JP2015114604A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一次転写部におけるトナー電荷分布の偏差を抑制でき、異常画像の発生を防止できるとともに、転写率を上げるための重畳方式の利点を十分に活かすことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体ドラム２０に中間転写ベルト１１を介して当接する一次転写ニップ形成部材としての一次転写ローラ１３は、金属製の芯金１３２と、この表面上に固定された弾性層としての導電性のスポンジ層１３１とを具備している。芯金１３２の径は、二次転写ニップで交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加したときに放電を生じないように、一次転写時のトナーの電荷偏差を抑制できる大きさ（１０．４ｍｍ以上）に設定されている。すなわち、感光体ドラムへの当接力で軸方向の撓みによるトナーの電荷偏差を抑制できる大きさ（剛性）に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、あるいはこられのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

この種の画像形成装置では、例えば、像担持体としての感光体ドラムの表面を帯電手段により一様に帯電した後、画像情報に基づいて露光手段により静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段でトナー像として可視化することが行われている。
複数の感光体ドラムが並置されたいわゆるタンデム型の構成では、各感光体ドラム上のトナー像が一次転写手段により中間転写体としての中間転写ベルト上に重ね合わせて転写される。
中間転写ベルト上のトナー像は二次転写ニップで二次転写手段により転写紙等の記録媒体に一括して転写される。

転写紙の表面には凹凸が存在しており、凹部には凸部に比べてトナーが転写しにくく、特に凹凸差の大きい転写紙にトナーを転写する場合には、凹部にトナーが転写せずに画像の白抜けが発生してしまうという問題がある。
直流電圧に交流電圧を重畳することで二次転写部での転写率を向上させる技術が知られている。
特許文献１には、二次転写部におけるローラ長手方向の転写ムラ、および画像劣化を解消し、転写された画像の画質を一定レベル以上に維持する目的で、二次転写ローラの外径をローラの長手方向両端部にいくほど径が小さくなるテーパ形状にした構成が開示されている。

しかしながら、今までの直流電圧に交流電圧を重畳する方式では、一次転写部においてトナー電荷分布に偏差があった場合、二次転写部で直流電圧のみで印加する場合に比べ、放電し、異常画像が発生するという問題があった。
すなわち、一次転写部におけるトナー電荷分布の偏差により、転写率を上げるための重畳バイアス印加方式の利点を十分に活かすことができなかった。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、一次転写部におけるトナー電荷分布の偏差を抑制でき、異常画像の発生を防止できるとともに、転写率を上げるための重畳バイアス印加方式の利点を十分に活かすことができる画像形成装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、表面にトナー像が形成される複数の像担持体と、前記像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、芯金を有し、前記中間転写体を介して前記像担持体に当接し、一次転写ニップを形成する一次転写ニップ形成部材と、前記中間転写体に当接して二次転写ニップを形成する二次転写ニップ形成部材と、前記二次転写ニップに転写電界を形成するための転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、を備え、前記転写バイアス印加手段が、交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加する画像形成装置において、前記一次転写ニップ形成部材の前記芯金の径が、前記二次転写ニップで交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加したときに放電を生じないように、一次転写時のトナーの電荷偏差を抑制できる大きさに設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、一次転写部におけるトナー電荷分布の偏差を抑制でき、異常画像の発生を防止できるとともに、転写率を上げるための重畳バイアス印加方式の利点を十分に活かすことができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのカラー画像形成装置の概要構成図である。 ２次転写電源から出力される重畳バイアスからなる２次転写バイアスの波形を示す図である。 一次転写ローラの要部の斜視図である。 感光体ドラムに対する一次転写ローラの当接構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置としてのカラー画像形成装置の構成の概要を説明する。カラー画像形成装置はタンデム型で中間転写方式の構成を有している。
カラー画像形成装置１には、中間転写体としての中間転写ベルト１１を有する転写装置１０と、４つの画像ステーションが配置されている。
各画像ステーションは、複数の像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋをそれぞれ有している。
中間転写ベルト１１は、支持ローラ１２、１８、二次転写対向ローラ１７間に掛けまわされている。

各感光体ドラムの回りには専用の帯電装置３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｂｋ、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｂｋ、クリーニング装置４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｂｋが配置されている。
図示しないが、トナーを補給するトナーボトルが備えられており、ここから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｂｋにトナーが補給される。

記録媒体としての転写紙Ｐが給紙カセット８１より給紙ローラ８２でフィードされ、転写紙Ｐの先端がレジストローラ対８３まで到達すると、図示しないセンサによって検出される。
この検出信号でタイミングを取りながら、レジストローラ対８３によって転写紙Ｐを二次転写ベルト１５と中間転写ベルト１１との二次転写ニップ部（二次転写部ともいう）に搬送する。

予め帯電装置３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｂｋによって一様に帯電された感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋは、図示しない露光装置によりレーザー光７１Ｙ、７１Ｃ、７１Ｍ、７１Ｂｋにて露光走査される。
これにより、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋ上には、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｂｋ）の静電潜像が作成される。
各静電潜像は、それぞれ各色の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｂｋにより現像され、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋの表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像が形成される。
一次転写ニップ形成部材としての一次転写ローラ１３Ｙ、１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｂｋに電圧（一次転写バイアス）が印加され、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋ上のトナー像が、中間転写ベルト１１上に重ねて転写される。
一次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を介して感光体ドラム２０に当接し、一次転写ニップを形成する。
具体的には、一次転写ローラ１３は、軸方向両端部において図示しない付勢手段（バネ等）によって付勢され、該付勢力で当接している。
各色の作像動作は、各色のトナー像が中間転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるように、上流側から下流側に向けてタイミングをずらして実行される。

中間転写ベルト１１上に形成された画像は、図示しない転写バイアス印加手段としての２次転写バイアス電源により二次転写ローラ１６に二次転写バイアスが印加されることにより転写紙に転写される。
すなわち、中間転写ベルト１１上に形成された画像は、二次転写対向ローラ１７と二次転写ローラ１６との間に所定の電位差が付与されることにより、二次転写ベルト１５と中間転写ベルト１１との間の二次転写ニップ部に搬送された転写紙に転写される。
二次転写ベルト１５は、中間転写ベルト１１に当接して二次転写ニップを形成する二次転写ニップ形成部材である。
二次転写ローラ１６を二次転写ニップ形成部材として直接中間転写ベルト１１に当接させる構成としてもよい。この場合には、二次転写ローラ１６が二次転写手段と二次転写ニップ形成部材とを兼ねる。

各色のトナー像が転写された転写紙Ｐは、下流に設けられた定着装置６０に向かってほぼ水平に搬送される。
転写紙Ｐは、定着装置６０に搬送されて、ここで熱及び圧力でトナー像を定着され、排紙ローラ対８４で排紙される。
これで、１枚の画像形成ジョブが終了する。

一次転写後に感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂｋ上に残留したトナーは、それぞれのクリーニング装置４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｂｋでクリーニングされる。
その後、直流に交流成分のバイアスが重畳印加された帯電装置３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｂｋによって除電と同時に帯電され、次の作像ジョブに備える。
二次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１４によってクリーニングされ、次の作像ジョブに備える。

本実施形態で用いられる２次転写バイアス電源は、直流成分を出力する直流電源と、直流成分に交流成分を重畳したものを出力する交流電源（重畳電源）とから構成されている。
２次転写バイアス電源は、転写電界を形成するための２次転写バイアスとして、直流電圧（以下「直流バイアス」という）と、直流電圧に交流電圧を重畳させたもの（以下「重畳バイアス」という）とを、二次転写ローラ１６に選択的に印加可能である。

図２は、交流電源から出力される重畳バイアスの波形の一例を示している。
同図においてオフセット電圧Ｖｏｆｆは重畳バイアスの直流成分の値であり、ピークツウピーク電圧Ｖｐｐは重畳バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧である。
重畳バイアスは、オフセット電圧Ｖｏｆｆとピークツウピーク電圧Ｖｐｐとを重畳したものであり、その時間平均値はオフセット電圧Ｖｏｆｆと同じ値になる。

図示のように重畳バイアスは正弦波形状であり、プラス側のピーク値とマイナス側のピーク値とを具備している。
Ｖｔで示されているのは、それら２つのピーク値のうち２次転写ニップ内でトナーを中間転写ベルト１１側から転写紙Ｐ側に移動させる方（本実施形態ではマイナス側）のピーク値である。
Ｖｒで示されているのは、トナーを転写紙Ｐから中間転写ベルト１１側に戻す方（本実施形態ではプラス側）のピーク値である。

直流成分を含む重畳バイアスを印加してその時間平均値であるオフセット電圧Ｖｏｆｆをトナーと同じ極性（本実施形態ではマイナス）にする。
このようにすることで、トナーを往復移動させつつ相対的には中間転写ベルト１１側から転写紙Ｐ側に移動させて転写紙Ｐ上に転移させることが可能となる。
すなわち、２次転写バイアス電源は、重畳した転写バイアスの１周期内における時間平均電位が１周期内における最大電位と最小電位との中心値よりもトナーを二次転写ニップ内で中間転写ベルト１１から転写紙に静電転移させ易くする側にシフトした転写バイアスを出力する。
これにより、二次転写部での転写紙に対するトナーの転写性を向上させることができる。

交流電圧としては正弦波形状のものを採用しているが、矩形波形状のものを用いてもよい。
和紙調の用紙やエンボス加工が施された用紙等、表面の凹凸が大きい転写紙を用いる場合には、重畳バイアスを印加することにより、上述のようにトナーを往復移動させつつ相対的には中間転写ベルト１１側から転写紙側に移動させて転写紙上に転移させる。
このようにすることで、用紙凹部への転写性を向上させて転写率の向上や中抜け等の異常画像を改善することができる。

一方、通常の転写紙等の凹凸の小さい転写紙を用いる場合には、直流成分のみによる２次転写バイアスを印加することで十分な転写性を得ることができる。
本実施形態では、２次転写バイアスとして直流バイアスを印加して画像転写を行う直流転写モードと、直流に交流を重畳させた重畳バイアスを印加して画像転写を行う重畳転写モードとを有しており、両者を切り替え可能に構成している。
通紙する用紙の種類に応じて転写モードを直流転写モードまたは重畳転写モードに切り替えることで、凹凸の小さい用紙及び凹凸の大きい用紙の何れにも良好な画像転写を行うことができる。
転写モードの切り替えは、用紙種類の設定により自動的にモードが切り替わるようにしてもよく、ユーザが転写モードを設定できるようにしてもよい。

図３は一次転写ローラ１３の拡大図である。
一次転写ローラ１３は、金属製の芯金１３２と、この表面上に固定された弾性層としての導電性のスポンジ層１３１とを具備している。
一次転写ローラ１３の外径は１６ｍｍで、芯金１３２の径ｄは１２ｍｍで構成されている。
芯金１３２の径ｄは、二次転写ニップで交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加したときに放電を生じないように、一次転写時のトナーの電荷偏差を抑制できる大きさに設定されている。
具体的には、以下の実験結果から、１０．４ｍｍ以上であればよい。

接地された外径３０ｍｍの金属ローラを１０Ｎの力でスポンジ層１３１に押し当てた状態で、１次転写ローラ１３の芯金１３２に１０００Ｖの電圧を印加したときに流れる電流Ｉから、オームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）に基づいて算出したスポンジ層の抵抗値Ｒは約３×１０^７Ωである。
このような一次転写ローラ１３に対して一次転写バイアスを定電流制御で印加する。

表１は、一次転写ローラ１３の芯金１３２の径ｄを変化させたとき、二次転写部において、放電が起きるかどうかを直流バイアスと重畳バイアスに分けて評価したものである。
芯金１３２の軸方向の長さは、Ａ４サイズの用紙を横置きで、あるいはＡ３サイズの用紙を縦置きで搬送して画像形成が可能な大きさである。
表１に示すように、直流成分だけで二次転写を行った場合、放電は起きない。
しかしながら、重畳バイアスを印加した場合、芯金の径が１０．４ｍｍ未満では、二次転写部にて放電が起こってしまう。
直流バイアス時には芯金の径の大きさによらず、二次転写部において放電は起きないが、重畳バイアス印加時には芯金の径が１０．４ｍｍ未満であると、放電がおきてしまう。

これは、一次転写部においてトナー電荷分布に偏差があると、重畳バイアスを印加したときに放電しやすいためである。
一次転写部におけるトナー電荷分布の偏差は、芯金の軸方向における撓みによって生じる。したがって、トナー電荷分布の偏差を抑制できる剛性を有するように芯金の径を設定すればよい。
表１の結果から明らかなように、芯金１３２の径を１０．４ｍｍ以上にすることで一次転写部での電荷量の偏差を小さくすることができるので、重畳バイアス印加時でも二次転写部での放電を防ぐことができる。
これにより異常画像の発生を防止することができる。

図４に示すように、本実施形態では、感光体ドラム２０に対する当接のための一次転写ローラ１３の両端部における押し当て力をＦ、Ｒとするとき、Ｆ、Ｒの値が、
（Ｆ−Ｒ）／（Ｆ＋Ｒ）×１００≦３０
を満たすように設定されている。
すなわち、一次転写ローラ１３の軸方向における接触圧偏差を±３０％以内としている。
これにより、上記芯金の径の大きさの設定との相乗効果により一次転写部でのトナーの電荷偏差を一層抑制することができる。

二次転写部での転写紙に対するトナーの転写性を向上させるために、重畳した転写バイアスの１周期内でプラス極性になる時間であるプラス時間と、マイナス極性になるマイナス時間とのうち、二次転写ニップ内における転写紙表面（記録媒体表面）から中間転写ベルト１１の表面（中間転写体表面）へのトナーの逆戻りに寄与する方が０．０３［ｍｓｅｃ］以上である転写バイアスを出力するようにしてもよい。
また、二次転写部での転写紙に対するトナーの転写性を向上させるために、交流成分のバイアスの周波数をｆ［Ｈｚ］、二次転写ニップにおける中間転写ベルト１１の移動方向の長さであるニップ幅をｄ［ｍｍ］、中間転写ベルト１１の表面移動速度をｖ［ｍｍ／ｓ］とするとき、
ｆ＞（４／ｄ）×ｖ
という条件を具備するようにしてもよい。
すなわち、転写紙の凹部内に十分量のトナーを転移させるためには、二次転写ニップ内で、交番電界を４回以上作用させることが望ましい。

１１ 中間転写体としての中間転写ベルト
１３ 一次転写ニップ形成部材としての一次転写ローラ
１５ 二次転写ニップ形成部材としての二次転写ベルト
２０ 像担持体としての感光体ドラム
１３２ 芯金

特開２０００−２２１８０９号公報

Claims (7)

1. 表面にトナー像が形成される複数の像担持体と、
   前記像担持体上のトナー像が転写される中間転写体と、
   芯金を有し、前記中間転写体を介して前記像担持体に当接し、一次転写ニップを形成する一次転写ニップ形成部材と、
   前記中間転写体に当接して二次転写ニップを形成する二次転写ニップ形成部材と、
   前記二次転写ニップに転写電界を形成するための転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段と、
   を備え、
   前記転写バイアス印加手段が、交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加する画像形成装置において、
   前記一次転写ニップ形成部材の前記芯金の径が、前記二次転写ニップで交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスを印加したときに放電を生じないように、一次転写時のトナーの電荷偏差を抑制できる大きさに設定されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記芯金の径が、１０．４ｍｍ以上であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記像担持体に対する当接のための前記一次転写ニップ形成部材の両端部における押し当て力をＦ、Ｒとするとき、Ｆ、Ｒの値が、
   （Ｆ−Ｒ）／（Ｆ＋Ｒ）×１００≦３０
   を満たすことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記転写バイアス印加手段は、重畳した転写バイアスの１周期内における時間平均電位が１周期内における最大電位と最小電位との中心値よりもトナーを前記二次転写ニップ内で前記中間転写体から記録媒体に静電転移させ易くする側にシフトした転写バイアスを出力することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに画像形成装置において、
   前記転写バイアス印加手段は、重畳した転写バイアスの１周期内でプラス極性になる時間であるプラス時間と、マイナス極性になるマイナス時間とのうち、前記二次転写ニップ内における記録媒体表面から前記中間転写体表面へのトナーの逆戻りに寄与する方が０．０３［ｍｓｅｃ］以上である転写バイアスを出力することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記交流成分のバイアスの周波数をｆ［Ｈｚ］、前記二次転写ニップにおける前記中間転写体の移動方向の長さであるニップ幅をｄ［ｍｍ］、前記中間転写体の表面移動速度をｖ［ｍｍ／ｓ］とするとき、
   ｆ＞（４／ｄ）×ｖ
   という条件を具備することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記転写バイアス印加手段が、交流成分と直流成分とを重畳した転写バイアスと、直流成分のみの転写バイアスとを選択的に印加することが可能な構成を有していることを特徴とする画像形成装置。

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