JP2006349765A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式転写手段を採用する画像形成装置において、接触転写部材の耐久による抵抗変動を回復させる逆バイアス印加シーケンスによるダウンタイムを減らす。
【解決手段】転写位置に対して互いに交代可能な転写部材を複数備え、転写部材の１つが転写位置にあるときは他の転写部材は非転写位置にあり、転写位置にある転写部材にはその芯金に電源から転写バイアスが印加され、画像形成中に非転写位置にある転写部材の少なくとも１つには該転写部材の外側に接する電極に前記電源から前記転写バイアスと同極性のバイアスが印加されて転写時とは逆方向の電流が流されることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、接触式転写手段を採用する複写機・プリンタ・ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。

電子写真方式等の画像形成装置において、感光体等の像担持体から転写材等の記録媒体又は中間転写体にトナー像を１次転写する転写手段、もしくは中間転写体から記録媒体にトナー像を２次転写する転写手段としては、近年では、コロナ放電を用いた非接触の転写帯電器よりも、オゾン発生量の少ない転写ローラや転写ブレードなどの接触転写部材（接触転写帯電器）を採用するものが多くなっている。この場合、像担持体である感光体や中間転写体に対して転写電流を安定的に流すためには接触転写部材の電気抵抗が所定の範囲内で安定していることが望ましい。

転写ローラなどの接触転写部材は中抵抗に導電処理されたスポンジやゴムで構成されていて、使用とともに通電履歴によって電気抵抗が変化するものがある。イオン導電処理された導電スポンジや導電ゴムはこの傾向が顕著である。

この耐久抵抗変動に対してはＡＴＶＣなどのフィードバックを用いて高圧出力を最適化する方法があるが、抵抗値が数倍〜数十倍も上がった場合にそれに合わせて数倍〜数十倍の可変高圧出力を発生する高圧電源を採用するのは現実的でない。

イオン導電材料の耐久抵抗変動に対しては通電履歴と逆方向に電流を通電することで回復することが知られていて転写工程を終えた後に逆バイアスを印加する画像形成がある（特許文献１）。
特開平１０−２２１９７７号公報

しかしながら、逆バイアスを用いて転写ローラの抵抗変動を回復させるには通電履歴と相当量の逆バイアスの通電が望ましく、たとえば電流の絶対値が同じなら同じ時間、電流の絶対値が２倍なら半分の時間の逆バイアス通電が望ましい。逆バイアスの通電時間を短くするために逆極性の高圧出力値を上げるには高圧電源のコストに大きく影響する。また高速複写機やプリンタなどプリント量の多い出力装置においては大量出力後に長時間の逆バイアス印加シーケンスを設けることは出力ジョブのダウンタイムを発生させ、装置の生産性を低下させる。

例えばプロセススピード３００ｍｍ／秒の、中間転写体を用いた４色フルカラー電子写真装置において、通紙領域だけ２次転写バイアスを印加した場合、Ａ４サイズ横送り（２１０ｍｍ）の通紙時間は１枚あたり０．７秒となる。今、連続１００枚のプリントジョブを行なうと２次転写ローラの通電時間は７０秒となる。ジョブ終了後に７０秒間の逆バイアス通電をしようとすると１分以上も次のプリントジョブが開始できなくなってしまう。仮に２倍の電流で逆バイアスを印加したとしても３５秒であるが、１回の出力枚数が多くなれば逆バイアスの出力電流を大きくするだけでは対応できないのが現状である。

本発明は、逆バイアスを用いて接触転写部材の抵抗変動を回復させる従来技術の上記の課題を解決するものである。すなわち、高速、高生産性プリンタや複写機においても逆バイアス印加シーケンスによるダウンタイムを減らすことを、簡易な構成で達成することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、転写位置で像担持体に対して記録媒体を介して転写部材を接触させ、転写部材に転写バイアスを印加して像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、転写位置に対して互いに交代可能な転写部材を複数備え、転写部材の１つが転写位置にあるときは他の転写部材は非転写位置にあり、転写位置にある転写部材にはその芯金に電源から転写バイアスが印加され、画像形成中に非転写位置にある転写部材の少なくとも１つには該転写部材の外側に接する電極に前記電源から前記転写バイアスと同極性のバイアスが印加されて転写時とは逆方向の電流が流されることを特徴とする。

上記のように、複数の転写部材を具備させて交互に使うようにし、使用されていない転写部材については画像形成装置の画像形成中に転写時とは逆方向の電流を流す（逆バイアス印加）構成により、逆バイアス印加時間を、ダウンタイムを発生させずに，十分に確保でき、転写部材の抵抗変動を、簡易な方法で抑えることができる。

（１）画像形成装置例の全体的概略構成
図１は本実施例におけるフルカラー電子写真画像形成装置の概略構成図である。

この画像形成装置は、第１の像担持体としての１つのドラム型の電子写真感光体（以下、ドラムと略記する）１を備えている。ドラム１は矢印の反時計方向に所定の速度（プロセススピード）で回転駆動され、１次帯電ローラ２によって表面が−５００Ｖ〜−１０００Ｖ程度に一様に帯電される。ついで、その帯電面に対して像露光手段としてのレーザースキャナー３によって画信号に応じた選択的なレーザー走査露光がなされる。これによりドラム１の表面に露光パターンに対応した静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置４によってネガトナーを用いてトナー像として反転現像される。

現像装置４は、回転自在に支持されたロータリ４Ｒと、このロータリに搭載した４つの現像器、すなわち、イエロートナー現像剤を収容した現像器４Ｙ、マゼンタトナー現像剤を収容した現像器４Ｍ、シアントナー現像剤を収容した現像器４Ｃ、ブラックトナー現像剤を収容した現像器４Ｂを有する。そして、ロータリ４Ｒが回転されることで、ドラム１に形成された静電潜像に対応する色のトナーが収納された現像器が、感光体ドラム１に対向した現像位置へと移動され、静電潜像がその現像器によってトナー像として現像される。

６は第２の像担持体（または第１の記録媒体）としての中間転写体である。この中間転写体６は、誘電体製のフレキシブルなベルト部材（以下、ベルトと略記する）であり、駆動ローラ２０、２次転写対向ローラ８、テンションローラ９に懸回張設されている。７は１次転写ローラ（接触転写帯電部材）であり、ベルト６の内側に配設され、ベルト６を介してドラム１に圧接させてある。そのドラム１とベルト６の接触部が１次転写部Ｔ１である。ベルト６は駆動ローラ２０により矢印の時計方向にドラム１の回転速度とほぼ同じ速度で回動駆動される。そして、ドラム１に形成されたトナー像が１次転写部Ｔ１においてベルト６の表面に１次転写される。この１次転写過程時においては、１次転写ローラ７に対して１次転写バイアス印加電源２１から＋２０Ｖ〜＋１００μＡ程度のプラスバイアスが印加される。ベルト６に対するトナー像１次転写後のドラム１の面は第１クリーナー５により清掃されて転写残トナー等の残留付着物が除去され、繰り返して作像に供される。

フルカラーモード時は、上記のドラム１に対する帯電・露光・現像によるトナー像形成工程と、ベルト６に対するトナー像の１次転写工程が、フルカラー画像の成分色像である、イエロー像、マゼンタ像、シアン像、ブラック像の４つについて順次に繰り返して実行される。これにより、ベルト６には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像が多重転写されてフルカラーの未定着トナー像が合成形成される。

そして、ベルト６に合成形成されたフルカラーの未定着トナー像は、引き続くベルト６の回動により２次転写装置１１の２次転写ローラ（接触転写帯電部材）１０と、２次転写対向ローラ８のベルト懸け回し部分との対向部である２次転写部Ｔ２に搬送される。

一方、不図示の給紙機構部から転写材等の記録媒体（第２の記録媒体）Ｐが１枚分離給送される。その記録媒体Ｐの先端がその時点では回転を停止しているレジストローラ対２２のニップ部に受け止められる。これにより記録媒体Ｐの斜行修正がなされる。その記録媒体Ｐがレジストローラ対２２の回転により所定の制御タイミングで２次転写部Ｔ２に搬送される。すなわち、ベルト６上に形成されたフルカラーの未定着トナー画像の画像先端が２次転写部Ｔ２に到達するタイミングで、その２次転写部Ｔ２に記録媒体Ｐのプリント開始位置が一致するようにレジストローラ対２２の回転開始が制御される。そして、記録媒体Ｐが２次転写部Ｔ２においてベルト６と２次転写ローラ１０に挟まれて挟持搬送されていく過程において、記録媒体Ｐに対して、ベルト６上の４色フルカラーの未定着トナー画像が一括２次転写される。この２次転写過程時において、２次転写ローラ１０には２次転写バイアス印加電源１４から＋２０Ｖ〜＋１００μＡ程度のプラスバイアスが印加される。

２次転写部Ｔ２を出た記録媒体Ｐはベルト６の面から曲率分離して、定着手段としてのヒートローラ定着器１２へ導入される。この定着器１２は、互いに圧接して定着ニップ部を形成し、回転する定着ローラ（熱ローラ）１２ａと加圧ローラ１２ｂを有する。記録媒体Ｐは定着ニップ部で挟持搬送されて熱と圧力を受ける。これにより、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像が溶融混色してフルカラープリント画像として記録媒体表面に定着される。その画像定着済みの記録媒体Ｐが機外に排出される。

又、記録媒体分離後のベルト６の面は第２クリーナ２３により清掃されて転写残トナー等の残留付着物が除去され、繰り返して作像に供される。

なお、ベルト６に対するトナー像の繰り返しの１次転写実行過程においては、２次転写ローラ１０と第２クリーナ２３は、ベルト６に１次転写されたトナー像を乱さないように、ベルト６面から離間した状態に保持される。

黒単色モードの場合は、ドラム１にブラッツクトナー像だけが形成され、それがベルト６に１次転写され、さらに記録媒体Ｐに２次転写され、その記録媒体Ｐが定着器１２へ導入される。

（２）２次転写装置１１
２次転写装置１１は、回転可能に支持されたロータリ１６と、このロータリに搭載した並行２本の第１と第２の２次転写ローラ１０（１）と１０（２）を有する。図２はこの２次転写装置１１の斜視模型図である。

第１と第２の２次転写ローラ１０（１）と１０（２）は、イオン導電剤を添加して抵抗調整したウレタン、ＥＰＤＭ、ＮＢＲなどの導電性スポンジで、電気抵抗が１×１０^８〜２×１０^８Ωに調整されたものを用いている。

そして、上記２本のローラ１０（１）と１０（２）はロータリ１６に対してロータリ回転軸線に関して互いに１８０°離れた位置に配設してある。従って、一方のローラ１０（１）がベルト６に対向する２次転写位置にあるとき、他方のローラ１０（２）はその位置よりも１８０°離れた退避位置（非転写位置）にある関係となる。

制御手段５０は上記のロータリ１６を駆動機構５１により１８０°間欠回転駆動させる。これにより、上記２本のローラ１０（１）と１０（２）は上記の２次転写位置と退避位置とに交代切換えされる。

また、２次転写位置にあるローラ、ここでは第１の２次転写ローラ１０（１）とした場合、そのローラ１０（１）は制御手段５０で制御される不図示のシフト機構の作動により、ベルト６に対して接離可能に構成されている。そして、制御手段５０はシフト機構を制御して、２次転写部Ｔ２においてベルト６から記録材体Ｐに対してトナー像を２次転写する過程時にはローラ１０（１）を記録材体Ｐを介してベルト６に圧接させる。また、この２次転写過程時以外は、制御手段５０はシフト機構を制御して、ローラ１０（１）をベルト６から離間させる。

２次転写位置にあるローラ１０（１）は、その芯金と２次転写バイアス印加電源１４とが電気的に導通状態になる。そして２次転写実行時には該電源１４からローラ芯金に２次転写バイアスが印加される。２次転写は、現像剤にネガトナーを使用した場合にはローラ１０（１）に＋２０Ｖ〜＋１００μＡ程度のプラスバイアスを印加することで、ベルト６上のトナー像を記録媒体Ｐに転写できる。

２次転写バイアス印加電源１４には＋５ｋＶまで出力可能な定電圧電源を用いている。画像形成開始の前には出力する２次転写電圧を決定するためにローラ１０（１）の抵抗値を検出する必要がある。

そこで、制御手段５０はシフト機構を制御して、装置の駆動状態で非通紙の状態時のベルト６にローラ１０（１）を当接させて所定の電圧を印加し、その時の電流を検出する。検出結果の電流−電圧関係から２次転写部Ｔ２（２次転写対向ローラ８、ベルト６、ローラ１０（１））の抵抗値を求め、必要電流を流すための電圧を決定し、これに転写媒体Ｐの分担電圧相当を加算した電圧を出力電圧として設定する。

例えば、出力したい２次転写電流が＋２０μＡのとき、非通紙時に＋２ｋＶ印加したときの電流が＋２０μＡであった場合必要電圧は＋２ｋＶであり、記録媒体Ｐの分担電圧が８００Ｖであったならば、通紙時に必要な電圧は＋２．８ｋＶと設定する。

通電耐久と共にローラ１０（１）の抵抗値が上昇していった場合にはこの設定電圧値が上昇するが、高圧電源の出力可能電圧値の範囲内であれば使用可能である。

一方、２次転写ローラの抵抗変動を緩和するにはマイナスバイアスを印加する必要がある。そこで、退避位置にあるローラ、ここでは第２の２次転写ローラ１０（２）とした場合、そのローラの芯金にはマイナスバイアスを発生する高圧電源１５が接続され、表面にはアース電極１３が当接されようにしている。これによって、ローラ１０（２）の芯金から表層に向かって２次転写時と逆の電流（逆バイアス）を流すことが出来る。アース電極１３は２次転写ローラの長さと同じかそれよりも長い円筒形状である。このアース電極１３は制御手段５０で制御される駆動手段５２により回転駆動される。ローラ１０（２）はこれに当接しているアース電極１３の回転駆動により従動回転する。

制御手段５０は駆動手段５２を制御して、装置が動作状態にあるときにアース電極１３を回転駆動しつつ電源１５から逆バイアスを出力する。装置の動作が停止する時には逆バイアス出力も停止する。必要に応じて、このときの出力電圧と流れた電流を所定時間毎に検知することにより退避位置にあるローラ１０（２）の抵抗値を求め、所定の抵抗値以下になっているかを知る、制御手段構成にすることも可能である。

プロセススピード３００ｍｍ／秒の装置で通紙領域だけ２次転写バイアスを印加した場合、Ａ４サイズ横送り（２１０ｍｍ）の通紙時間は１枚あたり０．７秒となる。今、連続１００枚のプリントジョブを行なうと、退避位置にあるローラ１０（２））の通電時間は７０秒となる。制御手段５０は、このときの電流値、たとえば＋２０μＡと通電時間を記憶しておく。

制御手段５０は、ジョブ終了時に、２次転写装置１１のロータリ１６を半回転させて、こんどは、ローラ１０（１）を２次転写位置から退避位置に、ローラ１０（２）を退避位置から２次転写位置に交代させて切換える。２次転写位置に移動したローラ１０（２）はその芯金と２次転写バイアス印加電源１４とが電気的に導通状態になる。

また、退避位置に移動したローラ１０（１）の芯金にはマイナスバイアスを発生する高圧電源１５が接続され、表面にはアース電極１３が当接する。そして、次のプリントジョブでは逆バイアス電流の絶対値を前のジョブの２次転写バイアスと同じ電流設定（−２０μＡ）であれば７０秒、例えば２倍の電流設定（−４０μＡ）であれば３５秒を、退避位置に移動したローラ１０（１）に通電するようにした。

用いた２次転写ローラの耐久初期の抵抗値が１×１０^８Ωである場合には＋２０μＡ出力するために＋２ｋＶ必要であり、記録媒体Ｐの分担電圧数百Ｖを加算したとしても＋３ｋＶで制御可能である。２次転写ローラの抵抗が通電耐久により２×１０^８Ωまで上昇した場合に同じ電流値に対しての電圧は＋４ｋＶ、記録媒体Ｐの分担電圧を加算すると高圧電源の上限値＋５ｋＶ近くになる。

そこで、検出された２次転写ローラの抵抗値が２×１０^８Ωを超えたことが制御手段５０により表示部５３に報知されたら、２次転写ローラ１０の寿命（所望の２次転写機能が得られなくなった状態）としてメンテナンス交換するようにした。

逆バイアスを利用しない構成の場合、図３に示すように耐久枚数と共に抵抗上昇が起こって１０万枚で寿命となり、１０万枚毎の交換メンテナンスが必要である。

ジョブの後に一定時間逆バイアスを通電した場合には１５万枚で寿命の抵抗値となりメンテナンスは１５万枚間隔となった。

プリントジョブ中に逆バイアスを印加しながら２本の２次転写ローラ１０（１）、１０（２）を交互に使用した場合のローラ１本当たりの通紙枚数をグラフの横軸としたとき２０万枚で寿命の抵抗値となった。

２本の２次転写ローラを交互に使用するので、２本とも寿命となって交換するまでには４０万枚交換メンテナンスが不要となった。

１本の２次転写ローラを用いてジョブ後に逆バイアスを使う場合と比較して２．６倍、逆バイアスを利用しない場合と比較して４倍の耐久枚数まで交換メンテナンスが不要となった。

２次転写位置にあるローラ１０（１）を用いて画像形成を行なっている間に、退避位置にあるローラ１０（２）への逆バイアス印加が可能となり、逆バイアスシーケンスに必要な時間を画像形成ジョブと同時に進行させることが出来るので、装置のダウンタイムをほとんど無くすことが出来る。

従来方式よりも２次転写ローラの抵抗上昇による寿命も延ばすことが可能となる。

その結果、２本の２次転写ローラを交互に使用した場合は２本の２次転写ローラが寿命になるまで交換しなくてすむので、メンテナンス時期も２倍以上に延ばすことが可能となる。２次転写ローラ交換メンテナンスのコスト及びダウンタイムを減らすことが実現できる。

本実施例は、図４、図５のように、２次転写バイアス出力高圧電源１４は２次転写位置にあるローラ１０（１）の芯金と、退避位置にあるローラ１０（２）の表面に当接する逆バイアス印加用電極１７との両方に接続される。制御方法は定電圧出力とする。電極１７は２次転写ローラの長さと同じかそれよりも長い円筒形状で、制御手段５０で制御される駆動手段５２により回転駆動される。退避位置にあるローラ１０（２）はこれに当接した電極１７が回転駆動されることで従動回転する。また電極１７は退避位置にあるローラ１０（２）に対して、制御手段で制御される不図示のシフト機構により接離可能に構成されている。また退避位置にあるローラ１０（２）の芯金は接地されている。電極１７が退避位置にあるローラ１０（２）に当接状態にされることで、高圧電源１４から出力されるバイアス電圧を、２次転写位置にあるローラ１０（１）と退避位置にあるローラ１０（２）の両方に印加することができる。電極１７が退避位置にあるローラ１０（２）から離間されることで、高圧電源１４から出力されるバイアス電圧を、２次転写位置にあるローラ１０（１）だけに印加することができる。

その他の画像形成装置構成及び２次転写装置構成は前述の図１・図２と同様であるから再度の説明は省略する。

本実施例においては、上記の構成により、退避位置にあるローラ１０（２）に対して電極１７でローラ表面側から芯金方向に向かって正バイアスを印加するようにしている。電流の流れる方向は逆になるため、その２次転写ローラの抵抗上昇を抑える効果が得られる。

高圧電源１４から出力される転写バイアス電圧の設定値は、２次転写を行なっているローラ１０（１）にのみ通電されるときの第１設定値：Ｖ１と、退避位置にあるローラ１０（２）にも同時に通電されるときの第２設定値：Ｖ２との２種類を用意して、状況に応じて設定値を変えている。

第１設定値Ｖ１と第２設定値Ｖ２の算出については以下のように行なう。

制御手段５０は、退避位置にあるローラ１０（２）への逆バイアス印加が必要ない場合には、非通紙の状態のベルト６にローラ１０（１）を当接させ、かつ電極１７は退避位置にあるローラ１０（２）から離間した状態にする。そして電源１４からローラ１０（１）に所定の電圧を印加して、その時の電流を検出する。検出結果の電流−電圧関係から２次転写部（対向ローラ８、ベルト６、ローラ１０（１））の抵抗値：Ｒ１を求め必要電流を流すための電圧を決定する。これに転写媒体Ｐの分担電圧相当を加算した電圧を第１設定値Ｖ１（出力電圧Ｖ１）として設定する。

また制御手段５０は、退避位置にあるローラ１０（２）への逆バイアス印加が必要である場合には、非通紙の状態のベルト６に２次転写位置にあるローラ１０（１）を当接させる。また退避位置にあるローラ１０（２）に電極１７を当接させる。そして、電源１４からローラ１０（１）と１０（２）に所定の電圧を印加して、その時の電流を検出する。検出結果の電流−電圧関係から２次転写部（対向ローラ８、ベルト６、ローラ１０（１）、ローラ１０（２））の抵抗値：Ｒ２を求め必要電流を流すための電圧を決定する。これに転写媒体Ｐの分担電圧相当を加算した電圧を第２設定値Ｖ２（出力電圧Ｖ２）として設定する。

上記で求められた抵抗値Ｒ１とＲ２より次式を用いて退避位置のローラ１０（２）の抵抗値Ｒが求められる。

１／Ｒ＝（１／Ｒ２−１／Ｒ１）
本実施例２では退避位置のローラ１０（２）が所定の抵抗値よりも高い場合にはプリントジョブ中に逆バイアスを印加し、所定の抵抗値以下になったら逆バイアスを印加しないようにした。

上記の構成とすることにより、逆バイアス専用の高圧電源を省略する（コストダウン）することができ、定電圧制御出力のため退避位置にある２次転写ローラの状態によらず、安定した２次転写バイアスの出力が可能である。

なお、実施例は２本のローラを交互に使う例であるが、本発明は２本に限定するものではない。

また、実施例では２次転写ローラを例に取り上げているが、本発明は、像担持体から記録材体または中間転写体にトナー像を転写させる１次転写装置にも適用できる。

接触転写部材はローラ体に限られず、ブレード体、回動ベルト体等の他の形態の部材であってもよい。

画像形成装置の概略構成図 ２次転写装置の斜視模型図 耐久枚数と転写ローラの抵抗変化を示すグラフ 画像形成装置の概略構成図 ２次転写装置の斜視模型図

符号の説明

１．感光体ドラム、２．帯電ローラ、３．レーザースキャナー、４．現像器、５．クリーナー、６．中間転写体、７．１次転写ローラ、８．２次転写の対向ローラ、９．テンションローラ、１０（１）・１０（２）．２次転写ローラ、１２．定着器、１３．アース電極、１４．高圧電源、１５．高圧電源、１６．ロータリ、１７．逆バイアス印加用電極、２０．駆動ローラ

Claims (4)

1. 転写位置で像担持体に対して記録媒体を介して転写部材を接触させ、転写部材に転写バイアスを印加して像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
   転写位置に対して互いに交代可能な転写部材を複数備え、転写部材の１つが転写位置にあるときは他の転写部材は非転写位置にあり、転写位置にある転写部材にはその芯金に電源から転写バイアスが印加され、画像形成中に非転写位置にある転写部材の少なくとも１つには該転写部材の外側に接する電極に前記電源から前記転写バイアスと同極性のバイアスが印加されて転写時とは逆方向の電流が流されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電源が定電圧制御であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体が電子写真感光体であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体が中間転写体であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の画像形成装置。