JP2002174941A

JP2002174941A - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JP2002174941A
Application number: JP2000371356A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tamiya; 孝弘田宮
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー像の周囲に発生する転写ちりを改善す
るための高抵抗層を含む中間転写体において、高抵抗層
に蓄積される残留電荷を除電する技術を提供する。【解決手段】電子写真方式のカラー画像形成装置が、
外部電界に対する応答して分極を反転する最外周の薄い
強誘電体層と、減衰時定数の長い内部の高抵抗層とを有
する中間転写ベルト５０１を含む。中間転写ベルト５０
１は、その１周に掛かる時間が、減衰時間よりも長い多
層中間転写体である。複数の一定電位差内の手段同士の
間に挟み込ませ、少なくとも中間転写ベルト５０１の電
位減衰時間以上にわたり中間転写ベルトを回動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラーアナログＰ
ＰＣ、カラーデジタルＰＰＣ、カラーレーザプリンタ等
の中間転写体を有する電子写真方式のカラー画像形成装
置に関し、特に中間転写体の除電装置を改良した画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最近の
カラー複写機やカラーレーザプリンタでは、比較的低コ
ストで、紙種を問わない中間転写体を用いた電子写真方
式の画像形成方式を採用する場合が多い。この中間転写
体は、主に高分子素材で機械特性（硬い場合は曲げ癖な
どが生じやすく、また軟らかすぎるとベルト伸びが発生
しやすい。）や、静電気特性（高抵抗過ぎると除電が難
しく、低抵抗だとバイアスをかける事ができなくなる）
等を考慮して決定されている。

【０００３】ところで電子写真方式では、任意の色調は
４原色トナーの付着量バランスを変えて作るが、２色以
上のトナー重ねや、１色でも高濃度を狙うと、転写ちり
と呼ばれるトナーの周囲飛びちりが生じやすく、これが
画像出力品質を劣化させてしまう。この転写ちり対策と
しては、中間転写体の抵抗を高くするのが一般的であ
る。よって、最近の中間転写体は、高抵抗層を含めて、
より除電を難しい方向にするように開発が続けられてい
る。

【０００４】ところで、この種の新しい中間転写体で
は、長時間全く同じ画像を形成し続けた時に、前パター
ン像が周囲よりも薄く現れる不具合が生じ、次の一次転
写でハーフトーン等で局所的に転写不良を発生させてい
た。これはベルト表面に位置づけされる残像で、ネガ残
像と呼ばれているが、中間転写体で内部高抵抗層に残留
した電荷が原因であると考えられる。このような事象
は、ある特殊な条件で連続通紙が続くと発生する。この
不具合は、除電能力の不良あるいは不足ではなく、中間
転写体の内層に有効な除電手段があって、除電バイアス
をより高くするなどの修正でも改善できない。また、強
い除電装置（高バイアスもしくは交流重畳電源等）を使
っても改善せず、逆にこの強い除電装置からの不具合
（ハケアト）が問題となっていた。すなわち、これらの
除電装置で除電した後のベルトは、見かけ上は電位は低
減されているが、やはり残像は残っており、通常の除電
装置の条件では、対策できないものであった。

【０００５】特開平０８−５０４１９号公報に開示の技
術は、画像の均一性を確保し、かつ経時抵抗変動を抑え
るために、中間転写体の抵抗バラツキを従来よりも小さ
くするために、最上層を１０¹⁰〜１０¹⁶Ω・ｃｍとし、
下層を約２桁低い抵抗に設定するものである。ＰＶｄＦ
材質を用いることが記載されている。ＰＶｄＦを選んだ
理由は、導電剤の分散が良いことであるとされている。
また、厚みを指定し、最上層膜厚１〜５０μｍ、下層厚
７０〜２５０μｍとの記述があるが、これらのベルトで
もポジ残像（以前の履歴が次の画像中に黒く残像され
る）が発生する可能性があるとされている。上述したよ
うなベルト材質の組成からの不具合を決定するのは、長
期間の評価が必要であるが、その評価を不要にするため
の技術としては時間を考慮した対策が必要と考えられ、
したがって特開平０８−５０４１９号公報に開示の技術
ではそのような評価ができない。

【０００６】なお中間転写体の除電については、従来は
除電装置から付加するバイアスで電位を下げるのが一般
的であるが、上述のような問題を解決する方式は本願発
明者等の知るところでは提案されていない。他に中間転
写体の電位を測定する手段としては、電位センサが一般
的であり、また中間転写体の電位を測定して、これに応
じて転写電圧や除電電圧を決める技術も知られている。

【０００７】本発明は上記従来の問題点にかんがみ、中
間転写体内部の高抵抗層の除電方法として、トナー像の
周囲に発生する転写ちりを改善するための高抵抗層を含
む中間転写体において、高抵抗層に蓄積される残留電荷
を除電する技術を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
カラー画像形成装置は、上記目的を達成するために、外
部電界に対する応答して分極を反転する最外周の薄い強
誘電体層と、減衰時定数の長い内部の高抵抗層とを有す
る中間転写体を含み、該中間転写体の１周に掛かる時間
が、上記減衰時間よりも長い多層中間転写体を有する電
子写真方式のカラー画像形成装置において、複数の一定
電位差内の手段同士の間に挟み込ませ、少なくとも該中
間転写体の電位減衰時間以上にわたり該中間転写体を回
動させることを特徴とする。すなわち、中間転写体とし
て下記材質を想定しており、強誘電体では外部電界を印
加した時、ヒステリシス作用が働き、内部分極も大きく
なるので、このような材質を薄膜として使用すると、一
次転写ニップ内部のような高電界下では、前回の電位履
歴を解消して、そこにＯＰＣ上潜像電界が新しくコピー
する事が可能になる。このベルト上の潜像電界そのまま
保持しておくと、経時での転写ちりを抑制する電界を長
時間保つことができる。一方、中間転写体内部には高抵
抗層があると、ＯＰＣへ直接電荷注入やトナーの逆帯電
を防止し、転移前の転写ちりを低減する事ができる。な
お、この層の効果は他に中抵抗層があっても維持され
る。なおこれら以外の層を構成する中抵抗層があっても
よい。これらを積層された中間転写体を使う事で全体と
して転写ちりを低減させることができる。しかし、この
中間転写体は内部の高抵抗層の残留電荷が蓄積された時
に次の一次転写で残像を発生させる。このような時は通
常の除電バイアス手段による除電は能力が不足してしま
う。そこで、複数の挟み込み手段間に中間転写体を挟み
込み、これにより、電位減衰時間以上回動させることに
より、時定数が長い残留電位も十分に除電することを可
能とするものである。

【０００９】同請求項２に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項１のカラー画像形成装置において、
上記中間転写体は通常の除電動作よりも単位長さ当たり
の除電時間が長い第２の除電モードを持つことを特徴と
する。すなわち請求項１に示された中間転写体は、強誘
電体層は外部の除電装置により除電が可能になるが、内
部の高抵抗層の残留電荷はなかなか解消しにくい。例え
ば、最外周面を除電すると、強誘電体層は除電バイアス
に応じて短時間に分極方向を変えるため見かけ上の表面
電位は０Ｖまで落着くが、高抵抗層には電荷が残ってい
る事がある。さらに強力な除電を行っても、強誘電体層
が激しい分極を逆方向にするだけとなる。むしろ、強誘
電体層の異常方向の分極が、除電手段としてブラシロー
ラを使った時には、刷毛跡として強誘電体層中に残って
しまう。これは次の一次転写の時にハーフトーンパター
ンを転写する際、粒状性を著しく悪化させるものとな
る。なお、特に高速機では除電装置下を通過する中間転
写体の速度が速くなり、このため除電作業にかけられる
時間が不足しやすく、ベルト内部の高抵抗層の除電はな
かなか機能しなかった。よって請求項２に係る装置は除
電効果を高めることを可能とするものである。

【００１０】同請求項３に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項２のカラー画像形成装置において、
上記第２の除電動作において上記中間転写体に二次転写
装置を接触させ、かつ該二次転写装置の電源から最小限
のバイアスを印加することを特徴とする。

【００１１】同請求項４に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項３のカラー画像形成装置において、
離間してある二次転写手段への励起電流をモニタし、該
モニタした電流値が所定の設定値を超えた時のみ、上記
第２の除電モードを起動させることを特徴とする。

【００１２】同請求項５に係るものは、上記目的を達成
するために、請求項４のカラー画像形成装置において、
バイアス印加装置として、高圧発生部と、電源回路を流
れる電流値をモニタするフィードバック回路と、上記電
流値をもとに除電時間を決定する制御回路を有すること
を特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明に係るカラー画像形成
装置の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、図
１を用いて、本発明の対象である電子写真式カラー複写
機（以下、カラー複写機という）に適用した本発明の実
施形態について説明する。図示のカラー複写機の概略構
成及び動作について説明すると、このカラー複写機は、
カラー画像読取装置（以下、カラースキャナという）
１、カラー画像記録装置（以下、カラープリンタとい
う）２、給紙バンク３等で構成されている。

【００１４】カラースキャナ１は、コンタクトガラス１
２１上の原稿４の画像を照明ランプ１２２、ミラー群１
２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ及びレンズ１２４を介して
カラーセンサ１２５に結像し、原稿４のカラー画像情報
を、例えばレッド（Ｒｅｄ：以下Ｒ）、グリーン（Ｇｒ
ｅｅｎ：以下Ｇ）、ブルー（Ｂｌｕｅ：以下Ｂ）の色分
解光毎に読み取り、電気的な画像信号に変換する。ここ
で、カラーセンサ１２５は、本例ではＲ、Ｇ、Ｂの色分
解手段とＣＣＤのような光電変換素子で構成され、原稿
４の画像を色分解した３色のカラー画像を同時に読み取
っている。そして、このカラースキャナ１で得たＲ、
Ｇ、Ｂの色分解画像信号強度レベルをもとにして、図示
しない画像処理部で色変換処理を行い、ブラック（Ｂｌ
ａｃｋ：以下Ｂｋ）、シアン（Ｃｙａｎ：以下Ｃ）、マ
ゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ：以下Ｍ）、イエロー（Ｙｅｌ
ｌｏｗ：以下Ｙ）のカラー画像データを得る。

【００１５】上記Ｂｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのカラー画像データ
を得るためのカラースキャナ１の動作は次のとおりであ
る。後述のカラープリンタ２の動作とタイミングを取っ
たスキャナスタート信号を受けて、照明ランプ１２２及
びミラー群１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ等からなる光
学系が矢印左方向へ原稿４を走査し、１回の走査で４色
のカラー画像データを得る。これを図示しないメモリに
格納、引き出しすることによって、順次４色のカラー画
像データを得る。そして、その都度カラープリンタ２で
順次顕像化しつつ、これを重ねあわせて最終的な４色フ
ルカラー画像を形成する。

【００１６】カラープリンタ２は、像担持体としての感
光体ドラム２００、書き込み光学ユニット２２０、リボ
ルバ現像ユニット２３０、中間転写ユニット５００、２
次転写ユニット６００、定着装置７００等で構成されて
いる。感光体ドラム２００は、図中の矢印のように反時
計方向に回転し、その周りには、感光体クリーニング装
置２０１、除電ランプ２０２、帯電器２０３、電位セン
サ２０４、リボルバ現像ユニット２３０の選択された現
像器、現像濃度パターン検知器２０５、中間転写ユニッ
ト５００、２次転写ユニット６００などが配置されてい
る。

【００１７】また書き込み光学ユニット２２０は、カラ
ースキャナ１からのカラー画像データを光信号に変換し
て、原稿４の画像に対応した光書き込みを行い、感光体
ドラム２００に静電潜像を形成する。この書き込み光学
ユニット２２０は、光源としての半導体レーザー２２
１、図示しないレーザー発光駆動制御部、ポリゴンミラ
ー２２２とその回転用モータ２２３、ｆ／θレンズ２２
４、反射ミラー２２５などで構成されている。

【００１８】またリボルバ現像ユニット２３０は、Ｂｋ
現像器２３１Ｋ、Ｃ現像器２３１Ｃ、Ｍ現像器２３１
Ｍ、Ｙ現像器２３１Ｙと、各現像器を矢印の反時計方向
に回転させる後述のリボルバ回転駆動部などで構成され
ている。各現像スリーブには図示しない現像バイアス電
源によって負の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃが重畳
された現像バイアスが印加され、現像スリーブが感光体
ドラム２００の金属基体層に対して所定電位にバイアス
されている。

【００１９】複写機本体の待機状態では、リボルバ現像
ユニット２３０はＢｋ現像器２３１Ｋが現像位置の３０
度手前にセットされており、コピー動作が開始される
と、カラースキャナ１で所定のタイミングからＢｋカラ
ー画像データの読み取りが開始し、このカラー画像デー
タに基づきレーザー光による光書き込み、静電潜像形成
が始まる（以下、Ｂｋ画像データによる静電潜像をＢｋ
潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。このＢｋ静
電潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に静
電潜像先端部が到達する前に、Ｂｋ現像器２３１Ｋを現
像位置に移動し、Ｂｋ現像スリーブを回転開始して、Ｂ
ｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後Ｂｋ
静電潜像領域の現像動作を続けるが、静電潜像後端部が
Ｂｋ現像位置を通過した時点で、速やかに次の色の現像
器が現像位置にくるまで、リボルバ現像ユニット２３０
が回転する。これは少なくとも、次の画像データによる
静電潜像先端部が到達する前に完了させる。

【００２０】中間転写ユニット５００は、後述する複数
のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト
５０１などで構成されている。この中間転写ベルト５０
１の周りには、２次転写ユニット６００、２次転写電荷
付与手段である２次転写ローラ６０５、中間転写体クリ
ーニング手段であるベルトクリーニングブレード５０
４、潤滑剤塗布手段である潤滑剤塗布ブラシ５０５など
が対向するように配設されている。また、位置検知用マ
ークが中間転写ベルト５０１の外周面あるいは内周面に
設けられる。但し、中間転写ベルト５０１の外周面側に
ついては位置検知用マークがベルトクリーニング装置５
０４の通過域を避けて設ける工夫が必要であって配置上
の困難さを伴うことがあるので、その場合には位置検知
用マークを中間転写ベルト５０１の内周面側に設ける。

【００２１】マーク検知用センサとしての光学センサ５
１４は、中間転写ベルト５０１が架け渡されているバイ
アスローラ５０７と駆動ローラ５０８との間の位置に設
けられる。この中間転写ベルト５０１は、１次転写電荷
付与手段である１次転写バイアスローラ５０７、ベルト
駆動ローラ５０８、ベルトテンションローラ５０９、２
次転写対向ローラ５１０、クリーニング対向ローラ５１
１、及びフィードバック電流検知ローラ５１２に張架さ
れている。各ローラは導電性材料で形成され、１次転写
バイアスローラ５０７以外の各ローラは接地されてい
る。１次転写バイアスローラ５０７には、定電流または
定電圧制御された１次転写電源８０１により、トナー像
の重ね合わせ数に応じて所定の大きさの電流又は電圧に
制御された転写バイアスが印可されている。

【００２２】中間転写ベルト５０１は、図示しない駆動
モータによって矢印方向に回転駆動されるベルト駆動ロ
ーラ５０８により、矢印方向に駆動される。また、この
中間転写ベルト５０１は、半導体、または絶縁体で、単
層または多層構造となっている。中間転写ベルト５０１
は感光体ドラム２００上に形成されたトナー像を重ね合
わせるためのに、通紙可能最大サイズより大きく設定さ
れている。

【００２３】２次転写ユニット６００は、２次転写対向
ローラ５１０に対して圧接可能になっている。２次転写
ローラ６０５は、２次転写手段であり、２次転写対向ロ
ーラ５１０との間に中間転写ベルト５０１と記録紙Ｐを
挟持するように配設され、定電流制御される２次転写電
源８０２によって所定電流の転写バイアスが印加されて
いる。また、２次転写ベルト６０１及び２次転写ローラ
６０５が、２次転写対向ローラ５１０に対して圧接する
位置と離間する位置とを取り得るように、支持ローラ６
０２及び２次転写バイアスローラ６０５を矢印方向に駆
動する図示しない離接機構が図２の破線で示される位置
にまで離間させる。

【００２４】図中６５０はレジストローラ対であり、２
次転写バイアスローラ６０５と２次転写対向ローラ５１
０とに挟持された中間転写ベルト５０１と２次転写ベル
ト６０１の間に、所定のタイミングで転写材である転写
紙Ｐを送り込む。また、２次転写ローラ６０５にはクリ
ーニング手段であるクリーニングブレード６０８が当接
している。該クリーニングブレード６０８は、２次転写
ローラ６０５の表面に付着した付着物を除去してクリー
ニングするものである。

【００２５】このように構成したカラー複写機におい
て、画像形成サイクルが開始されると、感光体ドラム２
００は、図示しない駆動モータによって矢印で示す半時
計方向に回転され、中間転写ベルト５０１はベルト駆動
ローラ５０８によって矢印で示す時計回りに回転され
る。その中間転写ベルト５０１の回転に伴ってＢｋトナ
ー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー
像形成が１次転写バイアスローラ５０７に印加される電
圧による転写バイアスにより１次転写が行われ、最終的
にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト５０１上に重
ねてトナー像が形成される。

【００２６】例えばＢｋトナー像形成は次のように行わ
れる。帯電チャージャ２０３は、コロナ放電によって感
光体ドラム２００の表面を負電荷で所定電位に一様に帯
電する。ベルトマーク検知信号に基づき、タイミングを
定め、図示しない書き込み光学ユニットにより、Ｂｋカ
ラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行
う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電され
た感光体ドラム２００の表面の露光された部分は、露光
光量に比例する電荷が消失し、Ｂｋ静電潜像が形成され
る。このＢｋ静電潜像に、Ｂｋ現像器４０１のＢｋ現像
ローラ上の負帯電されたＢｋトナーが接触することによ
り、感光体ドラム２００の電荷が残っている部分にはト
ナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分
にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なＢｋトナー像が
形成される。

【００２７】感光体ドラム２００上に形成されたＢｋト
ナー像は、感光体ドラム２００と接触状態で等速駆動し
ている中間転写ベルト５０１の表面に転写される。以
下、感光体ドラム２００から中間転写ベルト５０１への
トナー像の転写を「一次転写」という。上記ベルト転写
後の感光体ドラム２００の表面に残留している若干の未
転写残留トナーは、感光体ドラム２００の再使用に備え
て、感光体クリーニング装置３００で清掃される。

【００２８】感光体ドラム２００側ではＢｋ画像形成工
程の次にＹ画像形成工程に進み、所定のタイミングでカ
ラースキャナによるＹ画像データの読み取りが始まり、
そのＹ画像データによるレーザ光書き込みによって、感
光体ドラム２００の表面にＹ静電潜像を形成する。そし
て、先のＢｋ静電潜像の後端部が通過した後で、且つＴ
静電潜像の先端部が到達する前にリボルバ現像ユニット
４００の回転動作が行われ、Ｙ現像機４０２が現像位置
にセットされ、Ｙ静電潜像がＹトナーで現像される。以
後、Ｙ静電潜像領域の現像を続けるが、Ｙ静電潜像の後
端部が通過した時点で、先のＢｋ現像機４０１の場合と
同様にリボルバ現像ユニットの回転動作を行い、次のＣ
現像機４０３を現像位置に移動させる。これもやはり次
のＣ静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了さ
せる。なお、Ｃ及びＭの画像形成工程については、それ
ぞれのカラー画像データ読み取り、静電潜像形成、現像
の動作が上述のＢｋ、Ｙの工程と同様であるので説明は
省略する。

【００２９】中間転写ベルト５０１上には、感光体ドラ
ム２００上に順次形成されるＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍのトナー
像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それ
により、中間転写ベルト５０１上には最大で４色が重ね
合わされたトナー像が形成される。上記画像形成動作が
開始される時期に、転写紙Ｐは図示しない転写紙カセッ
ト又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジス
トローラ対６５０のニップで待機している。２次転写対
向ローラ５１０及び２次転写バイアスローラ６０５によ
りニップが形成された２次転写部に中間転写ベルト５０
１上のトナー像の先端がさしかかるときに、ちょうど転
写紙Ｐの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレ
ジストローラ対６５０が駆動され、転写紙Ｐとトナー像
とのレジスト合わせが行われる。そして、転写紙Ｐが２
次転写部を通過する。

【００３０】このとき、２次転写電源８０２によって２
次転写バイアスローラ６０５に印可される電圧による転
写バイアスにより、中間転写ベルト５０１上の４色重ね
トナー像が転写紙上に一括転写される。２次転写部の下
流側に配置した転写紙除電チャージャ６０６との対向部
を通過するとき、転写紙Ｐは除電され、定着ローラ対７
０１に向けて送られる。この定着ローラ対７０１のニッ
プ部でトナー像が溶融定着され、図示しない排出ローラ
対で装置本体外に送り出され、図示しないコピートレイ
に表向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。一
方、上記ベルト転写後の感光体ドラム２００の表面は、
感光体クリーニング装置３００でクリーニングされ、図
示しない除電ランプで均一に除電される。また、転写紙
Ｐにトナー像を転写した後の中間転写ベルト５０１の表
面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中
間転写ベルト５０１に押圧されるベルトクリーニングブ
レード５０４によってクリーニングされ、さらにベルト
除電装置５０５により除電される。

【００３１】ここで、リピートコピーの時は、カラース
キャナの動作及び感光体ドラム２００への画像形成は、
１枚目の４色目（Ｍ）の画像形成工程に引き続き、所定
のタイミングで２枚目の１色目（Ｂｋ）の画像形成工程
に進む。また、中間転写ベルト５０１の方は、１枚目の
４色重ねトナー像の転写紙への一括転写工程に引き続
き、表面の上記ベルトクリーニングブレード５０４でク
リーニングされた領域に、２枚目のＢｋトナー像がベル
ト転写されるようにする。その後は、１枚目と同様動作
になる。以上は、４色フルカラーコピーを得るコピーモ
ードであったが、３色コピーモード、２色コピーモード
の場合は、指定された色と回数の分について、上記同様
の動作を行うことになる。また、単色コピーモードの場
合は、所定枚数が終了するまでの間、リボルバ現像ユニ
ット４００の所定色の現像機のみを現像動作状態にし
て、ベルトクリーニングブレード５０４を中間転写ベル
ト５０１に押圧させた状態のままの位置にしてコピー動
作を行う。

【００３２】

【実施例】以下本発明の実施例を具体的に説明する。中
間転写体５０１については後述するが、使用した各要素
の諸元等は以下の通りである。二次転写の対向ローラ５１０導電性高分子膜を付けた接地ローラ：φ４０二次転写ローラ６０５中抵抗高分子膜を付けたバイアスローラ：φ３０接離可能抵抗：１０⁴ないし１０⁸Ω／５００Ｖ上記抵抗値は対円筒押圧時二次転写電源８０２定電流高圧電源、ＣＰＵ制御型、ＰＷＭ入力現在の電流値は抵抗Ｒｓを通じてＣＰＵに電圧情報とし
てフィードバックされる除電ブラシ５０５導電性ブラシローラ：φ１８、１０６Ω／１００Ｖ時除電バイアス電源定電圧電源、ＣＰＵ制御型、ＰＷＭ入力除電ブラシ対向板導電マイラ、１０４Ω／１０ＶＣＰＵシーケンス制御装置、Ｉ／Ｏを含む二次転写接離ソレノイド二次転写接離用、回転クラッチも可除電接離ソレノイド除電接離用、回転クラッチも可

【００３３】中間転写ベルト５０１は、厚さ０．１５ｍ
ｍ、幅３６８ｍｍ、内周長５６５ｍｍ、移動速度２４５
ｍｍ／秒、ＰＶｄＦ（ポリふっ化ビニリデン）の３層構
造で、最外周層（以下Ａ層）はρｖ＝１０¹²〜１０¹⁵Ω
・ｃｍ、約１μｍ、中間層（以下Ｂ層）はρｖ＝１０¹⁰
〜１０¹³Ω・ｃｍ、約７０μｍ、最内周層（以下Ｃ層）
はρｖ＝１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍ、約７０μｍとなる。
なお、これらの抵抗は導電剤分散により制御される。ま
た、厚みは一例であって、経済性、機械的強度を考慮し
て決められる。

【００３４】さて、ＰＶｄＦは結晶系の特殊性から、外
部から電界を与えた時に、反対向きの自発分極ができる
強誘電体であることが知られている。ただし、導電度が
比較的高いため静止状態での分極は変動しやすく、よっ
て焦電センサや平面スピーカなどの動的な状態で有効な
素子として汎用的に使われる。なお、この自発分極の出
現は、室温で約５０ＭＶ／ｍ（＝抗電界値）以上で始ま
る。これより低い電界では動作速度が時間の対数オーダ
で遅れるようになる。この抗電界値は１μｍ厚膜につい
ては、僅か５０Ｖほどの外部電位差である。さらに、Ｐ
ＶｄＦの抵抗分は、素材物性が１０¹⁵Ω・ｃｍなので数
μｍ厚の膜では１０¹¹Ωオーダとなり、薄いものほど該
内部電界の消失時間は早い。よって、この抗電界値と体
積抵抗から算出される層の厚み方向の抵抗により、ある
時定数が定まる。この時定数はＡ層＜＜Ｂ層となる。こ
れについては、参考資料として、ＰＶｄＦの一般特性に
ついて田実・古川著『強誘電性材料の基礎』静電気学会
誌第１３巻第２号（１９８９）ｐ７４−８１、ＰＶ
ｄＦの外部電界とスイッチング時間について小田島『ポ
リフッ化ビニリデンの圧電性と強誘電性』応用物理、第
５０巻、第１２号（１９８１）、第７９−８３頁があ
る。

【００３５】以上をまとめると、Ａ層は外部電界に対し
て早い時間で残留電位を消去させることができるが、Ｂ
層はこの強誘電特性が発現するほど薄くなく、また抵抗
もあるため電荷が溜まりやすい。なお、Ｃ層は中抵抗領
域にあるのは、このベルトが一次転写にて近傍ではない
ところにあるバイアスローラからの電圧を受けて、一次
転写にいくためである。Ｃ層は静電気的には導電性とし
て扱うことができる。

【００３６】以上の３層を積層したＰＶＤＦでは仮に表
面が飽和するほどの電位が乗ったとしても、その電位を
下げるためには、短時間接地させるだけでは不十分であ
る。接地中は０Ｖまで落ちても、その後飽和電位にまで
徐々に電位が戻っていき、ほぼ始めと同じような状態に
なってしまう。

【００３７】図３に電位の一例を示す。初期飽和電位Ｖ
０は画像をランさせた時にベルト上の１点に発生してい
る電位である。これを、ベルト除電装置５０５の下をく
ぐらせるが、その電位状況を追跡するようにしている。
Δｔは０．１〜１０秒ほどでそれぞれ除電装置５０５と
の接触時間を示す。これより、本来の除電を行うために
は、できる限り長い時間除電装置５０５を接触する事が
必要と考えられる。当方の単体ベルトの実験では約６秒
以上の除電装置５０５への接触が必要と分かった。

【００３８】ここで、ベルト内部の積層状態において、
各点の電位を描いてみる。なお、仮定が含まれる。ま
ず、従来の除電方法では中間転写体５０１の回動、記録
紙へのトナーの転写の後に除電装置が中間転写体に接触
させられ、除電電位を受ける。この時の電位を図４ない
し図６に示す。

【００３９】図４において、飽和電位Ｖ１、Ｖ２とは、
紙上で白紙の地肌となる部分の電位（Ｖ１）と、４色の
重ねとなる部分の電位（Ｖ２）を示す。またＡ、Ｂ、Ｃ
は上述の層を示す。なお、この状態は数１００枚の同一
パターンを繰り返して取った時の状態である。（なお、
この実施例の機械では、４色カラーを複数枚出力する場
合、１つのベルトマークに同期させて画像を形成するた
め、ベルト上はいつもトナーが乗る位置／トナーが乗ら
ない位置は同じになる。）。この状態ではＶ１は−７０
０Ｖ近く、Ｖ２は−３００Ｖ近くなる。

【００４０】すなわち図４は、実施機に搭載された複合
層ベルトを対象として評価した時の逆極性電位発生（再
起電圧による電位浮上がり）現象を示すものである。そ
の手順は、厚み方向に電極をセットした上で、１）まず（＋）バイアスを時間を掛けて印加して、内部
の帯電状態を揃え、２）次にそのままフロートにし、３）ここで（−）バイアスを極めて短時間与え、この端
子の接触時間は可変としてデータを取り、４）続いてフロートにし、５）その後の電位の状態を測定し、６）ある一定時間後（ここでは、実機のベルト一周時
間）の電位の低下状態を見るというものになる。このベルトは時定数の異なる材料の
複合層ベルトであるため、（＋）側への再起電圧を確認
できる。もし、このベルトが単層ベルトであれば、時定
数は変化し、電位は（＋）から０Ｖに移り、逆極性は発
生しない。また、このベルトが一様な高抵抗ベルトであ
れば、同様に放電が不足する場合でも逆極性は発生しな
い。

【００４１】さらに、図５では、除電電位Ｖ_disとして
＋３００Ｖを与えた時のベルト層内電位を示す。この除
電操作の直後は見かけ上表面で見られる電位は＋３００
Ｖ近くになる。しかしこの状態ではＢ層では図４とほと
んど変わらず、Ａ層には大きい逆電位が形成されている
ため、Ａ層の電位が時定数が短いために中和されると、
図６のように見かけ上の電位は持ち上がってしまい、除
電が正しく機能していないことになる。ここでは、除電
電位Ｖ_disをより高い（＋）電圧としても、Ａ層の逆電
界が大きくなるに過ぎず、やはりＢ層の電位は残留して
いる。さらにＡ層の残留電位はむしろ高くなってしまう
ため、ブラシ跡という独特の異常画像が生じる事にな
る。このように、ベルト内部の時定数の差は除電を機能
させなくなる。

【００４２】よって、本発明者は本発明でこのようなベ
ルトをも除電する方法を開発した。まず、接地時間がど
れほど必要かを確認するため、ベルト単体にバイアスを
与えて十分飽和させた後、除電電位を変え、さらに除電
電極への接触時間を振ってみた。この実験結果を図７に
示す。これは、＋２５０Ｖまたは＋５００Ｖにあらかじ
め帯電飽和させておいたベルトにグランドＧＮＤまたは
−２５０Ｖの端子をｔ秒間間のみ接触させたのち、電位
が浮き上がりはじめてから６秒後の電位をプロットした
ものである。ｘ軸は電極接触時間でｌｏｇスケールにし
てある。これより初期残留電位で飽和していたベルトで
も約１０秒間の接触により、ベルト自体の電位の浮き上
がりが無くなることが分かった。なお、初期電位を＋２
５０／＋５００Ｖとし、さらに端子電位をＧＮＤ・−２
５０Ｖにしてもこの電位の安定化の時間はほとんど約１
０秒となることが分かる。この１０秒後のベルト電位で
は、初期の電位差も解消され、かつ全体に除電されてい
る。なお、この中間転写体の１回転は約６秒であり、こ
こから従来の除電では電位が蓄積される事が分かる。

【００４３】これらから、実機内でも同様に除電時間の
みに注意すれば、飽和した残留電荷がベルト内に止まっ
て不具合を発生させることは解消できる。なお、実機で
は、完全に電位差を０にする必要は無く、約１００Ｖ以
内まで落とせば、ほぼ実用に足ることが分かっている。

【００４４】従って、このような特別に電位的に飽和し
たベルトでは、等電位ローラ間にこの電位飽和ベルトを
挟み込み、接地時間の総計時間を考えた特殊な除電シー
ケンス（「第２の除電モード」）を行うことが必要にな
る。

【００４５】なお、このベルトの回動速度をＶとし、除
電機能が与えられるニップ幅をＬとすると、Ｌ／Ｖしか
実際の除電機能は働いていないことになる。よって、除
電に必要な時間をＴＴとした時は、ＴＴ／（Ｌ／Ｖ）の
回数分の回転が必要になる。実際には、４回も帯電を受
けるＯＰＣとの一次接触ニップは実施機では１０ｍｍ近
くあり、それもＯＰＣ側からの高電位が供給されてい
る。よって、現在の４回の回動につき１回の除電だけで
はこの影響は取れないことになる。よって、除電ニップ
との接触時間を大きく取ることが必要となる。実施機で
は厚紙などの定着性を高めるために１／２倍、１／３倍
の中間転写体の回転速度指定を備えている。よって、こ
のような速度設定も使って、除電ニップ下の除電機能を
多くすることが合理的である。

【００４６】なお図５〜図７は、距離と電位の図により
膜厚内の平均電界を説明するものである。ｘ軸は、単位
は長さをベルトの厚み方向の位置とし、外周表面をｘ＝
０として、内周へ（＋）を取り、ｙ軸は、単位は電位ま
たは電荷量とし、単体層における帯電状態を（−）を上
方にして描いてある。ｙ軸に隣接して記入した記号は除
電装置、例えば、ブラシ、金属ローラまたはチャージャ
等を示す。

【００４７】以下、図８に本発明に関係する構成要素
を、図９に実施機のシーケンスを示す。本発明のように
除電時間を長くするのは、生産性から言えば好ましくな
い。そこで除電時間を減らすためのいろいろな方法を提
案する。図中９０１は除電ブラシ対向板、９９０はＣＰ
Ｕ、９９１は二次転写接離ソレノイド、９９２は除電接
離ソレノイドである。

【００４８】まず、二次転写装置を除電装置として使
う。これは、図８における接離ソレノイドのトリガと、
バイアスをミニマムにすることで実現できる。ここで、
除電装置も同様にバイアスをミニマムにすることが望ま
しい。除電に当たって、接地したローラを接触させる事
を優先するためである。

【００４９】続いて、この動作は生産性を考えると、本
来は回避が望ましい。そこで、中間転写体の残留電位状
態をモニタしておき、必要時にのみこの動作を行う事を
考える。そのためにはベルトに電位センサを設ける事な
どが必要であるが、ここではそれは公知技術として取り
上げず、転写電源の定電流電源のフィードバック回路へ
の流入電流を使ってＣＰＵが判断する方法を取る。この
ためのセンスの時間を連続プリント時の最後に図８の様
におく。これで−７００Ｖくらいに充電されたベルトか
らは通常の放電敷居電圧を超えるため、数μＡの電流が
流れる。この流れ込む極性は、通常の転写電流のモニタ
と同じ方向であるため、ＣＰＵ側もアナログ電圧として
読み込む事ができる。このような判定シーケンスを図１
０に示す。また図１１に参考のため通常の除電モード
（紙転写後）のシーケンスを示す。

【００５０】なお、二次転写ローラの回動の連続は実は
実施機ではローラの寿命の点で問題である。ここで、図
８に破線で示すように二次転写ローラ６０５が離れてい
る状態でも、実は転写ベルト５０１が高電位であれば、
電流は空間容量によりある程度は流れる。したがって、
転写ベルト５０１の帯電状態は、離れた二次転写ローラ
６０５でもモニタできる。なお、この場合のシーケンス
は図８における二次転写ローラ接離ソレノイドのトリガ
ー信号が無いだけなので、シーケンス図は省略する。

【００５１】

【発明の効果】請求項１のカラー画像形成装置は、以上
説明してきたように、複数の挟み込み手段間に該中間転
写体を挟み込み、これにより電位減衰時間以上回動させ
ることにより、時定数が長い残留電位も十分に除電する
ことができるという効果がある。

【００５２】請求項２のカラー画像形成装置は、以上説
明してきたようなものなので、上記共通の効果に加え、
高抵抗層の除電のために通常の第１の除電動作とは異な
り、十分な除電時間の第２の除電動作を行わせる第２の
除電モードを持つことにより、十分な時間を除電動作に
かけて高抵抗層の残留電位を放電、解消できるという効
果がある。

【００５３】請求項３のカラー画像形成装置は、以上説
明してきたように、二次転写装置として最も普及してい
る転写ローラを活用し、二次転写バイアスを最小限のバ
イアスを０Ｖ設定（ほぼ接地）とすることにより、転写
ローラをほぼ接地除電ローラとして使用し、上記共通の
効果に加え、新たな除電装置を設置することなく、現装
置を用いて第２の除電動作を行うことで高抵抗層の除電
を確実に行うことができるという効果がある。

【００５４】請求項４のカラー画像形成装置は、以上説
明してきたように、中間転写体の持つ帯電電位が飽和し
ているどうかを、バイアス電流状態をモニタすることで
第２の除電動作が必要かどうかを判断、確認し、時間が
掛かる第２の除電動作を生産性を上げるためにできるだ
け起動させないようにして、必要最小限の時間で満足し
うる除電効果を得るようにし、生産性を高めることがで
きるという効果がある。

【００５５】請求項５のカラー画像形成装置は、以上説
明してきたように、モニタの構成を簡単に並立できるバ
イアス印加装置を備え、ソフト的に制御する定電流電源
を流用し、二次転写手段はカラー画像形成時は通常中間
転写体から離間させ、この時に帯電した中間転写体が通
過する場合、僅かだが浮遊容量を介して、電流が流れ、
この浮遊容量を一定に保つのは容易であるのでこれを中
間転写体の電位センサとして使用でき生産性を高めるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態となるカラー複写機の概略構
成を示す断面図である。

【図２】図１のカラー複写機の主要部である画像形成部
の概略構成図である。

【図３】中間転写ベルトの電位の一例を示す図である。

【図４】実施機に搭載された複合層ベルトを対象として
評価した時の逆極性電位発生現象を示す図である。

【図５】除電電位として＋３００Ｖを与えた時の転写ベ
ルト層内電位を示す図である。

【図６】除電電位として＋３００Ｖを与えた後の転写ベ
ルト層内電位を示す図である。

【図７】転写ベルト単体にバイアスを与えて十分飽和さ
せた後、除電電位を変え、さらに除電電極への接触時間
を振って実験した結果を示す図である。

【図８】本発明に関係する構成要素がなす電気的回路構
成を示す図である。

【図９】本発明による除電モードのシーケンスを示す図
である。

【図１０】本発明による除電モードでの判定シーケンス
を示すフローチャートである。

【図１１】通常の除電モードのシーケンスを示す図であ
る。

【符号の説明】

１カラースキャナ２カラープリンタ３給紙バンク４原稿１２１コンタクトガラス１２２照明ランプ１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃミラー群１２４レンズ１２５カラーセンサ２００感光体ドラム２０１帯電チャージャ２０２クリーニングブレード２０３クリーニングブラシ２０４電位センサ２０５現像濃度パターン検知器２０６除電ランプ２２０光書き込みユニット３００感光体クリーニング装置２３０リボルバ現像ユニット２３１ＫＢｋ現像器２３１ＣＣ現像器２３１ＭＭ現像器２３１ＹＹ現像器５００中間転写ユニット５０１中間転写ベルト５０７１次転写バイアスローラ５０８ベルト駆動ローラ５１３マークセンサ６００２次転写ユニット６０１２次転写ベルト６０２〜６０４支持ローラ６０５２次転写バイアスローラ６５０レジストローラ対７００定着ユニット７０１定着ローラ対８０１１次転写電源８０２２次転写電源９０１除電ブラシ対向板９９０ＣＰＵ９９１二次転写接離ソレノイド９９２除電接離ソレノイド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部電界に対する応答して分極を反転す
る最外周の薄い強誘電体層と、減衰時定数の長い内部の
高抵抗層とを有する中間転写体を含み、該中間転写体の
１周に掛かる時間が、上記減衰時間よりも長い多層中間
転写体を有する電子写真方式のカラー画像形成装置にお
いて、複数の一定電位差内の手段同士の間に挟み込ま
せ、少なくとも該中間転写体の電位減衰時間以上にわた
り該中間転写体を回動させることを特徴とするカラー画
像形成装置。
【請求項２】請求項１のカラー画像形成装置におい
て、上記中間転写体は通常の除電動作よりも単位長さ当
たりの除電時間が長い第２の除電モードを持つことを特
徴とするカラー画像形成装置。
【請求項３】請求項２のカラー画像形成装置におい
て、上記第２の除電動作において上記中間転写体に二次
転写装置を接触させ、かつ該二次転写装置の電源から最
小限のバイアスを印加することを特徴とするカラー画像
形成装置。
【請求項４】請求項３のカラー画像形成装置におい
て、離間してある二次転写手段への励起電流をモニタ
し、該モニタした電流値が所定の設定値を超えた時の
み、上記第２の除電モードを起動させることを特徴とす
るカラー画像形成装置。
【請求項５】請求項４のカラー画像形成装置におい
て、バイアス印加装置として、高圧発生部と、電源回路
を流れる電流値をモニタするフィードバック回路と、上
記電流値をもとに除電時間を決定する制御回路を有する
ことを特徴とする画像形成装置。