JP2004109549A

JP2004109549A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004109549A
Application number: JP2002272555A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tamiya; 田宮　孝弘
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】二次転ニップ内の転写電界をどんな紙状態でも適正化するためには、除電から来る転写への流入ノイズを遮断することで上記問題点を解決できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】低湿で高抵抗化した紙に対しては、転写後の紙帯電の除電は分離のためには重要である。そこで第２の除電装置１０１を第１の除電装置１００と二次転写ローラ７との間に入れ、これに二次転写ローラ７と同じ極性、あるいは第１の除電装置１００と同じ極性の定電圧出力を与える。そのため、高湿時では定電圧となって、第１の除電装置１００の影響を絶対値的に小さくすることができ、変動も抑え得る。そして二次転写電界を保持でき、高湿環境下でも十分な転写が可能となる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特にカラーアナログ／デジタルＰＰＣ、カラーレーザプリンタ等、中間転写体を用いてカラー画像を形成可能な画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のカラー画像形成装置機では、小型化を狙って中間転写ベルトや二次転写装置を小型化する傾向にある。そのため、転写ローラの近くの除電針がより近接することになっている。特に、転写ローラに対向する対向ローラの自然曲率を用いて転写紙を分離する機構を採用するものでは、距離が大きくは取れないようになっている。
【０００３】
元来、転写紙を分離するための除電装置は、当然ながら二次転写で紙を帯電させる極性とは逆の電荷付与を行う。現在のカラープリンタやカラーデジタルＰＰＣでは、（−）帯電感光体と組ネガポジプロセスを用いるのが通常であり、転写バイアスは（＋）極性、除電バイアスは（−）極性となることが多い。転写の（＋）バイアスと、除電の（−）バイアスは紙の上下流に別けて同時に印加するので、紙の抵抗が低いと値が近接するために干渉してしまうことになる。
【０００４】
ここで転写不良には下記２つがある。
（１）除電バイアス（−）は紙を介して転写部まで電流が漏洩する。そのために、大きな（−）電位が転写ニップにでき、定電流制御では二次転写電圧が（＋）側に上がらなくなる。そして二次転写電界が不足し、カラー機特有の多量層トナーが転写しにくくなる（電界不足化）。この画像の特徴は、先端の濃度は正常だが、その後除電チャージャが働いた途端に転写電圧が低下してしまい、濃度が出なくなったりする。
（２）紙の厚み方向の抵抗が下がるため、厚み方向に電荷が動きやすくなり、（＋）転写バイアス下で紙中に（＋）電荷が入りこむ。これに対して除電（−）バイアスも印加されるため、紙内でこれらの結合が任意に起きて、その部分では全く電界がかからなくなる。したがって、ミクロ的に不均一なぼつぼつした転写残が生じる。
【０００５】
エンドユーザはどのような紙をこの種の画像形成装置で用いるかについてはあまり理解しておらず、高湿環境放置紙とパックから取出した直後の紙を同時にトレイに入れてしまうことすらあり、上述のような不具合をユーザー自身が生じさせることもある。
【０００６】
このような問題に対して採られてきた従来の回避策を説明する。
（１）高湿時に除電機能カットを行う。この対策は万能ではなく、開封直後などの紙では除電バイアスが不足し、ジャムと称する紙詰まりが生じる可能性がある。
（２）紙抵抗を何らかの手段で検知し、これに応じて除電バイアスをオンオフ、あるいは電圧を制御する。このような紙の具合について検知装置を機械内に入れるのは構造上無理があり、また電流のチェックを行うため、転写部よりも紙の搬送方向で前方に非常に精度の良い計測機を必要とする。ただし、これに使用されているセンサは敏感で、静電気が溜り過ぎると故障しやすい。
【０００７】
例えば転写ローラ電圧を検知して除電バイアスをフロート、接地（ＧＮＤ）、高電圧の中から選ぶ方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法は、全環境での転写性向上を図るために、除電針一本でのバイアス条件を変え、高湿では除電をかけないようにしている。また分離除電針と、さらに接地された下流側の吸着用金属板において、除電バイアスを紙の先後端で、極性を変更（先後端では（＋）バイアス化）し、紙の先後端での跳ねによる像擦れや末端汚れ防止を図るものがある（例えば特許文献２参照）。この方法は、紙の先後端のとび跳ねによる画像異常防止のため、金属板とバイアスの正負切替えを用いて紙を大きな吸着板に静電気で吸わせ、安定走行させるようにしている。また転写出口での紙の安定搬送を求めるため、除電針の前後に静電吸着材をおく技術も知られている（例えば特許文献３参照）。さらに中間転写体を用いたカラー機用転写ベルト機における分離不良対策、転写ベルトチャージアップ防止、高湿環境での転写電荷リーク防止を図るため、転写ベルト表面抵抗を１０^１０から１０^１５Ω／□、体積抵抗を１０^６から１０^１１Ωに限定し、表面層２〜５０μｍ、静電容量２０ｐＦ以上で、分圧を低くする技術も知られている（例えば特許文献４参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１１４９８９号公報
【特許文献２】
特開平９−９６９６８号公報
【特許文献３】
特開平９−１２７８０６号公報
【特許文献４】
特開平１０−４８９６１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１の技術では、除電針一本でのバイアス条件を変え、高湿では除電をかけないため、上述した問題の解決には十分ではない。また特許文献２や特許文献３の技術では、転写へのリークの問題などに対応したものではない。さらに特許文献４の技術では、転写入口の突抜け現象は、紙が低湿で高抵抗化しすぎで、紙の中で集中した電荷がブレークダウンを引き起こし、付き通し跡という異常画像が出る。
【００１０】
すなわち、高湿で低抵抗化した紙に、中間転写体上のカラー・トナー像を転写する時、転写バイアスと除電バイアスが一般に正負逆符号であり、紙を介して電荷が中和しあって、結果として最適転写ができなくなるという不具合がある。このため、転写電界を調整・設定していても、紙の状態で除電からの干渉がある。また、低湿で高抵抗化した紙をどの紙も静電的に分離させるため除電性能を強める必要がある。通常は、この２つを考慮しつつ除電器位置を決めるものであるが、トレードオフとなりやすい。
【００１１】
本発明は、二次転ニップ内の転写電界をどんな紙状態でも適正化するためには、除電から来る転写への流入ノイズを遮断することで上記問題点を解決できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、電子写真方式の画像形成装置において、トナー像を形成する中間転写体と、転写ローラによる二次転写装置と、該二次転写装置の下流に配置する第１の除電装置と、上記二次転写装置と上記第１の除電装置との間に位置する第２の除電装置と、該第２の除電装置にバイアスを供給するバイアス電源と、該バイアス源の出力の極性を正負制御可能とするバイアス制御手段を有することを特徴とする。
【００１３】
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の画像形成装置において、上記バイアス制御手段が、上記第２の除電装置の補助電極バイアスを定電圧にて駆動することを特徴とする。
【００１４】
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１または２の画像形成装置において、上記バイアス制御手段が、転写紙の転写電位をもって上記バイアスの正負極性を制御するバイアス制御を行なうことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお以下では本発明を、複写機あるいはレーザービームプリンタ等の電子写真プロセスを利用して画像成形を行う画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
【００１６】
図１に、中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置の一例を示す。ここでは、中間転写ベルトとして、中抵抗の転写ベルト（弾性体）を使用している。図１において、第１の画像担持体としてのベルト状の感光体（以下「感光体ベルト」という）１は、駆動ローラ１ａ、従動ローラ１ｂ、一次転写ローラ５により、回転自在に張架されており、駆動ローラ１ａが図示しない駆動手段によって駆動回転されることによって、矢印Ａ方向（時計方向）に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。
【００１７】
感光体ベルト１は、その回転過程で、一次帯電チャージャ２により所定の極性及び電位に一様に帯電される。次いで、画像情報のデジタル画素信号に対応して変調されたレーザービームを出力する走査露光系等からなる露光手段３によって、感光体ベルト１の表面が画像露光を受けることにより、感光体ベルト１上に、カラー画像の第１の色成分像（例えばシアン像）に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、第１の現像器であるマゼンダ現像器Ｍにより、第１色目トナーであるマゼンタトナーにより現像される。この時、第２、第３、第４のシアン色現像器Ｃ、イエロー色現像器Ｙ、ブラック色現像器Ｋの他の各現像器は、非作動状態になっており、感光体ベルト１上に形成された第１色目のマゼンタトナー画像が、第２、第３、第４の各色現像器による影響を受けないように設定されている。
【００１８】
中間転写ベルト４は、駆動ローラ４ａ、従動ローラ４ｂ、テンションローラ４ｃ、二次転写対向ローラ８により、回転自在に張架されており、駆動ローラ４ａが図示しない駆動手段によって駆動回転されることによって、矢印Ｂ方向（反時計方向）に感光体ベルト１と同じ周速度をもって回転駆動されている。感光体ベルト１上に形成された第１色目のシアントナー画像は、感光体ベルト１と中間転写ベルト４とにより形成される一次転写部を通過する時に、一次転写ローラ５と感光体ベルト１間に印加される一次転写バイアスにより形成された転写電界により、中間転写ベルト４の表面に一次転写される。
【００１９】
マゼンタトナー画像の転写を終えた感光体ベルト１の表面は、感光体クリーニング装置６により清掃される。清掃されたトナーは回収容器１１に回収される。以下、第１色目のシアントナー画像の場合と同様に、第２色目のシアントナー画像、第３色目のイエロートナー画像、第４色目のブラックトナー画像が、順次中間転写ベルト４上に順次重ね合わされて一次転写され、入力されたカラー画像に対応するフルカラートナー画像が中間転写ベルト４上に形成される。なお、感光体ベルト１から中間転写ベルト４に対して各色のトナー画像が順次重畳転写される際には、一次転写バイアスとして、トナーとは逆極性（＋）バイアスが図示しないバイアス電源から印加される。その印加電圧は、中間転写ベルト４のベルト抵抗や環境条件等により異なってくる。ここでは２００Ｖ〜１０００Ｖが印加されるものとする。
【００２０】
二次転写ローラ７は、二次転写対向ローラ８に対して平行に設置され、中間転写ベルト４に対して接離可能に配設されている。この二次転写ローラ７及び中間転写ベルトクリーナ９は、感光体ベルト１から中間転写ベルト４への第１〜第３色の一次転写工程において、中間転写ベルト４から離間した位置に退避されている。
【００２１】
中間転写ベルト４上に一次転写されたフルカラートナー画像の転写材（用紙）Ｐへの転写は、レジストローラ１３により中間転写ベルト４と二次転写ローラ７との二次転写位置に所定のタイミングで転写材Ｐが給送され、二次転写ローラ７が中間転写ベルト４に当接されると共に、二次転写バイアスが図示しないバイアス電源から二次転写ローラ７に印加されることにより行われる。そして、この二次転写バイアスにより中間転写ベルト４から転写材Ｐへフルカラートナー画像が二次転写（一括転写）される。この転写材Ｐ上に二次転写されたフルカラートナー画像は、定着器１０へ導入されて加熱定着される。
【００２２】
転写材Ｐへのフルカラートナー画像の二次転写が終了した後、中間転写ベルト４に中間転写ベルトクリーナ９のクリーニングブラシが当接されて、転写材Ｐに転写されずに中間転写ベルト４上に残留しているトナー（転写残トナー）がクリーニングされる。このクリーニングされた転写残トナーは、中間転写ユニット内に設けられた回収容器１２に回収される。この中間転写ベルトクリーナ９にはファーブラシが設けてあり、トナーと同極性の（−）バイアスが印加され、これにより、トナーの一部がクリーニングされる。残ったトナーは（＋）化され感光体に戻されて感光体側のクリーニング容器に回収される。
【００２３】
ここで、フルカラートナー画像形成時には、中間転写ベルトクリーナ９が中間転写ベルト４から離間し、所定のタイミングをとって接触してクリーニングを行う。なお、ブラック等の単色コピー時は、中間転写ベルトクリーナ９を中間転写ベルト４に常時当接させてクリーニングを行うことが可能である。また、強い力でトナーを掻き落とすブレードクリーニング法は、中間転写ベルト４の回転負荷を増大させたり、ベルト表層にダメージを与えたりする等の理由から弾性ベルトを用いた転写ユニットのクリーニング法としては適さない。中間転写ベルトは、従来から弗素系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂等のフィルム状ベルトが使用されてきているが、近年はベルトを弾性部材にした弾性ゴム状ベルトも使用されてきている。
【００２４】
図２、図３は本発明に係る画像形成装置の一実施形態の要部を示す断面図であり、図中１００は第１の除電装置、１０１は第２の除電装置、１０２、１０３、１０４は絶縁材、Ｐは紙、９９は転写電源、１１０は第１除電装置用電源、１１１は第２除電用極性切替器、１１２は（−）極性電源、１１３は（＋）極性用電源、１２０は転写ホルダ、１２１は転写接離軸、１２２は絶縁物である。除電装置１００、１０１として、除電針を用いている。除電針は、銅またはステンレスの薄板をプレス・ワイヤカット・レーザ切削またはフォト・エッチングで製造する。本実施形態では、図４に示すように２枚の薄板を千鳥状にして絶縁材に固定する。
【００２５】
この構成とすることで、各放電点の放電電界を効果的に上げて、開始電圧を上げ過ぎないようにすることができる。なお図４に示すようにカシメあるいはハトメ用の穴１３０を設けて、除電針を絶縁材１２２に固定する。また、各除電針は図示しない端子で専用電源１１５と接続する。
【００２６】
専用電源１１５は極性切替器１１１と各極性高圧電源１１２、１１３からなる。これらの出力は適当なフィードバックを行う。転写用電源９９は定電流制御の高圧ＰＷＭ電源であり、環境条件の変化によりバイアスを適当に変更することができる。
【００２７】
絶縁物１２２は、耐電圧の高いプラスチックからなる。図３では転写ホルダ１２０と一体化してある。軸１２１は二次転写ローラ７の接離のためのホルダ１２０全体をベルトから持ち上げる際の軸となる。
【００２８】
続いて、本実施形態の動作シーケンスを図５により説明する。図中の左側は高湿時で、右側は低湿時の転写、第２除電装置、第１除電装置１００の作動を示す。ここでは、第２除電装置１０１の使用を示し、高湿時は第２除電装置１０１の出力極性を（−）から（＋）に切替える。
【００２９】
続いて、本実施形態の動作メカニズムを説明する。
図６は、比較のために示した従来装置の動作メカニズムであり、二次転写ローラ７と一つの除電装置１００の場合を示す。図６（Ａ）の通常時環境では、二次転写ローラ７の放電電荷は紙Ｐの表面か内部に入る。紙Ｐの抵抗が高いために次工程の分離電荷との中和・解消は除電装置対抗部で行われ、それまでの間に二次転写電界Ｅ（消滅までの時間が長いため０ではない。）を必要な期間維持できる。しかし、図６（Ｂ）の高湿時は紙Ｐの表面抵抗がまず下がり、これにより二次転写ローラ７と除電装置１００との間に低抵抗ルートができ、放電電荷はすぐに中和・解消してしまう（図中に矢印Ｘで示す）。この結果、このルートでは電位が発生しない。転写ローラを定電流制御、除電を定電圧制御した例では、電流の流れやすさから転写ローラは電位を大きく落してしまう。ただし、転写を定電圧としても、両放電負荷からの電位に決まってしまい、これは極性が正反対であるため、やはり相当低くなってしまう。これらから、二次転写ニップでは高Ｑ／Ｍのトナーの鏡像力以外には転写が成り立たなくなり、よって、２層、３層のカラー画像では中間転写体の表面の最上層にあるトナーだけがそれも薄く転写するだけとなる。また、この紙が一回定着を通ると、内部に低抵抗な部分（図６Ｃ中にＹで示す）が残る。このような紙では、内部での放電電荷が中和してしまう。この場合、中和した部分でのみ転写不良となる画像となる（図６Ｃ）。
【００３０】
図７は本発明の一実施形態を示す図６と同等の断面図である。本実施形態では、低湿で高抵抗化した紙に対しては、転写後の紙帯電の除電は分離のためには重要である点にかんがみ、第２の除電装置１０１が第１の除電装置１００と二次転写ローラ７との間に入れてある。すなわち、高湿で低抵抗化した紙に関しての不具合は、転写ローラバイアスと除電バイアスが、紙の低抵抗を介して相互に干渉することであり、一般的には二次転写ローラが定電流制御であり、除電を定電圧とすると、二次転写電圧は除電側に引きずられて、下げられてしまうので、第２の除電器（針）を転写ローラ極性に変え、ガード電極としても使用できるようにし、これにより、除電電流干渉というノイズをガードしている。本発明では第２除電装置１０１が入るため、高湿時では定電圧となって、第１の除電装置１００の影響を絶対値的に小さくすることができ、当然ながら変動も抑えることが可能になる。そのため、二次転写電界を保持できるので、高湿環境下でも十分な転写が可能となる。これは電気的にはガード端子と同じ意味合いがある。
【００３１】
ただし、低湿環境では、第２の除電装置１０１が（−）分で作動していると、除電放電による中和までの時間が長くなり、分離性能が落ちる可能性がある。全紙種、全環境の安定性を望むならば、第２除電装置１０１のバイアス値を紙Ｐの内部の抵抗状態に応じて、適切に調整する必要がある。
【００３２】
その方法の１つとして、二次転写ローラ７の定電流電源の電位を使用して、第２除電装置１０１のバイアスを制御する方法を挙げることができる。二次転写ローラ７はこの例では定電流駆動を行っているため、もし紙Ｐの抵抗が下がっていれば、自然と二次転写ローラ７も下がる。よって、この電位を検知し、一定値以上になった場合、第２除電装置１０１の除電バイアスを（−）にして、分離性能を高めればよい。また逆に、一定値以下となった時に第２の除電バイアスを（＋）にして転写へのガードとして動作させればよい。具体的には、第２の除電装置１０１を二次転写ローラ７と第１の除電装置１００の間に配置し、これに二次転写ローラ７と同じ極性、あるいは第１の除電装置１００と同じ極性の定電圧出力を与えることにより、高湿時の第１の除電装置１０１からの電流干渉を減らし、低湿時は逆に分離性を高めているのである。
【００３３】
図８に簡易的な動作シーケンスのフロー図を示す。なお、二次転写ローラ７の電位検知を行う時間は、図５における遅れ時間Δｔ１を用いる。この間は紙Ｐがまだ除電装置１０１、１０２の下には来ていないため、先端だけ抵抗に関する検知を行うことになる。すなわち二次転写ローラ７へのバイアス印加をオンとし（ステップ１）、転写ＰＷＭを読み（ステップ２）、中間値（通常）は第２の除電装置１０１をオンとせず（ステップ３）、高湿時は第２の除電装置１０１をオンとして極性を（＋）とし（ステップ４）、低湿時は第２の除電装置１０１をオンとして極性を（−）とする（ステップ５）。
【００３４】
なお本実施形態での絶縁材１０２ないし１０４については、絶縁性能が非常に高くなければいけないので、図９に示すように、ＰＥＴなどを用い、さらに表面に凹凸をつけることで沿面距離を長くするなどの対策を施す。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、第２の除電装置を除電バイアス極性に設定して、これにより放電を行うため、時定数が非常に長い紙であっても、十分に除電することができるようになる。
【００３６】
請求項２に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、第２の除電装置の補助電極バイアスを定電圧にて駆動する、高湿時に除電バイアスの干渉防止が図れる。
【００３７】
請求項３に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、転写紙の転写電位をもってバイアスの正負極性を制御するため、バイアスの適正値を与えることができ、高湿ではガード、低湿では分離性向上という改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の一実施形態の要部を示す断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】図２の除電装置の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の一実施形態の動作シーケンスを示す図である。
【図６】比較のために示した従来装置の動作メカニズムを示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態の動作メカニズムを示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の簡易的な動作シーケンスのフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態で用いる絶縁材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　感光体ベルト
７　二次転写ローラ
８　二次転写対向ローラ
９９　転写電源
１００　第１の除電装置
１０１　第２の除電装置
１０２、１０３、１０４　絶縁材
１１０　第１除電装置用電源
１１１　第２除電用極性切替器
１１２　（−）極性電源
１１３　（＋）極性用電源
１１５　専用電源
１２０　転写ホルダ
１２１　転写接離軸
１２２　絶縁物
Ｐ　紙

Claims

電子写真方式の画像形成装置において、トナー像を形成する中間転写体と、転写ローラによる二次転写装置と、該二次転写装置の下流に配置する第１の除電装置と、上記二次転写装置と上記第１の除電装置との間に位置する第２の除電装置と、該第２の除電装置にバイアスを供給するバイアス電源と、該バイアス源の出力の極性を正負制御可能とするバイアス制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
請求項１の画像形成装置において、上記バイアス制御手段が、上記第２の除電装置の補助電極バイアスを定電圧にて駆動することを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２の画像形成装置において、上記バイアス制御手段が、転写紙の転写電位をもって上記バイアスの正負極性を制御するバイアス制御を行なうことを特徴とする画像形成装置。