JP2008122626A - 画像形成装置、および転写方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】記録材、トナー像、感光ドラム等に過剰な電界を及ぼすことなく転写電圧の立ち上がりを早めて転写不良を防止できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】転写バイアス電源15は、一次転写部T1に流れる転写電流を一定に保つように転写電圧を制御する。現像装置4と転写ローラ5との間で感光ドラム1に対向させてコロナ放電装置の帯電装置7を配置する。感光ドラム1上の記録材Pに重なる領域よりも上流側の転写前領域で、帯電バイアス電源13が帯電装置7を作動させて感光ドラム1の転写前領域電圧を700Vまで帯電させる。この結果、記録材Pが一次転写部T1へ進入する前後における転写電圧の変化が小さくなって記録材の先頭領域で十分な転写電圧が確保されて転写不良が減る。
【選択図】図1

Description

本発明は、転写電圧を変化させて転写電流を一定に保つ定電流制御によりトナー像を記録材に転写する画像形成装置、詳しくは記録材の先頭領域の転写不良を軽減できる転写方法に関する。
感光ドラムから記録材へトナー像を転写する際に、記録材を介して感光ドラムと転写ローラとの間に流れる転写電流を一定に保つように転写電圧を制御する定電流制御が実用化されている。中間転写ベルトから記録材へトナー像を転写する際に、記録材および中間転写ベルトを介して二次転写ローラと二次転写内ローラとの間に流れる転写電流を一定に保つように転写電圧を制御する定電流制御も実用化されている。記録材搬送ベルトに搬送される記録材に感光ドラムからトナー像を転写する際に転写ローラに印加する転写電圧を定電流制御する画像形成装置も実用化されている。定電流制御では、トナー像のトナー量や記録材の抵抗値に応じて転写電圧が最適に調整されるため、転写不良や放電を回避して安定したトナー像の転写が実現される。
ここで、転写電流は、大きなノイズ成分を含むため、フィードバックゲインを大きくして転写電圧の応答速度を高めると、転写電圧の変動が大きくなってトナー像の転写が不安定になる。しかし、フィードバックゲインを小さくして転写電圧を安定化させると、転写電圧の応答速度が不足して、記録材の先頭領域で転写不良を引き起す可能性がある。像担持体と転写ローラとの間へ高抵抗の記録材が進入した直後に、転写電圧の立ち上がりが遅れて、先頭領域のトナー像の転写に十分な転写電圧を確保できないからである。また、画像形成装置の生産性向上に伴って転写速度が増大すると、転写電圧の立ち上がり遅れに起因して、転写電圧が不足する記録材の先頭領域が拡大して転写不良が目立つようになる。
特許文献1には、複数の感光ドラムとそれぞれの転写ローラとの間に中間転写ベルト(または記録材搬送ベルト)を配置したタンデム型のフルカラー画像形成装置が示される。ここでは、転写ローラの転写電圧の立ち上がりの遅れに起因して記録材の先端領域に転写不良が生じ易いという問題が提起されている。転写電圧を高めると、転写電圧の立ち上がりは早くなるが、放電が発生し易くなり、記録材に転写されたトナーが極性反転して中間転写ベルトへ戻るリトランスファが生じ易いという問題も提起される。そして、記録材の先頭領域でパルス状の高い転写バイアス電圧を印加することにより、リトランスファを発生することなく転写不良を解消している。
特開2003−76157号公報
特許文献1に示されるように、記録材の先頭を検知してパルス状の高い転写電圧を印加する場合、転写電圧を可変に制御して立ち上がり立下りを高速応答できる特殊な高圧電源が必要となる。従って、パルス状の転写電圧の出力を行わない機種と行う機種とで高圧電源を共用できない。
また、記録材の内側でパルス状の高い転写電圧を印加すると、画像内で転写電界がスパイク状に変化し(図5参照)、転写ニップの上流側の過剰な転写電界に応答してトナーの飛び散りを起こす可能性が高まる。局所的に過大な転写電界が印加された部分でリトランスファの問題を生じたり、局所的に転写性が変化して転写不良を引き起す等、転写されたトナー像が乱れる可能性がある。放電によって感光ドラムの帯電極性が反転して画像メモリを発生する可能性もある。
近年、画像形成装置は、処理速度の高速化、出力画像の高解像度化の一方で、材料や厚みが大きく異なる幅広い記録材への対応、用途拡大も進められ、記録材先端における転写不良は、ますます重要な課題となっている。
本発明は、記録材、トナー像、感光ドラム等に過剰な電界を及ぼすことなく転写バイアス電圧の立ち上がりを早めて転写不良を防止できる画像形成装置を提供することを目的としている。
本発明の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、定電流制御された転写電圧を印加されて、前記像担持体から記録材へ前記トナー像を転写させる転写手段とを備えたものである。前記像担持体の記録材に重なる領域よりも上流側の転写前領域の帯電電位を調整して、前記転写手段へ記録材が進入した際の前記転写電圧の変動幅を抑制する調整手段を備える。
本発明の画像形成装置では、像担持体における転写前領域から同一の定電流制御を継続して記録材に重なる領域に達する。この過程における転写電圧の変動幅が、調整を行わない場合に比較して抑制される。記録材が転写手段に達する前後で同じ帯電電流を得るための転写電圧の差が、調整を行わない場合に比較して小さくなる。
記録材が転写手段に達する前後で転写電圧の差が小さくなるので、差が大きい場合に比べて転写電圧の追従性が高まり、放電を抑制できる低い転写電圧でも記録材の先頭領域の画像に対して十分な転写電界を確保できる。
記録材の外側に位置する転写前領域の帯電電位を調整するので、記録材の先端から後端まで同一の定電流制御を継続でき、記録材の内側でトナー像に作用する転写電界が大きく変化しない。記録材の内側でパルス状の高い転写電圧を印加する場合のような、転写ムラや飛び散り等の局所的な転写不良、また、過剰な転写電圧に起因する像担持体の画像メモリが発生しない。
以下、本発明の実施形態である画像形成装置について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、以下に説明する実施形態の構成には限定されない。記録材の外側で感光ドラムや中間転写ベルトの表面電位を制御する限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。
第1実施形態、第2実施形態は、帯電極性がプラスの像担持体に対して、帯電極性がマイナスのトナーを作用させて行う正規現像方式である。しかし、帯電極性がマイナスの像担持体に対して、帯電極性がマイナスのトナーを作用させて行う反転現像方式でも同様な制御を適用できる。トナーの帯電極性と像担持体の帯電極性との関係を反転してもよい。第1実施形態、第2実施形態の画像形成装置は、プリンタ、各種印刷機、複写機、FAX、複合機等、種々の用途に対応させて構成できる。
なお、特許文献1に示される画像形成装置の構成、搭載された各電源、装置機器の詳細構造、制御等については、図示を省略して詳細な説明も省略する。
<第1実施形態>
図1は第1実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。
図1に示すように、第1実施形態の画像形成装置100は、感光ドラム1を囲んで、帯電ローラ2、露光装置3、現像装置4、転写ローラ5、ドラムクリーニング装置6が配置される。感光ドラム1は、帯電極性がプラスのアモルファスシリコンドラムで外径が84mm、不図示の電動モーターによって矢印R1方向に回転駆動される。
帯電ローラ2は、不図示の軸受け部材によって回転自在に両端部を支持させて感光ドラム1に対して平行に配置される。帯電ローラ2は、不図示のバネ部材に付勢されて感光体ドラム1に所定の押圧力を持って圧接しており、感光ドラム1の矢印R1方向の回転に伴って矢印R2方向に従動回転する。帯電ローラ2は、帯電バイアス電源11から帯電バイアス電圧を印加されて、感光ドラム1の表面をほぼ+500Vで一様に接触帯電させる。
露光装置3は、露光画像を走査線に展開した画像信号をパルス変調した露光信号でレーザー光源を駆動し、出力レーザー光を走査ミラーで走査して感光ドラム1の表面に静電潜像を書き込む。
現像装置4は、一成分現像剤を収容する現像容器4aを有し、現像容器4aの感光ドラム1に面した開口部内に現像スリーブ4bが回転自在に設置される。現像スリーブ4b内には、現像スリーブ4bに現像剤を担持させるマグネットローラ4cが、現像スリーブ4bの回転に対して非回転に固定配置されている。帯電極性が負極性の現像剤は、マグネットローラ4cの現像領域に位置された現像主極の磁気力によって穂立ちしてその穂先を感光ドラム1の表面に接触させる。同時に、現像バイアス電源12によって現像スリーブ4bに正極性の現像バイアス電圧を印加することで、感光ドラム1の表面の露光し残した部分(静電潜像の暗部)に現像剤が付着して、静電潜像がトナー像tに現像される。現像バイアス電圧は、DC成分が+300V、AC成分が1.2kVp−p(3kHz)である。
感光ドラム1に形成されたトナー像tの先頭にタイミングを合わせて、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに搬送ローラ対10から記録材Pが送り込まれる。記録材Pは、不図示のカセットから1枚ずつ分離して取り出され、搬送ローラ対10に給送される。
転写ローラ5は、両端部が不図示のバネ部材に付勢されて感光ドラム1の表面に圧接しており、感光ドラム1の矢印R1方向の回転に伴って矢印R3方向に従動回転する。転写ローラ5は、直径12mmの金属製シャフトに厚さ6mmの導電性ゴム層を被せて構成され、導電性ゴム層の長さは320mm、転写ローラ5の抵抗値は、約5×10Ω(23℃50%RH)である。転写ローラ5の抵抗値は、10N(1000g重)の荷重の下で転写ローラ5を50mm/secの周速で回転させ、転写ローラ表面に1000Vの電圧を印加して測定された電流の関係から求めた。
転写ローラ5には、転写バイアス電源15から直流電圧の転写電圧が印加される。感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pが挟まれて搬送されている間に、感光ドラム1上のトナー像tが記録材Pに転写される。転写バイアス電源15は、転写電流をフィードバックして転写電圧を調整する定電流制御を行って、画像形成条件に応じて定めた所定の電流値に向かって転写電流を誘導する。転写バイアス電源15から供給される転写電流は、トナー像tの転写電荷を記録材に充電する。画像形成装置100は、正極性の感光ドラム1に負極性のトナー像を形成する正規現像方式で、必要な転写電流は30μAであった。
ドラムクリーニング装置6は、クリーナブレード6aを用いて、トナー像tの転写後の感光ドラム1の表面から転写残トナー等の付着物を除去する。クリーナブレード6aは、感光ドラム1の表面に所定の角度で当接し、不図示のバネ機構によって所定の当接圧力を付与されている。クリーナブレード6aが回転する感光ドラム1の表面を摺擦して掻き落した付着物は容器6bに回収される。
このように構成された画像形成装置100では、感光ドラム1が回転した状態で帯電ローラ2により感光ドラム1の表面が一様に帯電される。そして、一様に帯電された感光ドラム1表面に、露光装置3からレーザービームが照射されて、画像情報に対応した静電潜像が感光ドラム1の表面に形成される。静電潜像は、現像装置4でトナーを付着してトナー像tに現像され、トナー像tは、転写ローラ5と感光ドラム1のニップへ供給された記録材Pに転写される。
トナー像tが転写された記録材Pは、定着装置9へ導入されて加熱、加圧されることにより、トナー像tが記録材Pの表面に定着される。トナー像tを転写した後の感光ドラム表面は、ドラムクリーニング装置6によって転写残トナーを除去されて次回のトナー像形成に備える。
転写ローラ5には、トナー像を転写するのに必要な転写電圧が転写バイアス電源15によって印加される。これにより、感光ドラム1と転写ローラ5との間を記録材Pが通過する際に、転写ローラ5から記録材Pにプラス電荷を与える。これにより、感光ドラム1上の負極性に帯電したトナー像が記録材Pに転写される。
画像形成装置100の転写プロセスの制御に関して定電流制御方式が採用されている。定電流制御方式では、転写部のインピーダンスに応じて転写電圧を変化させて常に所望の転写電流を供給できるため、ATVC(Auto Transfer Voltage Control)制御のような制御を要しない。そのため、ダウンタイムレスが可能となり生産性が大きく向上する。
転写部の定電流制御方式においては、所望の転写電流を確保するために、フィードバックをかけながら印加する転写電圧を変化させる。その応答速度は、数10Vに対して数ms程度である。そのため、感光ドラム1のトナー像を記録材Pを転写する際に、記録材Pによっては、記録材Pのインピーダンスが非常に高いため、記録材Pが転写部に進入した瞬間に転写部のインピーダンスが大きく上昇してしまう。このため、転写電圧を所望の電圧まで変化させることができず(図4参照)、記録材Pの先端領域へ十分な転写電流が供給されずに転写不良が生じてしまう。特許文献1に示される画像形成装置では、このような課題を解決するために、記録材Pの先端領域について、記録材Pの後端部よりも大きな転写電圧を印加している。
<記録材上流の帯電制御>
図2は帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図、図3は帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。図4は記録材先端部における転写不良発生の説明図、図5は記録材先頭部でパルス状の転写電圧を印加した際の転写電界の説明図である。第1実施形態の画像形成装置100は、帯電装置7を使用して、感光ドラム1の転写前領域の表面電位をプラス側に引き上げることにより、記録材Pの先端部における転写電圧の立ち上がりを早めている。
感光ドラム1の表面に対向させて、現像装置4と転写ローラ(転写部材)5との中間に帯電装置(調整手段)7が配設されている。帯電装置7は、バイアス電源13からバイアス電圧を供給されてプラスの電荷を放出するコロナ放電装置であって、感光ドラム1の幅全体を線状に一様帯電させる。普通紙の場合、バイアス電圧は、概ねDC成分が+3kVで、AC成分5kVp−p(3kHz)が重畳されている。
搬送ローラ対10の駆動ローラ10aは、導電性で接地電位に接続され、駆動ローラ10aに圧接して搬送ニップを形成する従動ローラ10bは、抵抗検知装置14に接続されている。抵抗検知装置14は、搬送ローラ対10にニップされた記録材Pに目標となる転写電流を流した時の記録材Pの分担電圧を測定することにより、記録材Pのインピーダンスを計測する。
制御部(CPU)8は、抵抗検知装置14の出力に基づいて、バイアス電源13が出力するバイアス電圧を調整する。記録材Pのインピーダンスが高い場合は、バイアス成分のDC成分を割り増しし、インピーダンスが所定値以下の場合はバイアス電源13を作動させない。
制御部8は、帯電バイアス電源11、露光装置3、現像装置4を制御して、感光ドラム1上の記録材に重なる領域にトナー像を形成し、記録材に重なる領域の上流側の転写前領域にベタ白部を形成する。
制御部8は、バイアス電源13の出力と出力タイミングとを制御して、帯電装置7により感光ドラム1の転写前領域を帯電させ、記録材に重なる領域は帯電させない。
制御部8(先頭検知手段)は、上述したように、感光ドラム1上の記録材に重なる領域の先頭に記録材の先頭が一致するように、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pを送り込む。
転写前領域の帯電制御を行わない場合、図2の(a)に示すように、感光ドラム1のトナー像が形成されない転写前領域は、帯電ローラ2による+500Vの帯電電位が露光によって+200Vまで低下している。
図2の(b)に示すように、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pが進入すると、感光ドラム1と転写ローラ5とを直列に接続したインピーダンスに記録材Pのインピーダンスが加算される。抵抗検知装置14が検知した記録材Pの分担電圧1000Vが転写バイアス電源15の負荷に追加される。
図2の(c)に示すように、転写電流を30μAに設定した時、転写前領域では1700Vの転写バイアスが印加されていた。そして、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pの先端部が突入すると、転写電圧は、記録材Pの分担電圧1000Vだけ上昇して2700Vとなった。
これに対して、転写前領域に帯電制御を適用する場合、図3の(a)に示すように、制御部8(先頭検知手段)は、記録材Pの手前位置から帯電装置7にバイアス電圧を印加開始させ、記録材Pの先端に至るとバイアス電圧の印加を停止させる。
この結果、図3の(b)に示すように、感光ドラム1の転写前領域の表面電位は、帯電装置7によって帯電されて、帯電制御しない場合の+200Vから+700Vへ引き上げられた。
図3の(c)に示すように、抵抗検知装置14が検知した記録材Pの分担電圧1000Vに対して500V、帯電装置7によって感光ドラム1の表面電位を調整したが、検知した分担電圧分1000Vを調整してもよい。
図3の(d)に示すように、感光ドラム1の転写前領域における転写電圧は、帯電装置7による電位底上げ(500V)により、従来の1700Vから2200Vとなった。感光ドラム1の転写前領域における転写電圧コントラストは転写電流30μA時に1500Vで一定だからである。
そして、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pの先端部が突入すると、転写電圧は、分担電圧分1000Vだけ上げるように制御されて2700Vとなり、ベタ黒画像部では、約3000Vの転写電圧が必要となる。
従って、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに記録材Pの先端部が突入した際の転写電圧の上昇分は、2200Vから2700Vと500Vに抑制される。図2の(c)に示すように、1700Vから2700Vへ1000V上昇する場合に比較して転写電圧の上昇分が減少して、記録材Pの先端領域で転写電圧が追従し易くなる。
ここで、転写電圧の追従性を画像形成プロセススピードより考える。画像形成装置100における、画像形成プロセススピードは1000mm/secで、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップ長さは5mm程度である。
すると、記録材Pの先端がニップを通過する時間は5msecとなる。記録材Pの分担電圧が1000Vの場合、記録材Pの先端領域で30μAの転写電流を確保させるためには、5msecの間に、フィードバックをかけながら転写電圧を1000V程度上げなければならない。
図4に示すように、通常、印加電圧を1000V程度上げるには数10msec程度の時間が必要となるので、転写バイアス電源15が追従できず、記録材Pの先端領域へ十分な転写電流が供給されずに転写不良が発生してしまう。
転写電流を十分供給するため、転写圧力を大きくして感光ドラム1と転写ローラ5とのニップ長さを伸ばすこともできる。しかし、画像形成装置100の場合、総荷重10N(1000g重)以上の荷重をかけると中抜け等の不良画像が発生してしまったので、第1実施形態では総荷重10N(1000g重)、転写ニップ5mmとした。
第1実施形態の画像形成装置100では、記録材先端に近い部分でも過不足の無い転写電圧が確保されて、記録材先端部での転写不良が緩和された。もちろん、帯電装置7によって帯電されるのは、記録材Pの外側だけで、感光ドラム1の画像領域の表面電位は一切変化しないので、トナーの飛び散り等の懸念もない。
また、感光ドラム1の転写前領域から記録材の後端まで転写電流が終始一定に保たれるので、局所的に過剰な転写電流が流れて感光ドラム1を損傷させたり、画像メモリを発生したりすることもない。
これに対して、記録材Pの先端領域(つまり記録材Pの内側)でパルス状の高い転写電圧を印加して、転写電圧の立ち上がりを早めた場合、図5に示すように、記録材Pの先端領域で過剰な転写電圧が印加される可能性がある。これにより、局所的に過剰な転写電流が流れて感光ドラム1を損傷させたり、画像メモリを発生したりする可能性がある。
なお、第1実施形態では、感光ドラム1と転写ローラ5とのニップに送り込む記録材Pの先端を制御部8が計算上(制御上)で検知したが、記録材Pの先端を検知する手段を別途配置してもよい。例えば、搬送ローラ対10に記録材Pがニップされた時期を抵抗検知装置14の出力から検知して、そこからカウントした搬送ローラ対10の搬送距離で感光ドラム1上の転写前領域を判別して帯電装置7を制御してもよい。また、搬送ローラ対10と転写ローラ5との間の記録材Pの搬送経路に記録材Pの先端エッジを検知するセンサを2つ配置し、上流側のセンサのONで帯電装置7をONさせ、下流側のセンサのONで帯電装置をOFFさせてもよい。
また、第1実施形態では、調整手段としてコロナ放電装置の帯電装置7を使用したが、帯電装置7は、同じ位置で感光ドラム1の帯電電位を放電させる一括露光装置で置き換えてもよい。
<第2実施形態>
図6は第2実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。第2実施形態の画像形成装置200は、画像形成部Y、M、C、Kを直列配置した電子写真方式の4色フルカラーの画像形成装置である。画像形成部Y、M、C、Kは、原画像のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各分解色のトナー像を形成して、中間転写ベルト25上に重ねて一次転写する。画像形成部Y、M、C、Kは、それぞれの現像装置4Y、4M、4C、4Kで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は同様に構成されている。従って、以下では最も下流の画像形成部Kについて専ら説明を行い、画像形成部Y、M、Cについては参照記号の添え字KをそれぞれY、M、Cに置き換えて説明されるものとする。画像形成部Y、M、C、Kの各構成部材の参照記号からY、M、C、Kを除いた数字は、第1実施形態における相当する構成部材と共通にしてある。
図6に示すように、第2実施形態の画像形成装置200は、矢印方向に回転する感光ドラム1Kを囲んで、帯電ローラ2K、露光装置3K、現像装置4K、転写ローラ5K、ドラムクリーニング装置6Kが配置される。帯電ローラ2Kは、感光ドラム1Kの表面を一様に帯電する。
露光装置3Kは、原画像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各分解色に分解した露光画像のうちブラックの露光画像を展開して生成した露光信号を用いて感光ドラム1Kの表面を走査露光する。露光装置3Kは、感光ドラム1の一様帯電した表面に静電潜像を書き込む。露光装置3Y、3M、3Cでは、同様に、イエロー、マゼンタ、シアンの露光画像を用いて静電潜像を形成する。
現像装置4Kは、静電潜像が書き込まれた感光ドラム1の表面にブラックトナーの現像剤を接触させて静電気的に付着させることにより、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置4Y、4M、4Cでは、同様に、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーを用いてそれぞれの静電潜像をトナー像に現像する。
感光ドラム1Kに形成されたトナー像は、中間転写ベルト(中間転写体)25に重ねて一次転写部T1を通過する過程で、転写ローラ(転写部材)5Kに印加された転写バイアス電圧によって中間転写ベルト25へ一次転写される。一次転写部T1を通過して感光ドラム1に残った転写残トナーは、ドラムクリーニング装置6Kによって除去される。
感光ドラム1Yに形成されたイエロートナー像、感光ドラム1Mに形成されたマゼンタトナー像、感光ドラム1Cに形成されたシアントナー像、感光ドラム1Kに形成されたブラックトナー像の順に一次転写される。感光ドラム1M、1C、1Kでは、中間転写ベルト25に一次転写されたトナー像が、一次転写部T1で、感光ドラム1M、1C、1Kに形成されたトナー像に重なるタイミングで、露光装置3M、3C、3Kによる露光が開始される。
転写ローラ5Kは、直径8mmの金属製シャフトに厚さ4mmの導電性ゴム層を被せて形成され、導電ゴム部の長さは320mm、抵抗値は約3×10Ω(23度C50%RH)であった。抵抗値は、10N(1000g重)の荷重の下で接地に対して該転写ローラ5を50mm/secの周速で回転させ、転写ローラ表面に1000Vの電圧を印加して電流を測定し、電圧/電流の関係から求めた。
中間転写ベルト25は、駆動ローラ21、テンションローラ22、二次転写内ローラ23に掛け渡して支持され、駆動ローラ21を駆動する不図示の駆動系によって駆動されて矢印方向に循環する。
中間転写ベルト25を挟んで二次転写内ローラ23に二次転写ローラ24が圧接する。中間転写ベルト25と二次転写ローラ24とは圧接して二次転写部T2のニップを形成する。二次転写部T2には、中間転写ベルト25のトナー像とタイミングを合わせて搬送ローラ対10から記録材Pが送り込まれる。記録材Pは不図示のカセットから1枚ずつ分離して搬送ローラ対10に給送されている。
二次転写ローラ24には二次転写バイアス電源35から転写電圧が印加されて、二次転写内ローラ23と二次転写ローラ24との間に転写電界が形成される。中間転写ベルト25のトナー像に重ねられて記録材Pが二次転写部T2を通過する過程で、転写電界に応答して、中間転写ベルト25から記録材Pへ4層のトナー像が一括して二次転写される。
二次転写ローラ24は、金属製のシャフトの周囲に厚さ6mmの導電性ゴム層を形成した直径12mm、長さ320mm、抵抗値約5×10Ω(23度C50%RH)のローラ部材である。抵抗値は、10N(1000g重)の荷重の下で接地に対して二次転写ローラ24を50mm/secの周速で回転させ、二次転写ローラ24の表面に1000Vの電圧を印加して電流を測定し、電圧/電流の関係から求めた。
中間転写ベルト25から4層のトナー像を一括して二次転写された記録材Pは、二次転写部T2から定着装置9に向けて搬送され、定着装置9によって加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。二次転写部T2を通過して中間転写ベルト25上に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置20のクリーニングブレード20aによって摺擦除去されて容器20bに回収される。
画像形成装置200は、第1実施形態と同様に、+500Vで一様に帯電させた感光ドラム1Y、1M、1C、1Kにレーザービームを照射して最大+200Vまで放電させて静電潜像を書き込む。そして、+300VのDC成分を持つ現像バイアス電圧を用いて、帯電極性が負極性のトナーを感光ドラム1の表面の未露光部分に付着させる。
また、第1実施形態と同様に、生産性の観点から一次転写部T1、二次転写部T2ともに定電流制御方式を採用している。そのため、二次転写部T2では、記録材Pの突入によるインピーダンスの変化によって、第1実施形態の画像形成装置100と同様な記録材先端領域における転写不良が懸念される。そこで、二次転写部T2において、記録材上流の帯電制御を実施している。
<記録材上流の帯電制御>
図7は比較例の二次転写装置の構成の説明図、図8は帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図、図9は帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。
図7に示すように、比較例の二次転写装置30Hは、図6に示す画像形成装置200の二次転写装置30を置き換えて配置される。二次転写内ローラ23は接地電位に接続され、二次転写ローラ24は二次転写バイアス電源35に接続される。二次転写バイアス電源35は、二次転写内ローラ23と二次転写ローラ24との間に流れる転写電流を30μAに保つように転写電圧を変化させる定電流制御を行う。比較例では、二次転写部T2の転写電流が30μAの時、二次転写が良好に行われるからである。
図8の(c)に示されるように、転写電流30μAで転写電圧を制御した場合、中間転写ベルト25の転写前領域では、1500Vの転写電圧が印加されていた。そして、二次転写部T2に記録材先端が進入すると、転写電圧は、記録材Pの分担電圧1000Vだけ上昇して転写電圧は2500Vとなった。記録材Pの分担電圧とは、記録材Pに30μAの電流を流すために必要な電圧である。
ここで、転写電圧の追従性を第2実施形態の画像形成プロセススピードより考える。第2実施形態における画像形成プロセススピードは1000mm/secで、二次転写部T2のニップ長さは5mm程度なので、記録材Pの先端部が二次転写部T2のニップを通過する時間は5msecとなる。従って、第1実施形態と同様に、二次転写バイアス電源35の高電圧が追従できず、記録材Pの先端領域では十分な転写電流が供給されずに転写不良が発生してしまう。
そこで、第2実施形態では、記録材Pの先端領域における転写不良を抑制するために、二次転写内ローラ(調整手段)23の電位を調整して中間転写ベルト25における転写前領域の帯電制御を行う。
図6に示すように、画像形成装置200の二次転写装置30の二次転写内ローラ23は、定電圧制御装置37に接続される。制御部36は、定電圧制御装置37を制御して記録材Pが二次転写部T2へ進入するまでの間、二次転写内ローラ23により中間転写ベルト25の帯電電位を転写電圧と同極性側へシフトさせる。これにより、中間転写ベルト25における転写前領域では、二次転写ローラ24へ印加する転写電圧を図7に示す比較例の1500Vよりも高めないと30μAの電流を確保できなくなり、定電流制御によって転写電圧が高められる。
従って、二次転写内ローラ23によって中間転写ベルト25の帯電電位を高めただけ、二次転写部T2に記録材Pが進入した前後の転写電圧差が小さくなる。二次転写部T2に記録材Pが進入した前後の転写電圧差が小さくなっただけ、転写電圧の立ち上がりは早くなり、記録材Pの先端領域でも十分な転写電圧が印加される。
二次転写内ローラ23に印加される定電圧の大きさは、抵抗検知装置14の出力に基づいて制御部36が決定する。抵抗検知装置14は、搬送ローラ対10に30μAの電流を流して記録材Pの分担電圧を検知する。制御部36は、この分担電圧をそのまま定電圧として定電圧制御装置37に出力させる。
また、抵抗検知装置14は、導電性の駆動ローラ10aと従動ローラ10bとの搬送ニップに印加される電圧の変化から記録材Pの先端を検知する。つまり、第1実施形態における制御部8の先端検知を兼ねている。制御部36は、抵抗検知装置14が記録材Pの先端を検知すると定電圧制御装置37に定電圧の出力を開始させ、その後、搬送ローラ対10の搬送距離をカウントして記録材Pが二次転写部T2に達するタイミングで定電圧制御装置37の出力を接地電位に接続する。
第2実施形態では、図9の(a)に示すように、転写電流30μA時の記録材Pの分担電圧が1000Vであったため、二次転写内ローラ23には、1000Vの定電圧を記録材Pの先端部が進入する直前まで印加した。
その結果、転写前領域は、二次転写内ローラ23によって中間転写ベルト25が1000Vで帯電されているため、二次転写バイアス電源35から見て記録材Pが存在するのと等価な状態となる。従って、転写前領域の転写電圧は、図9の(c)に示すように、二次転写内ローラ23の帯電分底上げ(+1000V)されて2500Vとなる。
記録材Pが二次転写部T2に進入した瞬間に二次転写内ローラ23の定電圧をOFFにするので、実際に記録材Pの二次転写部T2通過中に二次転写ローラ24にかかる転写電圧は2500Vとなる。
このように、二次転写内ローラ23に定電圧制御装置を設け、記録材Pの先端が二次転写部T2に突入するまでの間、二次転写内ローラ23に記録材Pの二次転写部T2における分担電圧を印加している。これにより、二次転写部T2へ記録材Pが進入する前後で二次転写部T2の見かけ上のインピーダンスを揃え、記録材Pの有無に関わらず二転ローラ24に印加する転写電圧を一定にしている。このため、記録材Pの先端領域における転写電流が十分に確保でき、記録材Pの先端領域における転写不良を抑制できる。
なお、二次転写ローラ24を接地電位に接続して二次転写内ローラ23にトナーの帯電極性と同極性の転写電圧を印加する場合も有り得る。この場合、二次転写内ローラ23には転写電圧を調整して転写電流を一定に保つ二次転写バイアス電源が接続され、二次転写外ローラ24には、接地電位と定電圧出力とを切り替え接続可能な定電圧制御装置が接続される。
<発明との対応>
第1実施形態の画像形成装置100は、トナー像を担持する感光ドラム1と、定電流制御された転写電圧を印加されて、前記感光ドラム1から記録材Pへ前記トナー像を転写させる転写ローラ5とを備える。感光ドラム1の記録材Pに重なる領域よりも上流側の転写前領域の帯電電位を調整して、転写ローラ5へ記録材Pが進入した際の転写電圧の変動幅を抑制する帯電装置7を備える。
第1実施形態の画像形成装置100は、転写ローラ5へ進入する記録材Pの先頭位置を検知する制御部8を備え、制御部8の出力に基づいて帯電装置7の作動と停止とを制御する。
第1実施形態の画像形成装置100は、転写ローラ5へ進入する記録材Pの厚み方向の抵抗値を検知する搬送ローラ対10、抵抗検知装置14を備える。搬送ローラ対10、抵抗検知装置14の出力に基づいて帯電装置7による前記帯電電位の調整量を制御する制御部8を備える。
抵抗検知装置14は、前記定電流制御で用いる電流値を転写ローラ5へ進入する記録材Pの厚み方向に流した際の電圧値を検知し、制御部8は、転写前領域の帯電電位を、前記転写電圧の極性側へ、前記電圧値だけ調整する。
第1実施形態の画像形成装置100は、一様に帯電された感光ドラム1の表面を露光して静電潜像を書き込む露光装置3と、書き込まれた前記静電潜像に現像剤を静電気的に付着させて現像する現像装置4とを備える。
第1実施形態の画像形成装置100における帯電装置7は、現像装置4と転写ローラ5との間で前記表面に対向配置したコロナ放電帯電装置である。
第2実施形態の画像形成装置200における二次転写部T2は、中間転写ベルト25を挟んで圧接された二次転写内ローラ23と二次転写ローラ24とを有する。二次転写ローラ24に転写電圧を印加して二次転写内ローラ23と二次転写ローラ24との間を流れる電流を定電流制御する。二次転写内ローラ23は、二次転写内ローラ23に印加する電圧を変化させて前記帯電電位を調整する。
第1実施形態の画像形成装置100は、転写ローラ5に印加する転写電圧を変化させて、記録材Pを介して感光ドラム1と転写ローラ5との間を流れる電流を一定に保つ。感光ドラム1の転写前領域における帯電電位を記録材Pに応じて調整して、転写ローラ5へ記録材Pが進入した際の前記転写電圧の変動幅を抑制する。
第1実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。 帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。 帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。 記録材先端部における転写不良発生の説明図である。 記録材先頭部でパルス状の転写電圧を印加した際の転写電界の説明図である。 第2実施形態の画像形成装置の主要部構成を模式的に示す説明図である。 比較例の二次転写装置の構成の説明図である。 帯電制御を行わない場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。 帯電制御を行った場合の転写前領域の転写電圧の説明図である。
符号の説明
1、25 像担持体(感光ドラム、中間転写ベルト)
2 帯電ローラ
3、3Y、3M、3C、3K 露光手段(露光装置)
4、4Y、4M、4C、4K 現像手段(現像装置)
5、5Y、5M、5C、5K、24 転写手段(転写ローラ、二次転写ローラ)
7、13、23、35 調整手段(帯電装置、バイアス電源、二次転写内ローラ、二次転写バイアス電源)
8、14 先端検知手段(制御部、抵抗検知装置)
9 定着装置
10、14 抵抗検知手段(搬送ローラ対、抵抗検知装置)
14 抵抗検知装置
8、36 制御手段(制御部)
Y、M、C、K 画像形成部
P 記録材

Claims (7)

  1. トナー像を担持する像担持体と、
    定電流制御された転写電圧を印加されて、前記像担持体から記録材へ前記トナー像を転写させる転写手段と、を備えた画像形成装置において、
    前記像担持体の記録材に重なる領域よりも上流側の転写前領域の帯電電位を調整して、前記転写手段へ記録材が進入した際の前記転写電圧の変動幅を抑制する調整手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記転写手段へ進入する記録材の先頭位置を検知する先頭検知手段を備え、
    前記先頭検知手段の出力に基づいて前記調整手段の作動と停止とを制御することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向の抵抗値を検知する抵抗検知手段を備え、
    前記抵抗検知手段の出力に基づいて前記調整手段による前記帯電電位の調整量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  4. 前記抵抗検知手段は、前記定電流制御で用いる電流値を前記転写手段へ進入する記録材の厚み方向に流した際の電圧値を検知し、
    前記制御手段は、前記転写前領域の帯電電位を、前記転写電圧の極性側へ、前記電圧値だけ調整することを特徴とする請求項3記載の画像形成装置。
  5. 一様に帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を書き込む露光手段と、
    書き込まれた前記静電潜像に現像剤を静電気的に付着させて現像する現像手段と、を備え、
    前記調整手段は、前記現像手段と前記転写手段との間で前記表面に対向配置したコロナ放電帯電装置または一括露光装置であることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の画像形成装置。
  6. 前記像担持体は、一次転写されたトナー像を搬送して記録材に二次転写させる中間転写体であって、
    前記転写手段は、前記中間転写体を挟んで圧接された転写内ローラと転写ローラとを有し、前記転写ローラに前記転写電圧を印加して転写内ローラと転写ローラとの間を流れる電流を定電流制御し、
    前記調整手段は、前記転写内ローラに印加する電圧を変化させて前記帯電電位を調整することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の画像形成装置。
  7. 転写部材に印加する転写電圧を変化させて、記録材を介して像担持体と前記転写部材との間を流れる電流を一定に保つ転写方法において、
    前記像担持体の記録材に重なる領域よりも上流側の転写前領域における帯電電位を記録材に応じて調整して、前記転写部材へ記録材が進入した際の前記転写電圧の変動幅を抑制することを特徴とする転写方法。
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