段と、この一次転写手段で前記中間転写体に一次転写されたトナー像をシート状の記録媒体に二次転写電流を印加した状態で静電的に一括して転写させる二次転写手段とを有する画像形成装置であって、
   前記中間転写体に一次転写された測定対象のトナー像の表面電位を測定する表面電位測定手段と、
   この表面電位測定手段で測定されるトナー像の表面電位情報に基づいて前記一次転写手段に印加する一次転写電流を、前記中間転写体に一次転写されたトナー像の帯電状態を湿度環境に影響されない状態に保つように調整する制御手段と
   を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記記録媒体の表裏両面に画像を形成する際に、その記録媒体の１面目および２面目で前記一次転写手段に印加する一次転写電流について、
   前記表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値以外の値であるときに、記録媒体の１面目よりもその２面目の方を相対的に大きくする値に調整し、
   前記表面電位情報が高湿環境に相応する範囲の値であるときに、記録媒体の２面目よりもその１面目の方を相対的に大きくする値に調整する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記作像装置で形成される黒色のトナー像を前記中間転写体に最後に一次転写させるときに印加する一次転写手段の一次転写電流を調整する請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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