JP2021124614A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像形成動作を停止せずにキャリブレーションを実行可能であり、且つ、最大サイズの記録媒体の裏汚れも抑制可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、複数の画像形成部と、中間転写ベルトと、複数の一次転写部材と、二次転写ユニットと、を備える。二次転写ユニットは、二次転写ローラーと、転写電圧電源と、ローラー径変更機構と、を備える。二次転写ローラーは、芯金と、芯金の外周面に積層される弾性層と、を有する。弾性層は、軸方向に均一な第1の外径を有する軸方向中央部の第1転写領域と、第1転写領域の軸方向両端部に隣接し、軸方向両端部に向かうにつれて第1の外径から第2の外径まで連続的に外径が小さくなる第2転写領域と、に区画されている。ローラー径変更機構は、第2転写領域の軸方向両端部の外径を、第2の外径から第1の外径以上に可逆的に変更する。【選択図】図7
Description
本発明は、中間転写ベルト上に形成されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写ユニットを備えた画像形成装置に関するものである。
従来、所定方向に回動される無端状の中間転写ベルトと、中間転写ベルトに沿って設けられた複数の画像形成部とを備え、各画像形成部により中間転写ベルト上に各色のトナー像を順次重ね合わせて一次転写した後、二次転写ローラーにより用紙等の記録媒体上にトナー像を二次転写する中間転写方式の画像形成装置が知られている。
このような中間転写方式の画像形成装置においては、発色性や色の再現性を向上させるために、所定のタイミングで画像濃度や色ずれを補正するキャリブレーションを実行する。ここで、中間転写ベルトの転写領域(画像形成領域)にパッチ画像を形成してキャリブレーションを実行する場合、画像形成を一時停止する必要がある。
そこで、画像形成動作を停止することなくキャリブレーションを実行する方法が提案されており、例えば特許文献1には、中間転写ベルトの軸方向の幅と二次転写ローラーの長手幅(軸方向幅)との寸法差の領域にテストパターンの形成領域が帯状に形成された画像形成装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、最大の用紙サイズ以上の画像形成領域を設ける必要があり、画像形成装置の大型化に繋がるとともにコスト面においても不利となる。また、キャリブレーションに用いるパッチ画像は用紙に転写されないため、最大の用紙サイズの内側にパッチ画像を形成した場合、パッチ画像の一部が二次転写ローラーに付着する。その結果、キャリブレーションの実行直後に最大の用紙サイズを用いて印字動作を行うと用紙の裏汚れが発生するという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑み、画像形成動作を停止せずにキャリブレーションを実行可能であり、且つ、最大サイズの記録媒体の裏汚れも抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の第1の構成は、複数の画像形成部と、中間転写ベルトと、複数の一次転写部材と、二次転写ユニットと、を備えた画像形成装置である。複数の画像形成部は、異なる色の画像を形成する。中間転写ベルトは、無端状であって画像形成部に沿って移動する。複数の一次転写部材は、中間転写ベルトを挟んで各画像形成部に配置された像担持体に対向配置され、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト上に一次転写する。二次転写ユニットは、中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録媒体上に二次転写する。二次転写ユニットは、二次転写ローラーと、転写電圧電源と、ローラー径変更機構と、を備える。二次転写ローラーは、芯金と、芯金の外周面に積層される弾性層と、を有し、弾性層が中間転写ベルトに圧接されて記録媒体が挿通される二次転写ニップ部を形成する。転写電圧電源は、中間転写ベルトから二次転写ローラーにトナーが移動する方向の電界を発生させる。二次転写ローラーの弾性層は、軸方向に均一な第1の外径を有する軸方向中央部の第1転写領域と、第1転写領域の軸方向両端部に隣接し、軸方向両端部に向かうにつれて第1の外径から第2の外径まで連続的に外径が小さくなる第2転写領域と、に区画されている。ローラー径変更機構は、第2転写領域の弾性層を内側から拡張することにより、第2転写領域の軸方向両端部の外径を、第2の外径から第1の外径以上に可逆的に変更する。
本発明の第1の構成によれば、記録媒体のサイズが第1転写領域以下である場合は第2転写領域の軸方向両端部を第2の外径に維持することで、印字中にキャリブレーションを実行する場合に中間転写ベルトの幅方向両端部に形成されたパッチ画像の第2転写領域への付着を抑制することができる。また、記録媒体のサイズが第1転写領域よりも大きい場合は第2転写領域の軸方向両端部を第2の外径から第1の外径以上に変更することにより、第2転写領域におけるトナー像の転写性も確保することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置100の構成を示す概略図であり、図2は、図1における画像形成部Pa付近の拡大図である。
図1に示す画像形成装置100は、いわゆるタンデム方式のカラープリンターであり、以下のような構成になっている。画像形成装置100本体内には4つの画像形成部Pa、Pb、PcおよびPdが、搬送方向上流側(図1では左側)から順に配設されている。これらの画像形成部Pa〜Pdは、異なる4色(マゼンタ、シアン、イエローおよびブラック)の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。
これらの画像形成部Pa〜Pdには、各色の可視像(トナー像)を担持する感光体ドラム1a、1b、1cおよび1dが配設されている。さらに図1において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト8が各画像形成部Pa〜Pdに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム1a〜1d上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム1a〜1dに当接しながら移動する中間転写ベルト8上に順次転写された後、二次転写ユニット9において記録媒体の一例としての用紙S上に一度に転写される。さらに、定着部13において用紙S上に定着された後、画像形成装置100本体より排出される。感光体ドラム1a〜1dを図1において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム1a〜1dに対する画像形成プロセスが実行される。
トナー像が転写される用紙Sは、画像形成装置100の本体下部の用紙カセット16内に収容されており、給紙ローラー12aおよびレジストローラー対12bを介して二次転写ユニット9へと搬送される。中間転写ベルト8には継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが主に用いられる。
次に、画像形成部Pa〜Pdについて説明する。以下、画像形成部Paについて詳細に説明するが、画像形成部Pb〜Pdについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。図2に示すように、感光体ドラム1aの周囲には、ドラム回転方向(図2の時計回り方向)に沿って帯電装置2a、現像装置3a、クリーニング装置7aが配設され、中間転写ベルト8を挟んで一次転写ローラー6aが配置されている。また、感光体ドラム1aに対し中間転写ベルト8の回転方向上流側には中間転写ベルト8を挟んでテンションローラー11に対向するベルトクリーニングユニット19が配置されている。
次に、画像形成装置100における画像形成手順について説明する。ユーザーにより画像形成開始が入力されると、先ず、メインモーター61(図9参照)により感光体ドラム1a〜1dの回転が開始され、帯電装置2a〜2dの帯電ローラー20によって感光体ドラム1a〜1dの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置5から出射されたビーム光(レーザー光)によって感光体ドラム1a〜1dの表面を光照射し、各感光体ドラム1a〜1d上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。
現像装置3a〜3dには、それぞれマゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各色のトナーが所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置3a〜3d内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ4a〜4dから各現像装置3a〜3dにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置3a〜3dの現像ローラー21により感光体ドラム1a〜1d上に供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置5からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
そして、一次転写ローラー6a〜6dにより一次転写ローラー6a〜6dと感光体ドラム1a〜1dとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム1a〜1d上のマゼンタ、シアン、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト8上に一次転写される。これらの4色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム1a〜1dの表面に残留したトナーがクリーニング装置7a〜7dのクリーニングブレード22および摺擦ローラー23により除去される。
ベルト駆動モーター63(図9参照)による駆動ローラー10の回転に伴い中間転写ベルト8が反時計回り方向に回転を開始すると、用紙Sがレジストローラー対12bから所定のタイミングで中間転写ベルト8に隣接して設けられた二次転写ユニット9へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された用紙Sは定着部13へと搬送される。中間転写ベルト8の表面に残存したトナーはベルトクリーニングユニット19によって除去される。
定着部13に搬送された用紙Sは、定着ローラー対13aにより加熱および加圧されてトナー像が用紙Sの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Sは、複数方向に分岐した分岐部14によって搬送方向が振り分けられ、そのまま(或いは、両面搬送路18に送られて両面印字された後に)、排出ローラー対15によって排出トレイ17に排出される。
中間転写ベルト8を挟んで駆動ローラー10と対向する位置には画像濃度センサー25が配置されている。画像濃度センサー25としては、一般にLED等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト8上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト8上に形成された各パッチ画像(基準画像)に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、およびベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。
トナーおよびベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光および乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して制御部90(図9参照)に出力信号を出力する。
そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からパッチ画像の画像濃度(トナー量)、画像位置を検知し、予め定められた基準濃度、基準位置と比較して、現像電圧の特性値、露光装置5の露光開始位置およびタイミング等を調整することにより、各色について濃度補正および色ずれ補正(キャリブレーション)が行われる。
図3は、キャリブレーションに用いる色ずれ補正用のパッチ画像(基準画像)の一例を示す図である。中間転写ベルト8の幅方向の両端部の基準画像形成領域Rsには、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色の斜線と横線M、C、Y、Kからなる基準画像が形成されている。なお、矢印X1はベルト進行方向を示している。図3に示す基準画像M〜Kのパターンは一般的なものであり、各色の斜線と横線を用いて主走査方向(ベルト幅方向)の色ずれを検出し、各色の横線間の間隔から副走査方向(ベルト周方向)の色ずれを検出する。
また、基準画像M〜Kは主走査方向(ベルト幅方向)の両端部に同一パターンで形成されることにより、主走査等倍度や走査傾きを検出可能となっている。さらに、ベルト周方向の色ずれの検知むらを低減するため、基準画像M〜Kは副走査方向に繰り返し形成されており、同一パターンを複数回測定してずれ量の平均値を取るようになっている。これら各色の斜線および直線の位置関係を画像濃度センサー25で検知して予め決められた基準位置と比較し、主走査方向の色ずれを補正する場合は露光装置5の露光開始位置を調整し、副走査方向の色ずれを補正する場合は露光装置5の露光開始タイミングを調整することにより、各色について色ずれ補正が行われる。
図4は、キャリブレーションに用いる濃度補正用のパッチ画像(基準画像)の一例を示す図である。中間転写ベルト8の基準画像形成領域Rsの一方側(右側)には、最も淡色の画像m1から最も濃色の画像m10まで10段階の濃度のパッチ画像m1〜m10から成る基準画像mが、ベルト進行方向(矢印X1方向)に沿って下流側から順に一列に形成されている。隣接するパッチ画像は、境界において濃度が変化するようにそれぞれ単色で形成されている。なお、ここではマゼンタの基準画像mを例に挙げて説明したが、シアン、イエロー、ブラックの基準画像c、y、kについても全く同様の構成である。
基準画像m〜kのトナー付着量(トナー濃度)を画像濃度センサー25により検知して予め決められた標準濃度と比較し、各トナー濃度と標準濃度との濃度差の平均値が算出される。得られた濃度差の平均値に応じて濃度補正に用いるパラメーター値が濃度補正テーブルから読み出され、各色について濃度補正が実行される。
図5は、本実施形態の画像形成装置100に搭載される中間転写ユニット30の側面断面図である。図5に示すように、中間転写ユニット30は、下流側の駆動ローラー10と上流側のテンションローラー11とに掛け渡された中間転写ベルト8と、中間転写ベルト8を介して感光体ドラム1a〜1dに接触する一次転写ローラー6a〜6dと、押圧切換ローラー34と、を有する。
中間転写ベルト8は、例えばポリイミド樹脂やPVDF(ポリフッ化ビニリデン)にイオン導電材や導電性カーボン等の導電材を混合して導電性を付与したもので構成される。また、中間転写ベルト8に弾性を付与して応力集中による画像の中抜け現象を防止するために弾性層を設けてもよい。弾性層の材質としては、例えばヒドリンゴムやクロロプレンゴム、ポリウレタンゴム等が用いられる。さらに弾性層を保護するコート層を設けてもよい。コート層の材質としてはアクリル、シリコン、フッ素樹脂等が用いられる。
テンションローラー11に対向する位置には、中間転写ベルト8の表面に残存するトナーを除去するためのベルトクリーニングユニット19が配置されている。駆動ローラー10には中間転写ベルト8を介して二次転写ユニット9が対向配置されている。二次転写ユニット9の詳細な構成については後述する。
中間転写ユニット30は、一次転写ローラー6a〜6dおよび押圧切換ローラー34の回転軸の両端部を回転可能、且つ中間転写ベルト8の進行方向に対し垂直(図5の上下方向)に移動可能に支持する一対の支持部材(図示せず)と、一次転写ローラー6a〜6dおよび押圧切換ローラー34を上下方向に往復移動させる駆動手段(図示せず)と、を有するローラー接離機構35を備えている。ローラー接離機構35は、4本の一次転写ローラー6a〜6dを、それぞれ中間転写ベルト8を介して感光体ドラム1a〜1d(図1参照)に圧接するカラーモードと、一次転写ローラー6dのみを中間転写ベルト8を介して感光体ドラム1dに圧接するモノクロモードと、4本の一次転写ローラー6a〜6dの全てを感光体ドラム1a〜1dから離間させる退避モードとに切り替え可能である。
図6は、本発明の第1実施形態に係る画像形成装置100に搭載される二次転写ユニット9周辺の側面断面図である。図7は、二次転写ユニット9を構成する二次転写ローラー40を径方向から見た側面図である。図6および図7に示すように、二次転写ユニット9は、二次転写ローラー40と、コンプレッサー65と、電磁弁67と、転写電圧電源74と、を備える。
二次転写ローラー40は、芯金40aの外周面に導電性を有する弾性層40bが積層された弾性ローラーである。弾性層40bの材質としては、例えばEPDM等のイオン導電性の発泡ゴムが用いられる。二次転写ローラー40は中間転写ベルト8を介して駆動ローラー10に圧接されており、二次転写ニップ部Nを形成している。
図7に示すように、二次転写ローラー40の芯金40aは中空状であり、両端部に空気流入口50および空気流出口51が形成されている。空気流入口50にはコンプレッサー65が接続されている。空気流出口51には電磁弁67が接続されている。なお、図7では芯金40aと第2転写領域45の弾性層40bの間に空気が注入されていない状態を示している。
二次転写ローラー40には転写電圧電源74が接続されている。転写電圧電源74は、制御部90(図9参照)からの制御信号により二次転写ローラー40にトナーと逆極性(ここでは負極性)の転写電圧を印加する。二次転写ローラー40は、転写ローラー駆動モーター64(図9参照)によって駆動ローラー10と略同一線速で図6の時計回り方向に回転駆動される。なお、転写ローラー駆動モーター64を設けずに、二次転写ローラー40を駆動ローラー10に従動して回転させるようにしてもよい。
二次転写ニップ部Nへの用紙Sの挿通方向(図6の下から上方向)に対し二次転写ニップ部Nの上流側には第1転写前ガイド41および第2転写前ガイド42が所定の間隔を隔てて配置されている。第1転写前ガイド41は、二次転写ニップ部Nに挿通される用紙Sの一方側(非転写面)に対向する。第2転写前ガイド42は、二次転写ニップ部Nに挿通される用紙Sの他方側(転写面)に対向する。第1転写前ガイド41および第2転写前ガイド42は、例えばSECC(亜鉛メッキ鋼板)等の金属材料で形成されている。
図7を参照して、二次転写ローラー40の構成を詳細に説明する。弾性層40bは、軸方向中央部の第1転写領域43と、第1転写領域43の両端部に隣接する第2転写領域45とを有する。第1転写領域43は、軸方向に均一な外径を有する。第2転写領域45は、両端部に向かうにつれて連続的に外径が小さくなる逆テーパー形状である。第2転写領域45の軸方向両端部の外径は、第1転写領域43の外径よりもd1だけ小さくなっている。この状態では第2転写領域45は中間転写ベルト8に接触せず、二次転写ニップ部Nを形成しない。以下、図7における第1転写領域43の外径を第1の外径R1、第2転写領域45の軸方向両端部の外径を第2の外径R2とする。
本実施形態では、二次転写ローラー40の弾性層40bの軸方向長さL1は330mm、第1転写領域43に対応する弾性層40bの軸方向長さL2は300mmであり、第2転写領域45に対応する弾性層40bの軸方向長さL3は各15mmである。また、第1転写領域43と第2転写領域45の外径差d1は1mmである。中間転写ベルト8の幅方向の寸法は360mmであり、画像濃度センサー25の読取位置はベルト端部より22.5mmの位置である。
即ち、第1転写領域43の両端部に各15mmの第2転写領域45が形成され、画像濃度センサー25は第2転写領域45の端部から7.5mmの位置(第2転写領域45の幅方向中央部)に対向している。第1転写領域43と第2転写領域45とを合わせた弾性層40bの軸方向長さL1は、挿通可能な用紙Sの最大サイズ(13インチ、用紙幅330mm)と同一である。
弾性層40bは、第1転写領域43に対応する部分では軸方向の全域において芯金40aに接着されている。一方、第2転写領域45に対応する部分では軸方向両端部のみが芯金40aと接着されており、残りの部分は芯金40aと接着されていない。本実施形態では接着部分の長さd2を1mmとしており、L3−d2(=15−1)=14mmが非接着部分である。
芯金40aには、第2転写領域45の非接着部分に対向して空気注入孔53が形成されている。13インチサイズ(用紙幅330mm)の用紙Sに二次転写する場合は、コンプレッサー65から空気流入口50および空気注入孔53を通して第2転写領域45の芯金40aと弾性層40bの間に空気が注入される。
図8は、図7の状態から芯金40aと第2転写領域45の弾性層40bの間に空気が注入された状態を示す二次転写ローラー40の側面図である。図8に示すように、注入された空気によって第2転写領域45の軸方向両端部が第2の外径R2から第1の外径R1に膨張するため、二次転写ローラー40の第2転写領域45(両端部15mm)と中間転写ベルト8との間においても二次転写ニップ部Nが形成される。従って、第1転写領域43と第2転写領域45とを合わせた軸方向長さL1(330mm)の全域に亘って二次転写可能となる。
一方、A4横サイズ(用紙幅300mm)以下の用紙Sに二次転写する場合は、電磁弁67を開放することで第2転写領域45の芯金40aと弾性層40bの間に注入された空気を抜く。これにより、第2転写領域45の軸方向両端部が再び第1の外径R1から第2の外径R2に収縮して第2転写領域45と中間転写ベルト8とのニップが解消され、第1転写領域43の軸方向長さL2(300mm)のみで二次転写可能となる。
図9は、第1実施形態の画像形成装置100の制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置100を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置100全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。
制御部90は、中央演算処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)91、読み出し専用の記憶部であるROM(Read Only Memory)92、読み書き可能な記憶部であるRAM(Random Access Memory)93、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部94、カウンター95、画像形成装置100内の各装置に制御信号を送信したり操作部80からの入力信号を受信したりする複数(ここでは2つ)のI/F(インターフェイス)96を少なくとも備えている。また、制御部90は、画像形成装置100の本体内部の任意の場所に配置可能である。
ROM92には、画像形成装置100の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置100の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。RAM93には、画像形成装置100の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置100の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、RAM93(またはROM92)には、キャリブレーションに用いる濃度補正テーブル等も記憶される。カウンター95は、印字枚数を積算してカウントする。
また、制御部90は、画像形成装置100における各部分、装置に対し、CPU91からI/F96を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がI/F96を通じてCPU91に送信される。制御部90が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Pa〜Pd、二次転写ユニット9、ローラー接離機構35、ローラー径変更機構60、メインモーター61、ベルト駆動モーター63、転写ローラー駆動モーター64、画像入力部70、電圧制御回路71、操作部80等が挙げられる。
ローラー径変更機構60は、二次転写ローラー40の第2転写領域45の外径を第1の外径R1と第2の外径R2とに変更する。本実施形態では、ローラー径変更機構60はコンプレッサー65と電磁弁67(いずれも図7参照)とで構成される。
画像入力部70は、画像形成装置100にパソコン等の上位機器から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部70より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部94に送出される。
電圧制御回路71は、帯電電圧電源72、現像電圧電源73、転写電圧電源74と接続され、制御部90からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。これらの各電源は、電圧制御回路71からの制御信号によって、帯電電圧電源72は帯電装置2a〜2d内の帯電ローラー20に、現像電圧電源73は現像装置3a〜3d内の現像ローラー21に、転写電圧電源74は一次転写ローラー6a〜6dおよび二次転写ユニット9の二次転写ローラー40に、それぞれ所定の電圧を印加する。
操作部80には、液晶表示部81、各種の状態を示すLED82が設けられており、ユーザーは操作部80のストップ/クリアボタンを操作して画像形成を中止し、リセットボタンを操作して画像形成装置100の各種設定をデフォルト状態にする。液晶表示部81は、画像形成装置100の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。画像形成装置100の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。
図10は、第1実施形態の画像形成装置100において実行される二次転写制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図1〜図9を参照しながら、図10のステップに沿って画像形成時の二次転写制御手順について説明する。画像形成装置100の使用開始時には、図7に示したように二次転写ローラー40の第2転写領域45には空気が注入されておらず、第2転写領域45の軸方向両端部は第2の外径R2に設定されているものとする。
先ず、制御部90は印字命令を受信したか否かを判定する(ステップS1)。印字命令が受信されない場合は(ステップS1でNo)印字待機状態を継続する。印字命令を受信した場合は(ステップS1でYes)、パソコン等の上位機器や操作部80から入力された用紙サイズ情報に基づいて、用紙サイズが二次転写ローラー40の第1転写領域43(ここではA4横サイズ)よりも大きいか否かを判定する(ステップS2)。
用紙サイズが第1転写領域43より大きい場合は(ステップS2でYes)、制御部90はコンプレッサー65に制御信号を送信し、二次転写ローラー40の第2転写領域45に空気を注入する(ステップS3)。これにより、第2転写領域45の軸方向両端部が第2の外径R2から第1の外径R1に膨張する。そして、通常の画像形成動作によって印字を実行する(ステップS4)。具体的には、画像形成部Pa〜Pdの駆動が開始され、二次転写ローラー40に転写電圧が印加される。中間転写ベルト8上に形成されたトナー像が第1転写領域43および第2転写領域45を通過する用紙Sに転写される。
用紙サイズが第1転写領域43以下である場合は(ステップS2でNo)、制御部90はキャリブレーションを実行するか否かを判定し(ステップS5)、キャリブレーションを実行する場合は(ステップS5でYes)中間転写ベルト8の基準画像形成領域Rs(図3参照)に所定のパッチ画像を形成する(ステップS6)。そして、通常の画像形成動作によって印字を実行する(ステップS7)。キャリブレーションを実行しない場合は(ステップS5でNo)パッチ画像を形成せずに印字のみを実行する(ステップS7)。
次に制御部90は、印字が終了したか否かを判定する(ステップS8)。印字が継続している場合は(ステップS8でNo)ステップS2に戻り、印字動作および必要に応じてキャリブレーションを継続する。印字が終了している場合は(ステップS8でYes)、処理を終了する。なお、ステップS3において第2転写領域45に空気が注入されている場合は、電磁弁67を開放して第2転写領域45の空気を抜いた後に処理を終了する。
本実施形態の構成によれば、用紙サイズが第1転写領域43以下である場合は第2転写領域45に空気が注入されず、第2転写領域45の軸方向両端部が第1の外径R1に膨張しない。そのため、印字中にキャリブレーションを実行する場合に中間転写ベルト8の基準画像形成領域Rsに形成されたパッチ画像が二次転写ローラー40の第2転写領域45に接触しない。
従って、二次転写ローラー40へのトナー付着、およびキャリブレーションの実行後に第1転写領域43よりも大きい用紙Sを挿通したときの用紙Sの裏汚れを効果的に防止することができる。さらに、二次転写ローラー40に付着したトナーを中間転写ベルト8に戻すクリーニング動作も不要となるため印字待ち時間も短縮することができる。
また、用紙サイズが第1転写領域43よりも大きい場合は第2転写領域45に空気を注入し、第2転写領域45の軸方向両端部を第2の外径R2から第1の外径R1に膨張させる。これにより、中間転写ベルト8に形成されたトナー像が二次転写ローラー40の第1転写領域43および第2転写領域45によって用紙Sに二次転写される。従って、第1転写領域43よりも大きい用紙Sを用いる場合のトナー像の転写性も確保することができる。
図11は、本発明の第2実施形態に係る画像形成装置100に搭載される二次転写ユニット9を構成する二次転写ローラー40の側面図である。本実施形態では第1実施形態と同様に、二次転写ローラー40の弾性層40bは、軸方向中央部の第1転写領域43と、第1転写領域43の両端部に隣接する第2転写領域45とを有する。第2転写領域45は、両端部に向かうにつれて外径が小さくなる逆テーパー形状である。第2転写領域45の軸方向両端部の外径は、第1転写領域43の外径よりもd1だけ小さくなっている。以下、図11における第1転写領域43の外径を第1の外径R1、第2転写領域45の軸方向両端部の外径を第2の外径R2とする。
本実施形態では、二次転写ローラー40の弾性層40bの軸方向長さL1(=330mm)、第1転写領域43に対応する弾性層40bの軸方向長さL2(=300mm)、第2転写領域45に対応する弾性層40bの軸方向長さL3(=15mm)、第1転写領域43と第2転写領域45の外径差d1(=1mm)、および画像濃度センサー25の読取位置は第1実施形態と同様である。
弾性層40bは、第1転写領域43に対応する部分では軸方向の全域において芯金40aに接着されている。一方、第2転写領域45に対応する部分(両端部から15mm)では芯金40aと接着されていない。また、第2転写領域45の弾性層40bの軸方向端面(ローラー径変更部材55との対向面)には、芯金40aに向かって円錐状に凹むガイド面45aが形成されている。
弾性層40bの軸方向両側には一対のローラー径変更部材55が配置されている。ローラー径変更部材55は金属製であり、芯金40aに沿って摺動可能に支持されている。ローラー径変更部材55は、軸方向の両端部に向かうにつれて大径となるテーパー部55aと、テーパー部55aの軸方向外側に固定されたテーパー部55aよりも大径のフランジ部55bとを有する。
テーパー部55aの軸方向長さL4は、第2転写領域45の軸方向長さL3(=15mm)と同一である。また、テーパー部55aの小径部と大径部の外径差d3は、第1転写領域43の第1の外径R1と第2転写領域45の軸方向両端部の第2の外径R2の外径差d1(=1mm)と同一である。
一対のローラー径変更部材55のフランジ部55bには、それぞれ移動部材57が嵌合している。一対の移動部材57は移動部材駆動モーター59に接続されている。制御部90(図13参照)からの制御信号により移動部材駆動モーター59を駆動すると、移動部材57が芯金40aの延在方向に沿って往復移動する。その結果、ローラー径変更部材55も芯金40aに沿って往復移動する。移動部材57および移動部材駆動モーター59は、ローラー径変更部材55を芯金40aに沿って往復移動させる部材移動機構69(図13参照)を構成する。
13インチサイズ(用紙幅330mm)の用紙Sに二次転写する場合は、移動部材駆動モーター59を所定方向に回転(正回転)させて移動部材57を二次転写ローラー40の軸方向中央部に向かって移動させ、ローラー径変更部材55のテーパー部55aをガイド面45aから第2転写領域45の弾性層40bと芯金40aの間に挿入する。
図12は、図11の状態から芯金40aと第2転写領域45の弾性層40bの間にローラー径変更部材55が挿入された状態を示す二次転写ローラー40の側面図である。図12に示すように、テーパー部55aが挿入されることによって弾性層40bが径方向外側に拡張され、第2転写領域45の軸方向両端部が第2の外径R2から第1の外径R1に拡張するため、二次転写ローラー40の第2転写領域45(両端部15mm)と中間転写ベルト8との間においても二次転写ニップ部Nが形成される。従って、第1転写領域43と第2転写領域45とを合わせた軸方向長さL1(330mm)の全域に亘って二次転写可能となる。
一方、A4横サイズ(用紙幅300mm)以下の用紙Sに二次転写する場合は、部材駆動モーター69を逆回転させてローラー径変更部材55を軸方向外側に移動させ、第2転写領域45の芯金40aと弾性層40bの間に挿入されたテーパー部55aを引き抜く。これにより、第2転写領域45の軸方向両端部が第1の外径R1から第2の外径R2に収縮して第2転写領域45と中間転写ベルト8とのニップが解消され、第1転写領域43の軸方向長さL2(300mm)のみで二次転写可能となる。
図13は、第2実施形態の画像形成装置100の制御経路の一例を示すブロック図である。図14は、第2実施形態の画像形成装置100において実行される二次転写制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図1〜図5、図11〜図13を参照しながら、図14のステップに沿って画像形成時の二次転写制御手順について説明する。画像形成装置100の使用開始時には、図11に示したように二次転写ローラー40の第2転写領域45にはローラー径変更部材55が挿入されておらず、第2転写領域45は第2外径R2に設定されているものとする。また、本実施形態では、ローラー径変更機構60はローラー径変更部材55、部材移動機構69(移動部材57、移動部材駆動モーター59)で構成される。
先ず、制御部90は印字命令を受信したか否かを判定する(ステップS1)。印字命令が受信されない場合は(ステップS1でNo)印字待機状態を継続する。印字命令を受信した場合は(ステップS1でYes)、パソコン等の上位機器や操作部80から入力された用紙サイズ情報に基づいて、用紙サイズが二次転写ローラー40の第1転写領域43(ここではA4横サイズ)よりも大きいか否かを判定する(ステップS2)。
用紙サイズが第1転写領域43より大きい場合は(ステップS2でYes)、制御部90は移動部材駆動モーター69に制御信号を送信し、二次転写ローラー40の第2転写領域45にローラー径変更部材55を挿入する(ステップS3)。これにより、第2転写領域45の軸方向両端部が第2の外径R2から第1の外径R1に拡張される。そして、通常の画像形成動作によって印字を実行する(ステップS4)。具体的には、画像形成部Pa〜Pdの駆動が開始され、二次転写ローラー40に転写電圧が印加される。中間転写ベルト8上に形成されたトナー像が第1転写領域43および第2転写領域45を通過する用紙Sに転写される。
用紙サイズが第1転写領域43以下である場合は(ステップS2でNo)、制御部90はキャリブレーションを実行するか否かを判定し(ステップS5)、キャリブレーションを実行する場合は(ステップS5でYes)中間転写ベルト8の基準画像形成領域Rs(図3参照)に所定のパッチ画像を形成する(ステップS6)。そして、通常の画像形成動作によって印字を実行する(ステップS7)。キャリブレーションを実行しない場合は(ステップS5でNo)パッチ画像を形成せずに印字のみを実行する(ステップS7)。
次に制御部90は、印字が終了したか否かを判定する(ステップS8)。印字が継続している場合は(ステップS8でNo)ステップS2に戻り、印字動作および必要に応じてキャリブレーションを継続する。印字が終了している場合は(ステップS8でYes)、処理を終了する。なお、ステップS3において第2転写領域45にローラー径変更部材55が挿入されている場合は、移動部材駆動モーター69を逆回転させて第2転写領域45に挿入されたローラー径変更部材55を引き抜いた後に処理を終了する。
本実施形態の構成によれば、用紙サイズが第1転写領域43以下である場合は第2転写領域45にローラー径変更部材55が挿入されず、第2転写領域45の軸方向両端部が第1の外径R1に拡張しない。そのため、印字中にキャリブレーションを実行する場合に中間転写ベルト8の基準画像形成領域Rsに形成されたパッチ画像が二次転写ローラー40の第2転写領域45に接触しない。
従って、二次転写ローラー40へのトナー付着、およびキャリブレーションの実行後に第1転写領域43よりも大きい用紙Sを挿通したときの用紙Sの裏汚れを効果的に防止することができる。さらに、二次転写ローラー40に付着したトナーを中間転写ベルト8に戻すクリーニング動作も不要となるため印字待ち時間も短縮することができる。
また、用紙サイズが第1転写領域43よりも大きい場合は第2転写領域45にローラー径変更部材55を挿入し、第2転写領域45の軸方向両端部を第2の外径R2から第1の外径R1に拡張させる。これにより、中間転写ベルト8に形成されたトナー像が二次転写ローラー40の第1転写領域43および第2転写領域45によって用紙Sに二次転写される。従って、第1転写領域43よりも大きい用紙Sを用いる場合のトナー像の転写性も確保することができる。
その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、二次転写ユニット9を構成する二次転写ローラー40の弾性層40b、第1転写領域43、第2転写領域45の寸法、第1の外径R1と第2の外径R2の外径差等は一例であり、本発明の効果を阻害しない範囲で任意に変更可能である。また、上記各実施形態では第2転写領域45の軸方向両端部を第2の外径R2から第1の外径R1まで拡張したが、転写性に影響を及ぼさない範囲であれば第1の外径R1よりも大きい径に拡張してもよい。
また、上記各実施形態では転写電圧電源74を二次転写ローラー40に接続したが、中間転写ベルト8を挟んで二次転写ローラー40と対向する駆動ローラー10に転写電圧電源74を接続し、二次転写ローラー40を接地点(グランド)に接続した状態で駆動ローラー10にトナーと同極性の電圧(転写逆電圧)を印加してもよい。
また、本発明は図1に示したようなタンデム型のカラープリンターに限らず、カラー複写機やカラー複合機等、中間転写ベルトに一次転写されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写ユニットを用いる種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果について更に具体的に説明する。
本発明の画像形成装置100における大サイズの用紙に対する転写性および用紙の裏汚れの抑制効果についての検証試験を行った。試験機としては、図1に示したような中間転写式の画像形成装置100(Taskalfa6052ci、京セラドキュメントソリューションズ社製)を使用し、図6および図7に示した第2転写領域45に空気を注入することで第2転写領域45を膨張可能な二次転写ユニット9を搭載した画像形成装置100(本発明1)、図11および図12に示した第2転写領域45にローラー径変更部材55を挿入することで第2転写領域45を拡張可能な二次転写ユニット9を搭載した画像形成装置100(本発明2)、図15に示すような、第2転写領域45が設けられておらず均一な外径(第1の外径R1)の弾性層40bを有する二次転写ローラー40、図16に示すような、第2転写領域45は設けられているが第2の外径R2から第1の外径R1に変化しない二次転写ローラー40を用いる二次転写ユニット9を搭載した画像形成装置100(比較例1、2)における大サイズ用紙の転写性および用紙の裏汚れを比較した。
比較例1の画像形成装置100では、二次転写ローラー9の弾性層40bの軸方向長さL1を330mmとした。比較例2の画像形成装置100では、二次転写ローラー9の弾性層40bの軸方向長さL1を330mmとし、第1転写領域43の軸方向長さL2を300mm、第2転写領域45の軸方向長さL3を各15mmとした。
試験方法としては、プロセス線速152mm/secでA3普通紙(用紙幅297mm)にテスト画像として印字率25%のハーフ画像を1000枚連続印字し、印字時に中間転写ベルト8の幅方向外側の基準画像形成領域Rsに所定パターンのパッチ画像を形成した。その後、13インチ普通紙(用紙幅330mm)を通紙し、テスト画像として印字率25%のハーフ画像を1枚印字した。13インチ普通紙に対するテスト画像の転写性および用紙の裏汚れの発生を評価した。
転写性の評価基準は、13インチ普通紙に転写された25%ハーフ画像を反射濃度計で測定したときの第1転写領域R1と第2転写領域R2のFD(Fog Density)の差が0.1未満のとき○、0.1以上のとき×とした。用紙の裏汚れはFDが0.1未満のとき○、0.1以上であるとき×とした。結果を表1に示す。
表1に示すように、第2転写領域45に空気を注入することで第2転写領域45を膨張可能とした本発明1、および第2転写領域45にローラー径変更部材55を挿入することで第2転写領域45を拡張可能とした本発明2では、13インチ普通紙に対する転写性は幅方向全域に亘って良好であった。また、用紙の裏汚れも認められなかった。
これに対し、第2転写領域45を設けず、二次転写ローラー9の弾性層40bの軸方向長さを330mmとした比較例1では、13インチ普通紙に対する転写性は幅方向全域に亘って良好であったが、用紙の裏汚れが発生した。また、第2転写領域45が膨張しない比較例2では、13インチの普通紙を通紙した場合の用紙の裏汚れは認められなかったが、用紙の幅方向外側の濃度低下が発生した。
以上の結果より、第1転写領域43および第2転写領域45を有し、第2転写領域45の外径を変更可能な二次転写ユニット9を搭載した本発明1、2の画像形成装置100では、印字中にキャリブレーションを実行した後、大サイズの用紙を通紙した場合の裏汚れを防止することができ、且つ、大サイズの用紙に対する転写性も確保できることが確認された。
本発明は、中間転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写ユニットを備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、画像形成動作を停止せずにキャリブレーションを実行可能であり、且つ、最大サイズの記録媒体の裏汚れも抑制可能な画像形成装置を提供することができる。
Pa〜Pd 画像形成部
1a〜1d 感光体ドラム(像担持体)
6a〜6d 一次転写ローラー(一次転写部材)
8 中間転写ベルト
9 二次転写ユニット
25 画像濃度センサー
30 中間転写ユニット
40 二次転写ローラー
40a 芯金
40b 弾性層
43 第1転写領域
45 第2転写領域
50 空気流入口
51 空気流出口
53 空気注入孔
55 ローラー径変更部材
55a テーパー部
55b フランジ部
57 移動部材
59 移動部材駆動モーター
60 ローラー径変更機構
65 コンプレッサー
67 電磁弁
69 部材移動機構
74 転写電圧電源
80 操作部(入力部)
90 制御部
100 画像形成装置
N 二次転写ニップ部
S 用紙(記録媒体)
1a〜1d 感光体ドラム(像担持体)
6a〜6d 一次転写ローラー(一次転写部材)
8 中間転写ベルト
9 二次転写ユニット
25 画像濃度センサー
30 中間転写ユニット
40 二次転写ローラー
40a 芯金
40b 弾性層
43 第1転写領域
45 第2転写領域
50 空気流入口
51 空気流出口
53 空気注入孔
55 ローラー径変更部材
55a テーパー部
55b フランジ部
57 移動部材
59 移動部材駆動モーター
60 ローラー径変更機構
65 コンプレッサー
67 電磁弁
69 部材移動機構
74 転写電圧電源
80 操作部(入力部)
90 制御部
100 画像形成装置
N 二次転写ニップ部
S 用紙(記録媒体)
Claims (10)
- 異なる色の画像を形成する複数の画像形成部と、
前記画像形成部に沿って移動する無端状の中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルトを挟んで前記各画像形成部に配置された像担持体に対向配置され、前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写ベルト上に一次転写する複数の一次転写部材と、
前記中間転写ベルト上に一次転写された前記トナー像を記録媒体上に二次転写する二次転写ユニットと、
を備えた画像形成装置において、
前記二次転写ユニットは、
芯金と、前記芯金の外周面に積層される弾性層と、を有し、前記弾性層が前記中間転写ベルトに圧接されて前記記録媒体が挿通される二次転写ニップ部を形成する二次転写ローラーと、
前記中間転写ベルトから前記二次転写ローラーに前記トナーが移動する方向の電界を発生させる転写電圧電源と、
を備え、
前記二次転写ローラーの前記弾性層は、軸方向に均一な第1の外径を有する軸方向中央部の第1転写領域と、前記第1転写領域の軸方向両端部に隣接し、軸方向両端部に向かうにつれて前記第1の外径から第2の外径まで連続的に外径が小さくなる第2転写領域と、に区画されており、
前記第2転写領域の前記弾性層を内側から拡張することにより、前記第2転写領域の軸方向両端部の外径を、前記第2の外径から前記第1の外径以上に可逆的に変更するローラー径変更機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記二次転写ローラーの前記弾性層は、前記第1転写領域の全域と前記第2転写領域の軸方向両端部のみが前記芯金と接着されており、
前記ローラー径変更機構は、
前記芯金の一端側の空気流入口に接続され、前記芯金の前記第2転写領域に対向する部分に形成された空気注入孔を介して前記第2転写領域の前記弾性層と前記芯金との間に空気を注入するコンプレッサーと、
前記前記芯金の一端側の空気流入口に接続される電磁弁と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記二次転写ローラーの前記弾性層は、前記第1転写領域のみが前記芯金と接着されており、
前記ローラー径変更機構は、
前記弾性層の軸方向両側に配置され、前記第2転写領域の前記弾性層と前記芯金との間に挿抜される一対のローラー径変更部材と、
前記ローラー径変更部材を前記芯金に沿って往復移動させる部材移動機構と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記ローラー径変更部材は、前記第2転写領域の前記弾性層と前記芯金との間に挿抜され、軸方向の両端部に向かうにつれて大径となるテーパー部と、前記テーパー部の軸方向外側に固定された前記テーパー部よりも大径のフランジ部とを有し、
前記部材移動機構は、前記フランジ部に係合する移動部材と、前記移動部材を前記芯金の延在方向に沿って往復移動させる移動部材駆動モーターとを有することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記テーパー部の大径部と小径部との外径差は前記第2転写領域の前記第1外径と前記第2外径との外径差と等しく、前記テーパー部の軸方向長さは前記第2転写領域の軸方向長さと等しいことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の画像形成装置。
- 前記第2転写領域の軸方向端面には、前記芯金に向かって円錐状に凹むガイド面が形成されていることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記記録媒体のサイズ情報が入力される入力部と、
前記入力部に入力された前記記録媒体の幅方向のサイズに応じて前記ローラー径変更機構を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記記録媒体の幅方向のサイズが前記第1転写領域よりも大きい場合は前記二次転写ローラーの前記第2転写領域の軸方向両端部の外径を前記第2の外径から前記第1の外径以上に変更することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記中間転写ベルト上に一次転写された前記トナー像の濃度および位置情報を検知する画像濃度センサーを備え、
前記制御部は、前記記録媒体の幅方向のサイズが前記第1転写領域以下である場合は前記二次転写ローラーの前記第2転写領域に対向する前記中間転写ベルトの基準画像形成領域にパッチ画像を形成し、前記パッチ画像の濃度および位置情報を前記画像濃度センサーにより検知し、検知結果に基づいて画像形成条件を調整することにより前記トナー像の濃度および色ずれを補正するキャリブレーションを実行可能であることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。 - 前記第1転写領域と前記第2転写領域とを合わせた領域は、挿通可能な最大サイズの前記記録媒体の幅方向のサイズと同一であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記弾性層は、導電性を有する発泡ゴムで形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の画像形成装置。
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