JP2005084464A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体上のＡＣバイアス印加筋に起因する像担持体の速度変動を低減させ、バンディングの発生を防止する。
【解決手段】像担持体３上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像ローラに交流重畳バイアスを印加し前記静電潜像をトナー像に現像する現像手段６ａと、該トナー像を中間転写体１２に転写する転写手段１３とを備えた画像形成装置において、前記像担持体上の交流重畳バイアス印加開始位置Ｂ１より中間転写体の進行方向上流側に対策画像２７を形成し、該対策画像が転写位置Ｔ１を通過開始後、前記潜像形成手段による潜像形成を開始する。
【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真法を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係わり、特に、現像ローラに交流重畳バイアスを印加して静電潜像をトナー像に現像し、該トナー像を中間転写体上に転写する方式の画像形成装置に関する。

上記画像形成装置においては、現像バイアス印加時は高圧が安定せずトナー飛散やかぶり等により、局所的に像担持体にトナーが付着してしまう。そこで、従来は、像担持体上の潜像が現像領域に到達する前（すなわち非画像部）に交流重畳バイアスを印加して現像前にバイアスを安定させ、トナー飛散やかぶり等を防止している（特許文献１参照）。
特公平３−６４０７３号公報

しかし、図１に示すように、像担持体３上の潜像が現像領域に到達する前（すなわち非画像部）に交流重畳バイアスを印加すると、バイアス印加時に領域Ｙのトナーが像担持体に飛翔する。飛翔したトナーは現像ローラ６ａと像担持体３が図示矢印方向に回転するため、像担持体３と現像ローラ６ａ間のギャップが大きくなり電界が弱くなるため、現像ローラ６ａにトナーが戻ることができない。また、バイアス印加時は電源が不安定になることもあり、いわゆるオーバーシュートが発生し、像担持体３にトナーが飛翔してしまうこともある。このようにバイアス印加時に非画像部に形成されたトナーを、以下ＡＣバイアス印加筋２５という。

図２は、ＡＣバイアス印加筋２５と１次転写位置との関係を示す図である。図中、１２は中間転写ベルト、１３は１次転写ローラ、２６は交流重畳バイアス電源を示す。図（Ａ）に示すように、ＡＣバイアス印加筋２５が１次転写位置Ｔ１に進んでいき、図（Ｂ）に示すように、印加筋２５が一次転写位置Ｔ１に到達し、図（Ｃ）に示すように、印加筋２５が中間転写ベルト１２に転写され一次転写位置Ｔ１を通過し、像担持体３に形成された静電潜像が現像ローラ６ａにより現像される。

ところで、本発明者が種々の実験を行ったところ、以下のような問題が生じることが判った。すなわち、図（Ｂ）に示すようにバイアス印加開始位置Ｂ１すなわちＡＣバイアス印加筋２５が１次転写位置Ｔ１にあるときに、像担持体３に潜像書き込み動作を行うと像担持体３の速度変動が生じ、像担持体３の速度ムラに伴う濃度ムラや色ずれ、いわゆるバンディングが発生することが判明した。これは中間転写体１２と像担持体３との間にＡＣバイアス印加筋（トナー）２５があると、両者間の摩擦力が低下し、その結果、像担持体３が滑って速度変動を起こしてしまうことに起因している。

図３は、像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。本実験においては中間転写体の周速度を像担持体の周速度よりも０．７％早く設定し、中間転写体にＢ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の順にトナー像を転写している。図３において、縦軸に速度ムラ、横軸に時間を表し、速度ムラは、
（中間転写体の回転速度−像担持体の回転速度）／像担持体の回転速度×１００で表され、従って、速度むらのプラスは像担持体が中間転写体より遅く、速度ムラのマイナスは像担持体が中間転写体より早くなることを示している。ここで最初に大きな速度ムラが現れているのは、回転検出を行うエンコーダのベルトつなぎ目に当たる信号の乱れであり、直接回転の乱れを示しているのではないので無視される。

これによれば、図２において、各色のバイアス印加開始位置Ｂ１、すなわちＡＣバイアス印加筋２５が１次転写位置Ｔ１にきたときに、図３で矢印に示すように顕著な速度ムラを発生していることが判る。

この現象は、像担持体３と中間転写体１２の回転に速度差がある場合に特に顕著である。以下、中間転写体１２が像担持体３より周速度が大きい場合について説明する。一般に、像担持体３と中間転写体１２の間には摩擦力と静電吸着力が働き、この二つの力により像担持体３は中間転写体１２に引っ張られるように駆動している。しかし、１次転写領域にＡＣバイアス印加筋（トナー）２５が局所的に存在すると、その部分の摩擦力が急激に低下し、中間転写体１２が像担持体３を引っ張る力が低下する。その結果、像担持体３は一瞬速度が遅くなり、このとき像担持体３に潜像を書き込むと書込位置がずれ、上記のバンディングが発生してしまう。

また、この像担持体３の速度変動は像担持体のクリーニング手段によってさらに助長される。以下、クリーニング手段としてクリーニングブレードを用いた場合について説明する。クリーニングブレードはスティック−スリップ現象を利用してトナーを除去している。したがって、クリーニングブレード先端には常に応力がかかっており、像担持体３の速度が一瞬遅くなると、ブレード先端の応力解放され、これによりさらに速度変動を助長することになる。

さらに、１次転写位置Ｔ１において、像担持体３と中間転写体１２との間には上述のとおり静電吸着力が働いており、速度変動はこの力にも依存する。すなわち、トナー筋による摩擦力が低下しても静電吸着力が大きければその変化の影響を少なくすることができ、逆に、静電吸着力が弱いと速度変動が大きくなってしまう。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、ＡＣバイアス印加筋に起因する像担持体の速度変動を低減させ、バンディングの発生を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために本発明の画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像ローラに交流重畳バイアスを印加し前記静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前記像担持体上の交流重畳バイアス印加開始位置より中間転写体の進行方向上流側に対策画像を形成し、該対策画像が転写位置を通過開始後、前記潜像形成手段による潜像形成を開始することを特徴とする。
また、前記対策画像が面画像であり、中間転写体の非画像領域が転写位置通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を開始することを特徴とする。
また、前記対策画像が交流重畳バイアス印加開始位置を含む面画像であることを特徴とする。
また、前記転写位置において、像担持体と中間転写体の周速度が異なることを特徴とする。
また、前記像担持体および中間転写体は、一つの駆動モータからそれぞれギヤ列を介して駆動されることを特徴とする。

本発明によれば、像担持体上のＡＣバイアス印加筋に起因する像担持体の速度変動を低減させ、バンディングの発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図４は本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図であり、図中、１は画像形成装置、２は本体ケース、３は感光体等の像担持体、４は帯電装置、５は露光装置（潜像形成手段）、６は現像装置（現像手段）、７は感光体クリーナ、１２は中間転写ベルトからなる中間転写体、１３は１次転写ローラ（転写手段）、１５は２次転写ローラ、１６は電源装置、１７は給紙トレイ、２０は定着装置、２１は排紙トレイを示す。

本実施形態の画像形成装置１は、図４に示すように、本体ケース２の上部に形成された排紙トレイ２１と、前面に開閉自在に挿着された前面カバー２ａを有する。本体ケース２内には、複数の現像カートリッジを搭載した現像装置６、静電潜像が形成され現像されてトナー像が形成される像担持体３、像担持体３上のトナー像が転写される中間転写ユニット、各駆動モータやバイアスを制御する制御ユニット、電源装置１６、記録媒体を収容する給紙トレイ１７、記録媒体上のトナー像を定着する定着装置２０などが配設されている。また、前面カバー２ａ内には給紙トレイ１７から記録媒体を２次転写ローラ１５を通して定着装置２０に搬送する紙搬送ユニット１９が配設されている。そして、各ユニット、装置は、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。

像担持体である感光体３は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された感光層とを有する。その感光体３の外周には、回転方向に沿って感光体３を一様に帯電するための帯電装置４、感光体３上に静電潜像を形成するための露光装置５、静電潜像を現像するための現像装置６、感光体３上のトナー像を転写するための中間転写ベルト１２、１次転写後の感光体３の表面をクリーニングする感光体クリーナ７などが配設されている。

中間転写ユニットは、駆動ローラ１０および従動ローラ１１と、無端状の中間転写ベルト１２からなり両ローラ１０、１１に巻架され図示矢印方向に駆動されて感光体３上のトナー像が転写される中間転写ベルト１２と、中間転写ベルト１２の裏面で感光体３に対向して配設され感光体３上のトナー像を中間転写ベルト１２に１次転写するための一次転写ローラ１３と、中間転写ベルト１２上の残留トナーを除去する転写ベルト用のクリーニング手段１４と、駆動ローラ１０に対向して配設され、中間転写ベルト１２上に形成された４色フルカラーのトナー像を記録媒体（紙等）上に２次転写するための二次転写ローラ１５とからなっている。

露光装置５の下方には電源機器１６が配設され、また本体ケース２の底部には給紙カセット１７が配設され、給紙カセット１７内の記録媒体は、ピックアップローラ１８、シート材搬送路１９、二次転写ローラ１５、定着装置２０を経て排紙トレイ２１に搬送されるように構成されている。なお、給紙カセット１７は把手１７ｂにより装置前方に引き出し可能に装着されているとともに、用紙サイズが大きい場合に対応できるように、装置後方に突出するように引き出し可能に補助カセット１７ａが装着されている。

上記構成の画像形成装置１では、露光装置５に画像形成信号が入力されると、制御ユニットによる駆動モータやバイアスの制御にしたがい、感光体３、現像装置６の現像ローラ６ａ、中間転写ベルト１２が回転駆動され、まず、感光体３の外周面が帯電装置４によって一様に帯電される。しかる後、露光装置５によって感光体３の表面に画像情報に応じた選択的な露光がなされ、静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、現像カートリッジの現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動する。このことにより、静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。感光体３上に形成されたトナー像は、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された１次転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写され、感光体３上に残留しているトナーは感光体クリーナ７によって除去される。

フルカラー画像形成装置では、現像装置６にイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのそれぞれの現像カートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが着脱可能に搭載される。そして、画像形成動作では、露光装置５によって感光体３の表面に第１色、例えばイエローＹの画像情報に応じた選択的な露光がなされ、イエローＹの静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、イエローＹの現像カートリッジ６Ｙの現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動し、イエローＹの静電潜像のトナー像が感光体３上に形成され、続けてそのトナー像がトナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された１次転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写される。

この間、転写ベルト用のクリーニング手段１４、２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト１２から離間されている。４色フルカラー画像は、この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのトナー像が感光体３から順次中間転写ベルト１２上において重ね合わされて転写され形成される。なお、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの順序は任意である。

そして、各色トナー像の重畳された画像が２次転写ローラ１５に達するタイミングで、給紙トレイ１７の記録媒体がピックアップローラ１８から、レジローラ、シート材搬送路１９を通して２次転写ローラ１５に搬送され、２次転写ローラ１５が中間転写ベルト１２に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写ベルト１２上のトナー像が記録媒体上に転写される。このようにしてトナー像が転写された記録媒体は定着装置２０まで搬送され、定着装置２０により記録媒体上のトナー像が加熱加圧されて定着される。中間転写ベルト１２上に残留しているトナーはクリーニング手段１４によって除去される。

なお、両面プリントの場合には、定着装置２０を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、両面印刷用搬送路２２を経て、再び二次転写ローラ１５に供給され、中間転写ベルト１２上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着装置２０により加熱加圧され定着され、排紙トレイ２１に排紙される。

本実施形態の現像装置６では、上記のように４つの現像カートリッジ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが着脱可能に搭載され、４色のフルカラーの画像形成装置となっているが、モノクロの画像形成装置として、トナーがブラックＫの現像カートリッジ６Ｋのみを装着し搭載して、現像カートリッジ６Ｋが待機位置（ホームポジション）で待機し、画像形成時にブラックＫの現像カートリッジ６Ｋが待機位置から回転移動して現像位置で、感光体３上の静電潜像をトナー像に現像してもよい。このことにより、フルカラーとモノカラーに同じ設計仕様の現像装置６を用いることができ、フルカラーとモノカラーの共用によりフルカラー専用、モノカラー専用の画像形成装置を設計するのに比べて保守管理、設計、製造のコストを大幅に削減することができる。

次に、像担持体の速度ムラに関するメカニズムについて説明する。図５は、図４の像担持体３と中間転写体１２の駆動系を説明するための図である。像担持体３の一端には駆動ギヤ３ａが連結され、駆動ギヤ３ａは伝達ギヤ３ｂ、３ｃを介して駆動モータ２３の出力ギヤ２３ａに連結されている。また、中間転写体１２を駆動する駆動ローラ１０の一端には駆動ギヤ１０ａが連結され、伝達ギヤ１０ｂを介して前記駆動モータ２３の出力ギヤ２３ａに連結されている。

このように、像担持体３と中間転写体１２は、１つの駆動モータ２３からそれぞれギヤ列を介して駆動される構成のため、ギヤの噛み合い部分に微少な隙間が存在し、１次転写部において像担持体３と中間転写体１２間の摩擦力が変化すると、ギヤの噛み合い部に振れが生じ、像担持体３または中間転写体１２の周速度が変化してしまい、像担持体３に速度ムラが生じることになる。

図６〜図９は、本発明の１実施形態を説明するための図であり、図６はカラー画像形成装置の動作シーケンスの概要を示す図、図７は図６の動作を説明するための図、図８はＡＣバイアス印加開始位置と対策画像の位置関係を示す図、図９は測定データを示す図である。

図６は、ｖｓｙｎｃ信号、画像信号、現像装置の色切り換え動作、ＡＣ印加動作、１次転写位置を示している。この動作シーケンスを図４および図７とともに説明する。像担持体３の表面が帯電装置４によって一様に帯電され、ｖｓｙｎｃ信号に同期をとって画像信号をオンにし、先ず、像担持体３の表面に対策画像２７の静電潜像２７′が形成される。次いで、像担持体３の表面に第１色目の画像情報に応じた選択的な露光がなされ静電潜像が形成される。このとき、現像装置６は、第１色目の現像ローラ６ａが像担持体３に当接するように回転移動し、対策画像２７および１色目のトナー像が像担持体３上に形成され、続けて１次転写電圧が印加された１次転写ローラ１３により中間転写体１２上に対策画像２７および第１色目のトナー像が転写される。

この間、転写ベルト用のクリーニング手段１４、２次転写ローラ１５は、中間転写体１２から離間されている。４色フルカラー画像は、この一連の処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたトナー像が像担持体３から順次中間転写体１２上において重ね合わされて転写される。そして、各色トナー像の重畳された画像が２次転写ローラ１５に達するタイミングで、記録媒体が２次転写ローラ１５に搬送され、２次転写ローラ１５が中間転写ベルト１２に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写体１２上のトナー像が記録媒体上に転写される。

次いで、中間転写ベルト１２上に残留しているトナーはクリーニング手段１４によって除去される。クリーニング手段１４は第３色目の画像の後端がクリーニングブレード位置を通過後に中間転写体１２に当接され、次の工程で形成される（２枚目の）画像の第１色目に相当する画像の先端がクリーニングブレード位置に到達する前に中間転写体１２から離間される。このクリーニング手段１４の離当接により、第４色目が重ねられたトナー像は記録媒体に転写され、中間転写体１２上に残留したトナーはクリーニング手段１４により除去される。

各色の現像開始時すなわちＡＣバイアス印加開始時には、図７に示すように、像担持体３にＡＣバイアス印加筋２５が発生するが、本実施形態においては、図８に示すように、中間転写体１２の非画像領域（転写画像が形成されない領域）Ｇにおいて、像担持体３上のＡＣバイアス印加開始位置Ｂ１より、中間転写体１２の進行方向上流側に面画像からなる対策画像２７を形成し、対策画像２７が１次転写位置Ｔ１を通過開始後、所定時間ｔ後に画像信号をオンにして画像書き込みを行い静電潜像を形成するように制御している。従って、ＡＣバイアス印加筋２５が１次転写位置Ｔ１に到達する前に対策画像２７が通過するため、像担持体３と中間転写体１２間の摩擦力の急激な変動がなく、像担持体３の速度ムラを低減することができる。

図９は、像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。本実験においては中間転写体の周速度を像担持体の周速度よりも０．７％早く設定し、中間転写体にトナー像を転写している。図９において、縦軸に速度ムラ、横軸に時間を表し、速度ムラは、
（中間転写体の回転速度−像担持体の回転速度）／像担持体の回転速度×１００で表され、従って、速度むらのプラスは像担持体が中間転写体より遅く、速度ムラのマイナスは像担持体が中間転写体より早くなることを示している。ここで最初に大きな速度ムラが現れているのは、回転検出を行うエンコーダのベルトつなぎ目に当たる信号の乱れであり、直接回転の乱れを示しているのではないので無視される。
図９によれば、ＡＣバイアス印加筋が１次転写位置を通過したときに、矢印に示す位置で速度ムラが生じていないことが判る。

図１０は、本発明の他の実施形態を説明するための図であり、ＡＣバイアス印加筋筋と対策画像の位置関係を示す図である。本実施形態においては、ＡＣバイアス印加筋２５を含むように対策画像２７を形成し、対策画像２７が１次転写位置Ｔ１到達前に画像書き込みを行い静電潜像を形成するように制御している。本実施形態においても、像担持体３と中間転写体１２間の摩擦力の急激な変動がなく、像担持体３の速度ムラを低減することができる。また、前記対策画像２７のトナー量を、交流重畳バイアス印加開始位置Ｂ１の印加筋２５のトナー量より少ないトナー量で形成すれば、像担持体３と中間転写体１２間の摩擦力の変動を更になだらかにすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、露光装置により像担持体上に静電潜像を形成しているが、帯電書込装置により静電潜像を形成してもよく、本発明においてはこれらを潜像形成手段として定義している。また、上記実施形態においては中間転写ベルトについて説明しているが、中間転写ドラムへの適用も可能であり、本発明においてはこれらを中間転写体として定義している。

本発明に係るＡＣバイアス印加筋を説明するための図である。 ＡＣバイアス印加筋と１次転写位置との関係を示す図である。 像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。 本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。 図４の像担持体と中間転写体の駆動系を説明するための図である。 本発明の１実施形態を説明するための図であり、カラー画像形成装置の動作シーケンスの概要を示す図である。 図６の実施形態の動作を説明するための図である。 図６の実施形態における離間筋と対策画像の位置関係を示す図である。 図６の実施形態における像担持体の速度変動を測定した実験データを示す図である。 本発明の他の実施形態を説明するための図であり、ＡＣバイアス印加開始位置と対策画像の位置関係を示す図である。

符号の説明

３…像担持体、５…潜像形成手段、６…現像手段、１２…中間転写体
１３…１次転写ローラ（転写手段）、２３…駆動モータ、２７…対策画像
３ａ〜３ｃ、１０ａ〜１０ｂ…ギヤ列
Ｂ１…ＡＣバイアス印加開始位置、Ｔ１…１次転写位置（転写位置）

Claims (5)

1. 像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像ローラに交流重畳バイアスを印加し前記静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、該トナー像を中間転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
   前記像担持体上の交流重畳バイアス印加開始位置より中間転写体の進行方向上流側に対策画像を形成し、該対策画像が転写位置を通過開始後、前記潜像形成手段による潜像形成を開始することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記対策画像が面画像であり、中間転写体の非画像領域が転写位置通過中に前記潜像形成手段による潜像形成を開始することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記対策画像が交流重畳バイアス印加開始位置を含む面画像であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記転写位置において、像担持体と中間転写体の周速度が異なることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体および中間転写体は、一つの駆動モータからそれぞれギヤ列を介して駆動されることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。

Images