JP2012063535A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写バイアスＶｔｒから転写弱バイアスＶｌｏｗへの切換を最適なタイミングで実行できるようにして、トナー像の飛び散りを抑制すると共にドラムメモリを防止し良好な画像が得られる画像形成装置１００を提供する。
【解決手段】本願発明の画像形成装置１００は、トナー像を担持する像担持体１、前記像担持体１上の前記トナー像を記録材Ｐに転写する転写部材５、及び、第１バイアスＶｔｒとこれより小さい第２バイアスＶｌｏｗとを選択的に切り換えて前記転写部材５に印加し得るバイアス印加部材１５を備える。前記第１バイアスＶｔｒから前記第２バイアスＶｌｏｗに切り換える切換タイミングＴｔを、前記転写電源１５の応答特性Ｔｄ（立下り特性）に基づいて可変にする。
【選択図】図４

Description

本願発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ及びこれらの機能を複合的に備えた複合機等の画像形成装置に関するものである。

従来から、この種の画像形成装置においては、像担持体上のトナー像を静電的に記録材に転写する手段として、導電性の転写ローラを用いたローラ転写方式が広く実用されている。ローラ転写方式では、転写ローラを像担持体に当接させて形成された転写ニップ部に、記録材を送り込んで挟持搬送させる。そして、該挟持搬送の過程で、トナーと逆極性の転写バイアスを転写ローラに印加することにより、像担持体上のトナー像を記録材に転写する。転写後は、転写ローラに印加する電圧を転写弱バイアス（転写バイアスオフ、若しくは転写バイアスよりも小さい弱バイアスをいう）に切り換える。この切換は、非転写時におけるドラムメモリ（像担持体の表面電位不均一化による転写不良）や紙跡の発生を防止するために行われる（例えば特許文献１等参照）。

特開平１０−７８７１２号公報

ところで、転写ローラに印加する転写バイアスを、記録材の種類、転写ローラ抵抗値、使用環境及びプロセススピード（画像形成装置の画像形成速度）といった使用条件によって変更することはよく知られているが、これに伴い、転写バイアスから転写弱バイアスに切り換える際の転写電源の立下り特性（立下り時間）も変動することがある。

転写電源の立下り特性の変動の影響によって、転写バイアスから転写弱バイアスへの切換タイミングが遅れると、記録材の後端が転写ニップ部を通過した後でも、転写ローラに転写バイアスが印加されることになる。このため、像担持体に過剰な電流が流れてドラムメモリが発生し、次回の転写時にトナー像の想定外の濃度差として表れるという問題があった。また、切換タイミングが必要以上に早い設定であった場合には、記録材における画像形成領域の後端が転写ニップ部を通過する前に、転写弱バイアスに切り換わる。このため、画像形成領域の後端側で、転写バイアス不足によるトナー像の飛び散りの影響が大きく表れるという問題があった。

そこで、本願発明は、転写バイアスから転写弱バイアスへの切換を最適なタイミングで実行できるようにして、トナー像の飛び散りを抑制すると共にドラムメモリを防止し良好な画像が得られる画像形成装置を提供することを技術的課題とするものである。

本願の発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体上の前記トナー像を、搬送される記録材に転写する転写部材と、第１バイアスと当該第１バイアスより小さい第２バイアスとを選択的に切り換えて前記転写部材に印加し得るバイアス印加部材と、前記第１バイアスから前記第２バイアスに切り換える切換タイミングを、前記バイアス印加部材の応答特性に基づいて設定する制御部とを備えているというものである。

本願の他の発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体上の前記トナー像を、搬送される記録材に転写する転写部材と、第１バイアスと当該第１バイアスより小さい第２バイアスとを選択的に切り換えて前記転写部材に印加し得るバイアス印加部材と、前記第１バイアスから前記第２バイアスに切り換える切換タイミングを、プロセススピードに基づいて設定する制御部とを備えているというものである。

本願の請求項に記載された発明によると、前記第１バイアスから前記第２バイアスに切り換える切換タイミングを、前記バイアス印加部材の応答特性（立下り特性）に基づいて設定する（可変にする）ことによって、前記切換タイミング決定の際に、前記切換タイミングに対する前記応答特性の影響をなくせることになる。従って、トナー像の飛び散りを抑制すると共にドラムメモリに起因した画像不良を防止でき、前記画像形成装置での画像品質の向上に寄与するという効果を奏する。

本実施形態におけるプリンタの概略説明図である。 転写バイアス制御関連の構成を示す機能ブロック図である。 転写バイアスと応答時間との関係を示す応答特性マップの説明図である。 転写バイアス制御のフローチャートである。

以下に、本願発明を画像形成装置の一例である電子写真方式のプリンタ（以下、プリンタと称する）に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。

（１）．プリンタの概要
始めに、図１を参照しながら、プリンタ１００の概要を説明する。プリンタ１００は、図１の時計方向に回転駆動する像担持体の一例としての感光体ドラム１を備えている。感光体ドラム１の周囲には、図１における時計回りの回転方向に沿って順に、帯電部材２、露光部材３、現像部材４、転写部材としての転写ローラ５、及び、クリーニング部材６が配置されている。帯電部材２は、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させるものであり、露光部材３は、感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成させるものである。現像部材４は、感光体ドラム１上の静電潜像をトナー像（可視像）に現像するものであり、転写ローラ５は、感光体ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに転写するものである。感光体ドラム１と転写ローラ５との間（当接部分）は、転写領域である転写ニップ部７になっている。クリーニング部材６は、感光体ドラム１上に残った未転写トナーを除去するものである。

プリンタ１００内には、画像形成の工程を経る記録材Ｐの通り道としての搬送経路８が設けられている。搬送経路８の上流側には、記録材Ｐを収容する給紙カセット９と、給紙カセット９内の記録材Ｐを１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ１０とが配置されている。搬送経路８の中途部には、繰り出しローラ１０にて繰り出された記録材Ｐを所定のタイミングで転写ニップ部７に送り込むレジストローラ対１１が配置されている。搬送経路８の下流側には、記録材Ｐ上に転写されたトナー像を定着させる定着部材１２と、定着後の記録材Ｐを載置する排紙トレイ１３とが配置されている。従って、搬送経路８は、給紙カセット９から、レジストローラ対１１のニップ部、感光体ドラム１と転写ローラ５との転写ニップ部７、及び定着部材１２のニップ部を経て、排紙トレイ１３に至るまで延びている。

図１及び図２に示すように、搬送経路８のうちレジストローラ対１１と転写ニップ部７との間には、記録材Ｐの通過の有無を検出する記録材検出手段としての記録材センサ１４が配置されている。記録材センサ１４は、制御手段としてのコントローラ２０（詳細は後述する）の入力側に電気的に接続されている。一方、転写ローラ５には、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスＶｔｒを印加するバイアス印加部材としての転写電源１５が接続されている。転写電源１５は、電流検出回路１６及びＡ／Ｄコンバータ１７を介してコントローラ２０の入力側に接続されている一方、アンプ１９及びローパスフィルタ１８を介してコントローラ２０の出力側に接続されている（図２参照）。

ここで、プリンタ１００による画像形成動作を簡単に説明する。プリンタ１００は、開始信号や画像信号等を受信して画像形成動作を開始する。感光体ドラム１は、駆動手段（図示省略）にて図１及び図２の時計方向に回転駆動し、帯電部材２によって一様に帯電する。次いで、画像信号に対応したレーザ光を露光部材３から感光体ドラム１上に照射して露光させ、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。静電潜像が現像部材４の位置に達すると、感光体ドラム１の帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像部材４によって静電潜像にトナーを付着させ、該静電潜像をトナー像として可視像化する。

一方、給紙カセット９から搬送経路８に繰り出された記録材Ｐは、感光体ドラム１上のトナー像の先端が転写ニップ部７に達するタイミングに合わせて、レジストローラ対１１によって転写ニップ部７に搬送される。そして、トナーと逆極性の転写バイアスＶｔｒを転写電源１５（図２参照）から転写ローラ５に印加することによって、感光体ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに転写する。転写後に感光体ドラム１上に残った未転写トナーは、クリーニング部材６にて掻き取られ、感光体ドラム１上から取り除かれる。トナー像が転写された記録材Ｐは、定着部材１２のニップ部を通過する際に加熱・加圧されてトナー像を定着させ、排紙トレイ１３上に排出される。以上をもって、１枚分の記録材Ｐの画像形成動作が終了する。

（２）．転写バイアス制御関連の構成
次に、図２〜図４を参照して、転写バイアス制御に関連する構成を説明する。プリンタ１００内には、制御全般を司る制御手段としてのコントローラ２０が配置されている。コントローラ２０は転写バイアス制御を実行するように構成されている。転写バイアス制御とは、記録材Ｐへの転写時に、トナーと逆極性の転写バイアスＶｔｒを転写ローラ５に印加する一方、転写後に、転写バイアスＶｔｒよりも小さい転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換えて印加するというものである。転写弱バイアスＶｌｏｗは転写バイアスオフも含んでいる。この場合、転写バイアスＶｔｒが第１バイアスに相当し、転写弱バイアスＶｌｏｗが第２バイアスに相当する。

コントローラ２０は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ２１のほか、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリ等の記憶手段２２、制御プログラムやデータを一時的に記憶させるＲＡＭ２３、時間を計測するタイマ２４、及び、センサやアクチュエータとの間でデータをやり取りする入出力インターフェイス等を備えている。コントローラ２０の入出力インターフェイスには、記録材検出手段としての記録材センサ１４、ローパスフィルタ１８、及びＡ／Ｄコンバータ１７等が電気的に接続されている。

本実施形態では、転写バイアス制御の電圧決定方式として、以下に述べるようなＡＴＶＣ検知法を採用している。ＡＴＶＣ検知法では、転写ニップ部７に向かう記録材Ｐの通過信号が記録材センサ１４からコントローラ２０に入力されると、コントローラ２０は、所定の転写出力電圧に対応するパルス幅のＰＷＭ信号をローパスフィルタ１８に出力する。ＰＷＭ信号のパルス幅と転写出力電圧との関係は、コントローラ２０の記憶手段２２に、転写出力テーブル（図示省略）として予め格納すれば足りる。コントローラ２０からのＰＷＭ信号はローパスフィルタ１８にて直流化され、アンプ１９によって増幅されて転写出力電圧となり、バイアス印加部材としての転写電源１５に入力される。転写電源１５は、前記転写出力電圧に基づく転写バイアスＶｔｒを転写ローラ５に印加する。このときに流れた電流値（転写電流）は電流検出回路１６にて検出され、前記電流値に対応した電気信号がＡ／Ｄコンバータ１７を介してコントローラ２０に入力される。そして、コントローラ２０からのＰＷＭ信号のパルス幅（転写出力電圧）を徐々に上げて、前記電気信号が一定電流値に対応した信号になるまで続け、その後、電流値変化に伴い転写出力電圧を追従させて定電流制御を行う。

プリンタ１００での転写バイアス制御は以下のようにして行われる。画像形成動作を開始してから感光体ドラム１の帯電終了後に、転写ニップ部７に記録材Ｐがない状態（感光体ドラム１に転写ローラ５を直接当接させた状態）で、前述のＡＴＶＣ検知法を一度実行する。この場合、転写電源１５からの転写バイアスＶｔｒを徐々に上昇させ、予め設定された一定電流値に達したときの検知電圧値をＶｔｏとして、コントローラ２０の記憶手段２２に記憶させる。該検知電圧値Ｖｔｏと、予め記憶手段２２に格納された転写制御式とにより、転写時に印加される転写バイアスＶｔｒを決定する。この場合の転写制御式はＶｔｒ＝α×Ｖｔｏ＋βが挙げられる。α及びβは転写の系によって任意に定められる常数である。

転写バイアスＶｔｒの決定後は、感光体ドラム１上のトナー像と同期を取りながら、レジストローラ対１１によって感光体ドラム１と転写ローラ５との間の転写ニップ部７に記録材Ｐを送り込む。感光体ドラム１上のトナー像と記録材Ｐとの同期は、記録材Ｐが記録材センサ１４を通過してからのタイマカウントにて行われる。記録材Ｐの先端が転写ニップ部７に入ると同時に、転写バイアスＶｔｒを転写ローラ５に印加して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材Ｐに転写する。また、記録材Ｐの後端が記録材センサ１４を通過したら再度タイマカウントを開始し、記録材Ｐの後端が転写ニップ部７に到達する時間を逆算して、記録材Ｐの後端が転写ニップ部７を通過する所定時間前に、転写バイアスＶｔｒを転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換えて、転写電源１５から転写ローラ５に印加するのである。

例えば記録材センサ１４と転写ニップ部７との間の距離をＤ（ｍｍ）、プロセススピード（プリンタ１００の画像形成速度、感光体ドラム１の周速度、記録材Ｐの搬送速度といってもよい）をＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、記録材Ｐの後端が記録材センサ１４を通過してから転写ニップ部７に到達するまでの時間Ｔは、Ｔ＝Ｄ／Ｓ（ｓｅｃ）である。また、記録材Ｐの後端からｃ（ｍｍ）の位置が、記録材センサ１４の通過後から転写ニップ部７に到達するまでの時間Ｔｃは、Ｔｃ＝（Ｄ−ｃ）／Ｓ（ｓｅｃ）である。

本実施形態では、転写バイアスＶｔｒから転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換える際の転写電源１５の立下り時間Ｔｄを、転写バイアスＶｔｒと、予め記憶手段２２に格納された応答特性マップＭ（図３参照）とから算出する。そして、記録材Ｐの後端からｃ（ｍｍ）の位置で転写バイアスＶｔｒを転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換える場合に、転写電源１５の立下り特性の影響を想定して、記録材Ｐの後端が記録材センサ１４を通過してから、切換時間Ｔｔ＝Ｔｃ−Ｔｄ＝（Ｄ−ｃ）／Ｓ−Ｔｄ（ｓｅｃ）後に切換を実行する。

ここで、ｃは記録材Ｐの後端から画像形成領域（記録材Ｐ上で画像形成可能として設定された領域）の後端までの距離以下の任意の値であって、転写バイアスＶｔｒを転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換える位置として設定される値である。特にｃの値を０より大きく、記録材Ｐの後端から画像形成領域の後端までの距離よりも小さい値にすることにより、確実にドラムメモリを防止すると共に、適切にトナー飛び散りを抑制できる。

以上のように本実施形態では、転写バイアスＶｔｒから転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換える切換時間Ｔｔ（切換タイミング）が、転写電源１５の立下り特性（転写バイアスＶｔｒに対する立下り時間Ｔｄ）に基づいて可変になっているのである。見方を変えれば、切換時間Ｔｔが転写電源１５の立下り特性に応じて補正されるとも言える。なお、応答特性マップＭは実験等にて求められる。図３に示す応答特性マップＭでは、転写バイアスＶｔｒを横軸に、転写電源１５の立下り時間Ｔｄを縦軸に採っている。

（３）．転写バイアス制御の説明
次に、図４のフローチャートを参照して、転写バイアス制御の一例を説明する。なお、図４のフローチャートにて示されるアルゴリズムは、コントローラ２０の記憶手段２２にプログラムとして記憶されており、ＲＡＭ２３に読み出されてからＣＰＵ２１にて実行される。

図４に示すように、コントローラ２０は、画像形成指令にて処理を開始した後、転写ニップ部７に記録材Ｐがない状態でＡＴＶＣ検知法を実行して、予め設定された一定電流値に達したときの検知電圧値Ｖｔｏを求め（Ｓ０１）、該検知電圧値Ｖｔｏと、予め記憶手段２２に格納された転写制御式Ｖｔｒ＝α×Ｖｔｏ＋βとから、転写時に印加される転写バイアスＶｔｒを算出する（Ｓ０２）。それから、記録材Ｐの先端が記録材センサ１４を通過してトップ信号がオンになると（Ｓ０３：オン）、コントローラ２０がタイマカウントを開始し（Ｓ０４）、感光体ドラム１上のトナー像と同期を取りながら、記録材Ｐの先端が転写ニップ部７に入ると同時に、転写バイアスＶｔｒを転写ローラ５に印加する（Ｓ０５）。

次いで、転写バイアスＶｔｒと応答特性マップＭとに基づき転写電源１５の立下り時間Ｔｄを算出して、該立下り時間Ｔｄと、記録材Ｐの後端からｃ（ｍｍ）の位置が記録材センサ１４通過後から転写ニップ部７に到達する時間Ｔｃとに基づき、転写バイアスＶｔｒから転写弱バイアスＶｌｏｗへの切換時間Ｔｔ＝Ｔｃ−Ｔｄ＝（Ｄ−ｃ）／Ｓ−Ｔｄ（ｓｅｃ）を求める（Ｓ０６）。

それから、記録材Ｐの後端が記録材センサ１４を通過してトップ信号がオフになると（Ｓ０７：オフ）、コントローラ２０が再びタイマカウントを開始し（Ｓ０８）、記録材Ｐの後端が記録材センサ１４を通過してから切換時間Ｔｔが経過したときに、転写バイアスＶｔｒを転写弱バイアスＶｌｏｗに切り換えて、転写電源１５から転写ローラ５に印加する（Ｓ０９）。そして、画像形成動作を終了するか、若しくは次の画像形成動作を連続して行うのである（Ｓ１０）。

以上の説明から明らかなように、本願発明によると、トナー像を担持する像担持体１、前記像担持体１上の前記トナー像を記録材Ｐに転写する転写部材５、及び、第１バイアスＶｔｒとこれより小さい第２バイアスＶｌｏｗとを選択的に切り換えて前記転写部材５に印加し得る転写電源１５（バイアス印加部材）を備えている画像形成装置１００であって、前記第１バイアスＶｔｒから前記第２バイアスＶｌｏｗに切り換える切換タイミングＴｔが、前記転写電源１５（バイアス印加部材）の応答特性Ｔｄ（立下り特性）に基づいて可変になっているから、前記切換タイミングＴｔ決定の際に、前記切換タイミングＴｔに対する前記応答特性の影響をなくせることになる。従って、トナー像の飛び散りを抑制すると共にドラムメモリに起因した画像不良を防止でき、前記画像形成装置１００での画像品質の向上に寄与するのである。

（４）．その他
画像形成にあたっては、定着性の観点から、記録材Ｐの種類に応じてプロセススピードを変更することができる。例えば、普通紙モードでは１６５ｍｍ／ｓ又は１１０ｍｍ／ｓとし、厚紙モードでは５５ｍｍ／ｓとするなど、厚紙モードでのプロセススピードを普通紙モードに比べて１／２〜１／３に設定される。プロセススピードが変更されると、転写電源１５の応答特性に変化がない場合でも転写バイアスＶｔｒから転写弱バイアスＶｌｏｗに達するまでの記録材Ｐ上の距離が変化する。本実施形態では、プロセススピードが変更になった場合、切換時間Ｔｔ＝Ｔｃ−Ｔｄ＝（Ｄ−ｃ）／Ｓ−ＴｄにおけるＳを変更することによって、切換時間Ｔｔ（切換タイミング）を設定する。これにより、トナー像の飛び散りを適切に抑制すると共にドラムメモリを防止でき、前記画像形成装置１００での画質向上に寄与することができる。

前述の実施形態では、画像形成装置としてプリンタ１００を例に説明したが、これに限らず、現像装置を複数備えたカラープリンタでもよく、複写機、ファクシミリ又はこれらの機能を複合的に備えた複合機等でもよい。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

Ｍ 応答特性マップ
Ｐ 記録材
１ 感光体ドラム（像担持体）
５ 転写ローラ（転写部材）
７ 転写ニップ部
１４ 記録材センサ（記録材検出手段）
１５ 転写電源（バイアス印加部材）
２０ コントローラ（制御手段）
２２ 記憶手段
２４ タイマ
１００ プリンタ（画像形成装置）

Claims (4)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体上の前記トナー像を、搬送される記録材に転写する転写部材と、
   第１バイアスと当該第１バイアスより小さい第２バイアスとを選択的に切り換えて前記転写部材に印加し得るバイアス印加部材と、
   前記第１バイアスから前記第２バイアスに切り換える切換タイミングを、前記バイアス印加部材の応答特性に基づいて設定する制御部とを備えている、
   画像形成装置。
2. 前記第１バイアスと、前記第１バイアスから前記第２バイアスへの切換えにおける前記バイアス印加部材の応答時間との関係を示す応答特性情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶手段に記憶された応答特性情報に基づいて前記切換タイミングを設定する、
   請求項１に記載した画像形成装置。
3. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体上の前記トナー像を、搬送される記録材に転写する転写部材と、
   第１バイアスと当該第１バイアスより小さい第２バイアスとを選択的に切り換えて前記転写部材に印加し得るバイアス印加部材と、
   前記第１バイアスから前記第２バイアスに切り換える切換タイミングを、プロセススピードに基づいて設定する制御部とを備えている、
   画像形成装置。
4. 前記制御部は、搬送されつつ前記転写部材による転写がなされる前記記録材における画像形成領域の搬送方向後端と、当該記録材の搬送方向後端との間の位置で前記第２バイアスに達するように前記切換タイミングを設定する、
   請求項１〜３のうちいずれかに記載した画像形成装置。

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