JP2010111488A - シート状媒体搬送装置及びそれを有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電した搬送ベルトによりシート状媒体を静電吸着して搬送するときに、搬送ベルトを帯電させるための電圧レベルを高めることなく、シート状媒体の先端、後端に対する吸着力を向上させる。
【解決手段】 帯電ローラ１７ａ及び１７ｂに対して、各々プラス電源部１８ａ及びマイナス電源部１８ｂにより正、負の電圧を印加する。帯電ベルト１１の表面には、搬送方向と垂直な方向の長さが短ローラの幅に相当する正極性の帯電領域１０１と、負極性の帯電領域１０２とが交互に形成される。印刷用紙１９の先端部、後端部に関しては、帯電ピッチ幅（正、負の帯電領域の幅）で確実に吸着が行える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シート状媒体を静電吸着して搬送する搬送ベルトを備えたシート状媒体搬送装置及びそれを有する画像形成装置に関し、さらに詳しくは、搬送ベルトを帯電させるための電圧レベルを高めることなく、搬送精度を向上させることのできるシート状媒体搬送装置及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを用いて、シート状の被記録媒体を搬送しながら、記録液の液滴を被記録媒体に付着させて印刷を行うインクジェット記録装置が知られている。

このインクジェット記録装置において高画質化を追求すると、インク液滴の被記録媒体に対する着弾位置の精度を高める必要があり、インク液滴を噴射する記録ヘッドの構造とともに被記録媒体を高精度で搬送する必要がある。

この被記録媒体の搬送精度を高めるため、帯電させた無端状の搬送ベルトにより被記録媒体を静電吸着させ、この状態で搬送ベルトを周回移動させることで被記録媒体を搬送するようにした、所謂帯電ベルト方式のインクジェット記録装置が提案されている（特許文献１参照）。

まず従来の帯電ベルト方式のインクジェット記録装置について説明する。
図１４及び図１５は、それぞれ従来の帯電ベルト方式のインクジェット記録装置における帯電ベルト及びその周辺の構成を示す平面図及び側面図である。

帯電ベルト１１を駆動する駆動ローラ１２の端部に設けたエンコーダ１３によって駆動ローラ１２の回転量を検出して、この検出した回転量に応じて、制御部１４は駆動部１５を制御して副走査モータ１６を駆動するとともに、帯電ローラ１７に高圧（ＡＣバイアス）を印加するためのＡＣ電源部（ＡＣバイアス供給部）１８の出力を制御する。

このとき、ＡＣ電源部１８によって、帯電ローラ１７に印加する交流電圧の周期（印加時間）を制御し、同時に制御部１４によって、帯電ベルト１１の駆動を制御することで、帯電ベルト１１上に所定の帯電周期長で正負の電荷を印加することができる。ここで「帯電周期長」とは、印加する交流電圧の１周期当りの搬送方向の幅（距離）である。

印刷を開始するとき、駆動ローラ１２を副走査モータ１６で回転駆動して帯電ベルト１１を図１５の時計回りに回転させ、同時にＡＣ電源部１８から帯電ローラ１７に対して、極性が交互に正負に変化する方形波を印加する。帯電ローラ１７は帯電ベルト１１の絶縁層に当接しているので、帯電ベルト１１の絶縁層に、正電荷と負電荷が帯電ベルト１１の搬送方向（副走査方向）に対して交互に印加される。結果として図１４に示すように、等幅の帯状の正極性の帯電領域１０１と負極性の帯電領域１０２が交互に形成される。

帯電ベルト１１の絶縁層は、体積抵抗率が１０¹²Ωｃｍ以上、好ましくは１０¹⁵Ωｃｍなるように形成しておくことで、正と負の電荷がその境界で移動するのを防ぐことができ、絶縁層に印加された正負の電荷を保持することができる。

ここで図１６を用いて帯電原理について説明をする。
帯電した誘電体が電界中に置かれている場合、誘電体中の電荷にクーロン力（Ｆ＝ｑＥ）が発生する。この力は真電荷にも分極電荷にも作用するため、誘電体が電界からの受ける力はマクスウェルの応力テンソルで表される（下記の式［１］〜［４］）。

ここで、ρは単位体積あたりの真電荷（体積電荷密度c/m³）、ρ_pは単位体積あたりの分極電荷（体積電荷密度c/m³）である。また、εは誘電体の誘電率、ε₀は真空の誘電率である。

上記の式を用いて図１６の模式図における印刷用紙１９に働く力を２次元で求める。印刷用紙１９の領域をＳ、用紙に働く吸着力をＦｙと考え、印刷用紙１９の厚み方向の影響を無視すると、帯電ベルト１１との境界面Ｓ１の表面ベクトル（表面に垂直で外向き）は、ｎ１＝（０，−１．０）で表すことができる。よって、下記の式［５］が得られる。

２次元であるため、Ｅｚ＝０より、下記の式［６］が得られる。

式［６］を式［５］に代入することで、下記の式［７］が得られる。

この式［７］は、Ｅｘ＜Ｅｙであれば吸着力が大きくなることを意味している。

同様に印刷面Ｓ２の表面ベクトルは（０，１．０）であるから、下記の式［８］が得られる。

よって同様にＥｚ＝０とすれば、下記の式［９］が得られる。

この式［９］はＥｘ＞Ｅｙであれば吸着力が大きくなることを意味している。

以上の計算結果から、吸着力を得るためには帯電ベルト１１と印刷用紙１９の境界面Ｓ１では用紙に垂直な方向の電界が、印刷面Ｓ２では用紙に水平な方向の電界が必要であることが判る。つまり、用紙の垂直方向に均一な電場を形成しても、吸着力は発生しないため、不均一な電場（不平等電界）を形成しつつ、前述のごとく電場を形成することで、吸着力を維持する必要がある。

帯電ベルト１１上に正負の電荷を交互に印加すると、図１７に示すように、電気力線が一方向にのみ均等には発生せず、均一な電場とはならない。これが前述の不平等電界に相当する。

以上のような電場を形成した状態で印刷用紙１９を帯電させると、印刷用紙１９は内部分極を起こす。また印刷用紙１９は絶縁物ではないため真電荷の移動も電場に従って移動する。しかし、電場が平等でないため、電気力線に沿って偏った電荷の移動が起きる。例えば図中央の帯電ベルト１１が負にチャージされた領域１０２については印刷用紙１９と帯電ベルト１１の境界面には正電荷が現れる。ところが印刷用紙１１の表面側（印刷面）では帯電ベルト１１の正負極の境界面近くでは電界が密となり、逆に中央部では疎となるため、電界が密である部分にのみ電荷が現れる。

このように印刷用紙１９の表裏面で電荷の発生具合が異なることにより差が生じ、図１６を用いて説明したように、下向きの吸着力が発生する。

これを判り易くするために、図１８に電界の強さを矢印で示す。図から明らかなように、帯電ベルト１１と印刷用紙１９の境界面Ｓ１では、帯電ベルト１１の正負極境界面を境にして垂直方向の電界が強くなる。このため、帯電領域が安定している中央部分では逆に弱くなる。印刷用紙１９の表面（印刷面）Ｓ２でも帯電ベルト１１の正負極境界面で水平方向の電界が最も強くなる。同様に帯電ベルト１１の中央部分では弱くなっている。つまり帯電ベルト１１の正負極境界部分近傍で吸着に必要な電界が最も大きくなることから、この部分での吸着力が最も強くなることが判る。

図１４及び図１５の説明に戻る。
印刷用紙１９は、帯電ベルト１１に正負の電荷が形成されることによって不平等電界が発生している帯電ベルト１１へと送り込まれる。印刷用紙１９は加圧コロ２１により帯電ベルト１１に押し付けられた状態で搬送される。

帯電ベルト１１上の不平等電界の上に送られた印刷用紙１９内では電界の向きに沿って電荷の移動が起こる。即ちインクカートリッジ２０の下面に設けられている記録ヘッド（図示せず）へ向かう電界が減少していくこととなる。また、帯電ベルト１１の表面に印加された電荷と帯電ベルト１１の電荷と疎力をなす電荷が印刷用紙１９の表面上から減少するため、印刷用紙１９の帯電ベルト１１への吸着力は時間とともに増加していく。

図１９は吸着力発生までの時間的な推移を湿度をパラメータとして表したグラフである。このグラフから、吸着力が時間関数であることが判る。つまり印刷用紙１９内の電荷の移動に時間がかかることを示している。また、一般的に高湿時は用紙の抵抗値が低く、逆に低湿時には抵抗値が高くなることから、印刷用紙１９の抵抗値が高い場合に時間がかかることが判る。このため抵抗値が高く、搬送速度が速い場合には吸着力が不足するため、電圧を上げて強い電場を形成せざるを得ず、結果として帯電むらが起き易くなる（この理由については図２０を参照しながら後述する）。

帯電ベルト１１に吸着された印刷用紙１９は、前述したように、記録ヘッドの下まで搬送され、インクカートリッジ２０が主走査方向に往復運動し、同時に記録ヘッドよりインク液滴が吐出されることによって、印刷用紙１９上にヘッド１往復分の画像が形成される。１往復分の画像が形成されると、印刷用紙１９は帯電ベルト１１によって次の印字位置まで送られ、再び１往復分の画像形成が行われる。

印刷用紙１９の先端部が従動拍車２２の位置まで到達すると、加圧コロ２１と帯電ベルト１１と従動拍車２２で印刷用紙１９を保持するようになる。印刷用紙１９の後端部の印刷では、先に加圧コロ２１部から抜け出し、従動拍車２２と帯電ベルト１１で保持することとなる。１枚分の印刷動作が終了すると、印刷用紙１９は、そのまま帯電ベルト１１によって搬送され、排紙される。

しかしながら、図１８に示すように、吸着力は正負極の境界で最大、正、負それぞれの中央で最少となるため、用紙の先端部、後端部に正負極の境界がある場合を除き、先端部、後端部の吸着力は低下してしまう。チャージ電荷を強くする（具体的には印加電圧を上げる）ことで保持力は維持できるが、電場が強くなり印刷領域においてインクの吐出に影響を与えることがあった。

このことについて図２０を参照しながら説明する。この図のＡは電場の影響が無い状態で等間隔にインクを吐出した場合の着弾の様子を表し、この図のＢは電場を形成した状態で等間隔にインクを吐出した場合の着弾の様子を表す。

吐出されたインク滴（特に影響を受けやすい小さなインク滴の場合）は負電荷を帯びていることが多いことが実験的に判っているが、電場の影響が皆無であれば、吐出されたインク１０４は、図２０Ａに示すように、印刷用紙１９の所望の位置に着弾する。しかし、電場が形成されると、図２０Ｂに示すように、負電荷を帯びたインク滴１０４は印刷用紙部における電場の影響を受け、着弾位置がずれ、結果として帯電むらと呼ばれる画像異常を起こす。これは特に強い電場において、印刷用紙１９の抵抗値が高く、かつインク滴１０４が小さい場合に顕著である。

また、印加電圧を上げること以外の対策としては、印刷用紙１９の先端、後端を帯電境界面に合わせるように制御する方法が考えられるが、印刷用紙１９の長さと帯電周期長により規制されてしまう為、先端、後端どちらかを合わせると他方はタイミングが合わなくなってしまうおそれがある。

以上述べた問題点をまとめると下記（１）、（２）のようになる。
（１）従来の帯電ベルト方式では、印刷用紙の搬送方向の先端、後端は正もしくは負どちらかの極性となる。吸着力は正、負の境界で最も強く働くため、結果的に先端部、後端部では吸着力が弱くなるという問題がある。

（２）印刷用紙１９の電気特性、及び環境変動などによって、電荷のチャージ量が変動してしまうため、吸着力が変化してしまう。そこで、吸着力の変化を許容するために強い電場を与えることが考えられるが、インクの吐出特性に電場が影響してしまい、帯電ムラ画像と呼ばれる縞状の異常画像が発生したり、インク吐出時に発生するミストが印刷ヘッドを汚したりしてしまい、結果として吐出不良や擦れ画像と言った異常画像が発生してしまうという問題がある。
特開２００７−３０３１６号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的は、帯電した搬送ベルトによりシート状媒体を静電吸着して搬送するときに、搬送ベルトを帯電させるための電圧レベルを高めることなく、シート状媒体の先端、後端に対する吸着力を向上させることである。

本発明のシート状媒体搬送装置は、帯電されることによりシート状媒体を静電力で吸着するとともに、前記シート状媒体を搬送する搬送ベルトと、該搬送ベルト上に所定の帯電パターンを形成する帯電パターン形成手段とを備え、前記帯電パターン形成手段は、前記シート状媒体の少なくとも前端、後端が吸着される位置に、前記搬送ベルトの搬送方向と直交する方向に極性が変化する帯電パターンを形成することを特徴とするシート状媒体搬送装置である。
また、本発明の画像形成装置は、本発明のシート状媒体搬送装置と、このシート状媒体搬送装置により搬送されるシート状媒体に画像を形成する記録ヘッドとを有することを特徴とする画像形成装置である。

［作用］
本発明によれば、シート状媒体の少なくとも前端、後端が吸着される位置に、搬送ベルトの搬送方向と直交する方向に極性が変化する帯電パターン、つまり、搬送ベルト上で搬送方向に垂直に引いた直線と正、負の帯電領域の境界線とが交差する帯電パターンが形成される。正、負の帯電領域の境界線上では吸着力が最大となるから、シート状媒体体の先端、後端に対する吸着力が向上する。

本発明によれば、帯電した搬送ベルトによりシート状媒体を静電吸着して搬送するときに、搬送ベルトを帯電させるための電圧レベルを高めることなく、シート状媒体の先端、後端に対する吸着力を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の画像形成装置の要部の構成を示す図である。この画像形成装置はシリアル型のインクジェット記録装置である。この図において、従来装置（図１４及び図１５）と同一又は対応部分には、図１４及び図１５と同一の参照符号を付した。

この画像形成装置３１は、シアンＣ，マゼンタＭ、イエローＹ，ブラックＢｋの各色のインクをそれぞれ収納した４個のインクカートリッジ２０と、複数のノズル列を有し、各インクカートリッジ２０からインクが供給される記録ヘッド３３と、インクカートリッジ２０と記録ヘッド３３を搭載したキャリッジ３４と、印刷用紙１９を収納した給紙トレイ３５から印刷用紙１９を印字部（記録ヘッド３３に対向する位置）に搬送する用紙搬送装置３８と、印字した印刷用紙１９が収納される排紙トレイ３９を有する。

用紙搬送装置３８は、駆動ローラ１２と従動ローラ４３に巻き回され、往復動可能な帯電ベルト１１と、駆動ローラ１２と搬送ベルト１１の間の滑りを防止するため、ばね等の弾性部材による弾性力で駆動ローラ１２の部分で帯電ベルト１１に押し付けられた押えローラ４５と、給紙トレイ３５に積載した印刷用紙１９が分離部４８で分離されて送られ駆動ローラ１２に巻かれた帯電ベルト１１に接触する位置より駆動ローラ１２の回転方向の上流側の位置で帯電ベルト１１と接触し、駆動ローラ１２と対向して設けられた帯電ローラ１７を有する。帯電ローラ１７には、電源部１８から、搬送ベルト１１に所定の帯電パターンを形成するための電圧が印加される。

以上の構成を有する画像形成装置において、後述するホスト装置から送られる画像データを印刷用紙１９に印字するときは、キャリッジ３４をキャリッジガイドローラ４１に沿って走査させながら、記録紙搬送装置３８により印字部に送られた印刷用紙１９に記録ヘッド３３のノズルから画像データに応じてインク液滴を噴射して文字や画像を記録する。

このとき、記録紙搬送装置３８の駆動ローラ１２を不図示の駆動モータで回転して搬送ベルト１１を反時計周りに回転させ、同時に電源部１８から帯電ローラ１７に所定の電圧を印加する。この帯電ローラ１７に印加される電圧により搬送ベルト１１が帯電される。この搬送ベルト１１に、分離部１８で分離して送られた印刷用紙１９が接触すると、印刷用紙１９に静電力が作用し、印刷用紙１９は搬送ベルト１１に吸着される。

図２は、図１の画像形成装置における制御部の構成を示すブロック図である。制御部２００は、この画像形成装置全体の制御を司るＣＰＵ２０１と、ＣＰＵ２０１が実行するプログラム、及びその他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、この制御部２００は、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置であるホスト９０側とのデータ、信号の送受を行うためのホストＩ／Ｆ（インタフェース）２０６と、記録ヘッド３３を駆動制御するためのヘッド駆動制御部２０７及びヘッドドライバ２０８と、主走査モータ４を駆動するための主走査モータ駆動部２１１と、副走査モータ１６を駆動するための副走査モータ駆動部２１３と、エンコーダ１３、環境温度及び環境湿度を検出する環境センサ２１８、印刷用紙の表面抵抗値を検出する表面抵抗計８０、前述したエンコーダ１３、その他各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ２１６などを備えている。

また、この制御部２００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル２１７が接続されている。さらに、制御部２００は、帯電ローラ１７（１７ａ，１７ｂ）に電圧を印加する電源部１８の出力のオン／オフなどを制御する。

制御部２００は、ホスト９０側からの画像データを含む印刷データ等をケーブル或いはネットワークを介してホストＩ／Ｆ２０６で受信する。

そして、ＣＰＵ２０１は、ホストＩ／Ｆ２０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ２０５にてデータの並び替え処理等を行ってヘッド駆動制御部２０７に画像データを転送する。画像出力するための印刷データのビットマップデータへの変換は、ホスト９０側のプリンタドライバ９１で実行しているが、例えばＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行っても良い。

ヘッド駆動制御部２０７は、記録ヘッド３３の１行分に相当する画像データ（ドットパターンデータ）を受け取ると、この１行分のドットパターンデータを、クロック信号に同期して、ヘッドドライバ２０８にシリアルデータで送出し、また所定のタイミングでラッチ信号をヘッドドライバ２０８へ送出する。

このヘッド駆動制御部２０７は、駆動波形（駆動信号）のパターンデータを格納したＲＯＭ（ＲＯＭ２０２で構成することもできる。）と、このＲＯＭから読出される駆動波形のデータをアナログ化するＤ／Ａ変換器を含む波形生成回路及びアンプ等で構成される駆動波形発生回路を含む。

ヘッドドライバ２０８は、ヘッド駆動制御部２０７からのクロック信号及び画像データであるシリアルデータを入力するシフトレジスタと、シフトレジスタの保持値をヘッド駆動制御部２０７からのラッチ信号でラッチするラッチ回路と、ラッチ回路の出力値のレベルを変化させるレベル変換回路（レベルシフタ）と、このレベルシフタでオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）等を含み、アナログスイッチアレイのオン／オフを制御することで駆動波形に含まれる所要の駆動波形を選択的に記録ヘッド３３のアクチュエータ手段に印加してヘッドを駆動する。

主走査モータ駆動部２１１は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とエンコーダ１３からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出し、内部のモータドライバを介して主走査モータ４を駆動する。同様に、副走査モータ駆動制御部２１３は、ＣＰＵ２０１側から与えられる目標値とエンコーダ１３からの検出パルスをサンプリングして得られる速度検出値に基づいて制御値を算出し、内部のモータドライバを介して副走査モータ１６を駆動する。

図３は、図１における帯電ベルト１１及びその周辺の構成を示す平面図である。この図において、図１４と同一又は対応の部分には、図１４と同一の参照符号を付した。側面図については、帯電ローラと電源部以外は図１５と同様であるため省略した。図３の制御部１４及び駆動部１５は、図２の制御部２００に対応する。

本実施形態では、従来のように帯電ベルト１１の搬送方向（印刷用紙１９の搬送方向）と平行な方向に電場を形成するのではなく、垂直な方向に形成することで、印刷用紙１９の搬送方向への保持力を強化し、結果として先端、後端の浮きを低減できる構成とした。

帯電ローラ１７は、帯電ベルト１１の搬送方向に配列された２本の帯電ローラ１７ａ，１７ｂからなる。帯電ローラ１７ａ，１７ｂは、従来のローラのような帯電ベルト１１の幅（搬送方向に垂直な方向の寸法）よりも長い長尺ローラではなく、狭幅の短ローラ１７ａ１，１７ａ２，…，１７ｂ１，１７ｂ２，…を回転軸方向に均等に配置して櫛形の構成を取り、かつ帯電ローラ１７ａの短ローラ１７ａ１，１７ａ２，…と、帯電ローラ１７ｂの短ローラ１７ｂ１，１７ｂ２，…の回転軸方向位置が互い違いとなるようにオフセットさせた。

この帯電ローラ１７ａ及び１７ｂに対して、各々プラス電源部（電源部ａ）１８ａ及びマイナス電源部（電源部ｂ）１８ｂにより正、負の電圧を印加することで、帯電ベルト１１の表面には、その搬送方向と垂直な方向の長さが短ローラ１７ａ１，１７ａ２，…の幅に相当する正極性の帯電領域１０１と、短ローラ１７ｂ１，１７ｂ２，…の幅に相当する負極性の帯電領域１０２とが交互に繰り返し形成される。ここで、正極性の帯電領域１０１と、負極性の帯電領域１０２は、帯電ベルト１１の搬送方向に連続的に形成される。

このような帯電パターンを形成することで、印刷用紙１９の搬送方向に対して垂直方向に電場が形成される。図１６〜図１８を参照しながら説明したとおり、印刷用紙１９の裏面に対しては垂直方向の電場が、印刷用紙１９の表面に対しては水平方向の電場が形成されれば、吸着力は維持できる。このため本実施形態のように電荷のチャージ方向を変更したとしても、帯電ベルト１１への吸着力は何ら変わることはない。また、帯電ベルト１１の搬送方向と直交する方向に帯電極性が変化する帯電パターンが、その搬送方向に連続的に形成されているので、前述したような先端、後端のタイミングを合わせる必要もない。つまり印刷用紙１９の先端部、後端部の吸着に関しては、帯電ピッチ幅（正、負の帯電領域の幅）で確実に吸着が行えるため、従来装置に比べて本実施形態が明らかに優れている。

ただ印刷用紙１９の側端部の吸着力は弱くなるが、用紙搬送方向であるため、帯電ベルト１１との吸着、剥離時にコシが付かず、先端部、後端部に比べて浮きが出にくいと言える。さらに先端部、後端部が従動拍車により位置決めされれば側端部で浮きが発生することはなくなるため、従来装置に比べ劣るものではない。

なお、ここでは２本の帯電ローラ１７ａ及び１７ｂを設けたが、３本以上設けてもよい。３本以上の場合、各帯電ローラの短ローラの回転軸方向位置が重ならないように循環的（周期的）に配置するので、帯電ローラの本数が多くなる程、各帯電ローラにおける短ローラの間隔は長くなり、帯電ローラ１本当たりの短ローラの個数は少なくなる。例えば３本の場合、図２と同じ帯電パターンを形成するのであれば、帯電ローラ１本当たりの短ローラの数は略２／３となる。また、電源部については、隣り合う帯電ローラに反対の極性の電圧を印加するように構成する。

また、本実施形態では、２本の帯電ローラ１７ａ，１７ｂにおける各短ローラ１７ａ１，１７ａ２，…，１７ｂ１，１７ｂ２，…を等幅としたが、全ての短ローラにより搬送ベルト１１の幅方向（搬送方向と直交する方向）の全体を交互に正、負に帯電させればよいので、等幅でなくてもよい。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態の画像形成装置における帯電ベルト１１及びその周辺の構成を示す平面図である。この図において、図３と同一又は対応部分には図３と同一の参照符号を付した。また、本実施形態の画像形成装置の要部の構成及び制御部の構成は、第１の実施形態（図１、図２）と同じである。

第１の実施形態（図３）は、プラスとマイナスの電源部１８ａ，１８ｂをそれぞれ用意し、別々に帯電ベルト１１に電圧の印加を行っているため、コストが高い。そこで、本実施形態では、単一のＡＣ電源１８により、２本の帯電ローラ１７ａ、１７ｂに対し、正、負の電圧を交互に印加するようにした。

用紙搬送方向にオフセットした帯電ローラ１７ａ，１７ｂに対し、ＡＣ電源１８によって正、負の電圧が交互にかかる為、帯電ベルト１１上には、正極性の帯電領域１０１と、負極性の帯電領域１０２とにより市松模様の帯電パターンが形成される。正極性の帯電領域１０１、負極性の帯電領域１０２のそれぞれについて見ると千鳥模様と言うこともできる。

この帯電パターンの場合、印刷用紙１９の搬送方向に対して垂直方向及び水平方向に電場が形成されるため、図４の帯電パターンよりも正、負の帯電部の境界数が増え、吸着力が増す結果となる。これにより先端、後端のみならず側端部に関しても充分な吸着力が得られるため、より安定した用紙搬送が行える。また、吸着力が増す分、印加電圧を低く抑えることができるため、図２０を参照しながら説明したインクの吐出への影響などの副作用の発生を抑えることができる。

［第３の実施形態］
本実施形態の画像形成装置の要部の構成及び制御部の構成は、第１の実施形態（図１、図２）と同じである。また、帯電ベルト及びその周辺の構成の平面図も第１の実施形態と同じである。ただし、第１の実施形態では、電源部（電源部ａ）１８ａ、電源部（電源部ｂ）１８ｂが、それぞれ正、負の直流電圧を出力するのに対し、本実施形態では交流電圧を出力する。

図５及び図６は、本実施形態の画像形成装置において、電源部（電源部ａ）１８ａ、電源部（電源部ｂ）１８ｂから出力される交流電圧の波形、及び帯電ベルト１１上に形成される帯電パターンの例を示す。

図５の場合、電源部（電源部ａ）１８ａ、電源部（電源部ｂ）１８ｂから、それぞれ同図のＡ、Ｂに示す波形の交流電圧を帯電ベルト１１に印加することにより、同図Ｃに示すように、図４の場合と同じ帯電パターンが形成される。なお、図５Ｃにおけるａ，ｂは、それぞれ帯電ローラ１７ａ，１７ｂの短ローラにより形成された帯電パターンでる。また、この図において、帯電ベルト１１は下方へ搬送されている。

図６の場合、電源部（電源部ａ）１８ａ、電源部（電源部ｂ）１８ｂから、それぞれ同図のＡ、Ｂに示す波形の交流電圧を帯電ベルト１１に印加することにより、同図Ｃに示すような帯電パターンが形成される。このように、例えば環境影響等によりデフォルトで設定している吸着力よりも低減させたい場合、あるいは先端、後端に印刷領域が無く、この余白部分のみ吸着力を上げたい場合などに、帯電周期を可変にすることで、多彩な帯電制御が可能となり、任意の帯電パターンを形成することができる。

ここで、印加電圧を上げずに吸着力を高めるために帯電極性の変化数を増やす（帯電ピッチを短くする）ことについて考える。このとき、従来装置のように、印加電圧の周期を短くする（周波数を高くする）ことで帯電極性の変化数を増やすことには問題がある。まず電源のスルーレートの問題により、高い周波数での電圧チャージが困難であるため、ある程度の帯電周期長が必要である。また実際の電源では極性の切り替え部分で時間的な遅れが発生する。さらに帯電ピッチを狭めるため周期を短くしていくと、電源の特性が要求周波数に追従できなくなり、想定されたピーク電圧まで充分出力されないと言った問題がある。図７は、この様子を示す波形である。この図のＡ、Ｂは、それぞれ周期が長い場合と短い場合の理想波形であり、Ｃ、Ｄは、実際の出力波形である。

図８は、従来装置の帯電周期長と吸着力との関係の実験結果を示すグラフである。この図に示すように、±２ｋＶの印加電圧で１０ｍｍ前後以上の帯電周期長で最も吸着力が高いことが判っている。しかし前述のように、電源のスルーレートの問題があり、帯電周期長が短くなると吸着力が低下する。

これに対し、本発明の各実施形態では、電源の周波数を上げるのではなく、短ローラのピッチ（幅）を短くする（例えば数ｍｍにする）ことにより、正、負の帯電領域の境界数を増やすことができるため、電源の出力の切換えをする必要がなく、スルーレートの影響を受けずに、より境界面を増やすことが可能となる。

図９は、本発明の各実施形態における帯電ピッチと吸着力との関係の実験結果を示すグラフである。本発明の各実施形態では、電源の特性によらないため、帯電ピッチが狭くなっても本来あるべき理想的な吸着力が得られる。この図のグラフは実験結果を基に電界シミュレータを用いて算出した結果であるが、これによれば、例えば従来装置の場合に印加電圧２ｋＶ、帯電周期長１０ｍｍで得られていた吸着力が、印加電圧１．５ｋＶ、帯電ピッチ４ｍｍの帯電ローラで得られることが判る。更に、図４に示すような帯電周期長制御との組合せにより、より低い電圧で強い吸着力を得ることが可能である。

このように、本発明の各実施形態では、電圧を上げなくても境界数を増やすことができるため、より小さなピークの電場形成で充分な吸着力を得ることが可能である。なお、図４などでは帯電ローラによる帯電方式を挙げたが、帯電ピッチを細かくするために、例えば針状放電による電極や放電ブラシによる帯電方法なども考えられる。

ところで、実使用環境においては、帯電ベルト１１の経時的な物性変化が問題となっている。図１０は帯電ベルトの吸着力の経時的な変化を示すグラフである。図に示すように、同一の制御を行っていたとしても、時間と共に吸着力が低下していく。この原因は、ベルト表面にベルトの抵抗値を下げる物質が付着することにより意図した電荷が充分に保持されず、結果として想定した電界形成が得られなくなるからである。この抵抗値を下げる物質は、帯電劣化物質（窒素酸化物）であり、電圧が高いほど顕著である。

このため、従来は帯電ベルト１１をクリーニングするための機構（具体的にはクリーニングブレードによる表層のリフレッシュなど）や、サービスマンによる清掃作業、あるいは保守部品として交換などの対応が取られてきた。また帯電制御においては、使用条件により帯電電圧を低く抑えることで対応を取っていたが、副作用として吸着力の不足による用紙搬送の不具合が発生することがあった。しかし、本発明の各実施形態によれば、従来装置より印加電圧を下げても吸着力を維持することができるから、前述の経時劣化の対策にもなる。

図１１は、印刷用紙の抵抗値と吸着力との関係を表すグラフである。これまで述べてきたとおり、帯電制御には被制御体である印刷用紙の特性及び帯電ベルトの影響が無視できない。印刷用紙の選定は使用者に委ねられるため、印刷用紙の物性を判定する事は帯電制御に大きな意味を持つ。

既知の技術として、印刷領域に印刷用紙を搬送する段階で電気的導通を行い、用紙の電気的特性（例えば抵抗値）を測定する方法が一部の製品に実用化されている。本実施形態では、このような測定機能を用いて帯電制御を行うことで最適な帯電制御を行う。

また、より安価な方法としては、印刷用紙の電気的特性を測定するのではなく、機内環境を制御情報として利用する方法も考えられる。具体的には温湿度センサを用いて機内温湿度を計測する。図１９を参照しながら述べたとおり、湿度条件によって、特に被記録媒体が紙である場合、抵抗値が大きく変わり、吸着力が変化するため、この結果を帯電制御に用いることで、より搬送不良が起き難くなる。

更に図１０を参照しながら述べたとおり、帯電ベルトの経時劣化も無視できない要素である。本実施形態の構成によって、従来装置比べ、飛躍的に寿命が延びることが予想されるが、実験的には帯電電圧を±１ｋＶ以下にしなければ帯電劣化物質（窒素酸化物）は少なからず発生することが判っている。そこで、帯電ベルトの電気的特性（抵抗値）を測定し、制御情報としてフィードバックすることで、より搬送不良が起き難くなるようにする。

ただし、この場合は帯電電圧を上げるか、もしくは用紙搬送方向の帯電ピッチを１０ｍｍ以上に設定する必要があるため、前述のように帯電むらなどの画像異常の発生が懸念される。そこで、使用者にメンテナンスの注意を促す、あるいは異常画像の発生が懸念されるなどの告知手段を併用することで、使用者の要望に合わせた製品構成とすることができる。

図１２は、本発明の各実施形態の画像形成装置における印刷ジョブ実行及び帯電制御のフローチャートである。
まず帯電ベルト１１の抵抗値Ｒｂをメモリ（ＲＡＭ２０３）から読み出し（ステップＳＴ１）、次いで閾値ＲｃとＲｂとの比較を行い（ステップＳＴ２）、Ｒｂが閾値Ｒｃよりも大きければ（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３へ進む。

ステップＳＴ３では、図示しない給紙モータを動作させて、被記録媒体（ここでは印刷用紙１９）を給紙トレイ３５からレジスト部まで搬送して待機させ、表面抵抗計８０により被記録媒体の抵抗値を測定する。次にステップＳＴ４で、被記録媒体の抵抗値からＲＯＭ２０２内のテーブルを参照し、予め最適となり得る様に決められた帯電電圧、帯電ピッチ、極性、帯電周期を取得する。このとき、後述するベルト劣化フラグが立っている場合は、ベルトの劣化を考慮した通常とは異なるテーブルを参照する。

次にテーブルから取得したデータを基に帯電制御を実行し（ステップＳＴ５）、次いで帯電ベルト１１に電荷パターンを形成しながら回転させ、印字領域に到達するタイミングでレジスト部に待機していた被記録媒体を搬送し、印刷を開始する（ステップＳＴ６）。

ステップＳＴ７で印刷を終了し、ステップＳＴ８でジョブカウンタをインクリメントする。次の印刷ジョがある場合は（ＳＴ９：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３から繰り返す。

帯電ベルト１１の抵抗値Ｒｂが閾値Ｒｃよりも小さければ（ＳＴ２：ＮＯ）、操作パネル２１７にてメンテナンスを促す告知を行う。この時、このまま印刷することもできるが、画像不良が起こる可能性があることも併せて告知する。

画像不良が起こる可能性があっても、使用者が操作パネル２１７から印刷実行を指示した場合は（ステップＳＴ１１：Ｎｏ）、ステップＳＴ１２で帯電ベルトの劣化フラグを立てた状態でステップＳＴ３へ進む。

使用者が、画像不良が起こっては困ると判断し、操作パネル２１７から印刷ジョブの終了を指示した場合は（ＳＴ１１：Ｙｅｓ）、印刷ジョブを終了し、メンテナンスの実行、あるいはサービスコールの依頼を行う。

図１３は、本発明の各実施形態の画像形成装置のイニシャル動作などにおける帯電ベルトのチェックを行う制御のフローチャートである。
まずジョブカウント値ｋが閾値Ｎより大きいどうか判定する（ステップＳＴ２１）。大きくないと判定した場合は（ＳＴ２１：Ｎｏ）、ベルトチェック動作をせずに終了する。

一方、大きいと判定した場合は（ＳＴ２１：Ｙｅｓ）、現在の使用環境情報を環境センサ２１８から読み取り、ＲＡＭ２０３に記憶する（ステップＳＴ２２）。次いで表面抵抗計８０により帯電ベルト１１に電流を流し、抵抗値Ｒｂを測定する。この際にステップＳＴ２２で取得した環境情報に基づき、Ｒｂの値を補正する（特に温湿度条件などは抵抗値のバラツキに影響を与えるため）。

次に補正済みのＲｂの値をＲＡＭ２０３に記憶し（ステップＳＴ２４）、次いでジョブカウンタをクリアして（ステップＳＴ２５）処理を終了する。

本発明の第１の実施形態の画像形成装置の要部の構成を示す図である。 図１の画像形成装置における制御部の構成を示すブロック図である。 図１における帯電ベルト及びその周辺の構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態の画像形成装置における帯電ベルト及びその周辺の構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の画像形成装置において、電源部から出力される交流電圧の波形、及び帯電ベルト上に形成される帯電パターンの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の画像形成装置において、電源部から出力される交流電圧の波形、及び帯電ベルト上に形成される帯電パターンの別の一例を示す図である。 電源電圧の周期が長い場合と短い場合の理想波形と実際の波形を示す図である。 従来装置の帯電周期長と吸着力との関係の実験結果を示すグラフである。 本発明の各実施形態における帯電ピッチと吸着力との関係の実験結果を示すグラフである。 図１０は帯電ベルトの吸着力の経時的な変化を示すグラフである。 印刷用紙の抵抗値と吸着力との関係を表すグラフである。 本発明の各実施形態の画像形成装置における印刷ジョブ実行及び帯電制御のフローチャートである。 本発明の各実施形態の画像形成装置における帯電ベルトのチェックを行う制御のフローチャートである。 従来の帯電ベルト方式のインクジェット記録装置における帯電ベルト及びその周辺の構成を示す平面図である。 従来の帯電ベルト方式のインクジェット記録装置における帯電ベルト及びその周辺の構成を示す側面図である。 帯電原理について説明するための図である。 帯電ベルト上に正負の電荷を交互に印加した場合に発生する電気力線を示す図である。 図１６において電界の強さを矢印で示した図である。 吸着力発生までの時間的な推移を湿度をパラメータとして表したグラフである。 電場の影響が無い状態で等間隔にインクを吐出した場合の着弾の様子、及び電場を形成した状態で等間隔にインクを吐出した場合の着弾の様子を表す図である。

符号の説明

１１・・・帯電ベルト、１７ａ，１７ｂ・・・帯電ローラ、１７ａ１，１７ａ２，…，１７ｂ１，１７ｂ２，…・・・短ローラ、１８，１８ａ，１８ｂ・・・電源部、１９・・・印刷用紙、３３・・・記録ヘッド、８０・・・表面抵抗計、２１８・・・環境センサ。

Claims (9)

1. 帯電されることによりシート状媒体を静電力で吸着するとともに、前記シート状媒体を搬送する搬送ベルトと、該搬送ベルト上に所定の帯電パターンを形成する帯電パターン形成手段とを備え、
   前記帯電パターン形成手段は、前記シート状媒体の少なくとも前端、後端が吸着される位置に、前記搬送ベルトの搬送方向と直交する方向に極性が変化する帯電パターンを形成することを特徴とするシート状媒体搬送装置。
2. 請求項１に記載されたシート状媒体搬送装置において、
   帯電パターンは、搬送ベルトの搬送方向にも極性が変化することを特徴とするシート状媒体搬送装置。
3. 請求項１に記載されたシート状媒体搬送装置において、
   帯電パターン形成手段は、搬送ベルトの搬送方向に配置された複数の帯電ローラと、隣り合う帯電ローラに反対の極性の電荷を与える電源部とを有し、
   前記帯電ローラは、回転軸方向に間隔をあけて配置された複数の短ローラからなるとともに、隣り合う帯電ローラの短ローラ同士の回転軸方向の位置が互い違いであることを特徴とするシート状媒体搬送装置。
4. 請求項３に記載されたシート状媒体搬送装置において、
   電源部は、それぞれが単一の極性の電圧を単一の帯電ローラに印加する複数の直流電源部からなることを特徴とするシート状媒体搬送装置。
5. 請求項３に記載されたシート状媒体搬送装置において、
   電源部は、交互に変化する極性の電圧を隣り合う帯電ローラに印加する単一の交流電源部からなることを特徴とするシート状媒体搬送装置。
6. 請求項３に記載されたシート状媒体搬送装置において、
   電源部は、それぞれが互いに異なる位相又は周期で交互に変化する極性の電圧を隣り合う帯電ローラに印加する複数の交流電源部からなることを特徴とするシート状媒体搬送装置。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載されたシート状媒体搬送装置において、
   シート状媒体の電気的特性を測定する手段と、その測定結果に応じて、電源部の出力電圧を設定する手段とを有することを特徴とするシート状媒体搬送装置。
8. 請求項４〜６のいずれかに記載されたシート状媒体搬送装置において、
   機内の温度又は湿度を測定する手段と、その測定結果に応じて、電源部の出力電圧を設定する手段とを有することを特徴とするシート状媒体搬送装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載されたシート状媒体搬送装置と、該シート状媒体搬送装置により搬送されるシート状媒体に画像を形成する記録ヘッドとを有することを特徴とする画像形成装置。

Images