JP2022171206A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印字媒体へ印加されるバイアスの安定化が可能な画像形成方法の提供。
【解決手段】導電性基材上に感光層を備え、回動可能に支持された像担持体と、記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して、前記記録媒体に前記トナー像を定着させる定着手段と、出力調整可能な電源を備え、前記定着部により前記トナー像が定着された前記記録媒体に電荷を付与する電荷付与手段と、を有し、前記電源は定電流制御であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像形成方法および画像形成装置に関する。

画像形成装置としては、高電圧を用いてトナーを印字媒体に転写する電子写真方式が広く知られている。
こうした印字媒体は、転写時の高電圧によって帯電するので、排紙トレイにおいて印字媒体同士が電気的な吸着によって互いに貼り付いてしまう現象や、搬送経路において金属部品に静電気的に貼り付いてしまうような現象が知られている。
これらの貼り付き現象は、紙詰まりやスタックされた用紙の後処理を行う際に問題となってしまうため、静電気の発生や電気的吸着を避けるために、除電ブラシのような表面帯電を解除する方法が考えられている。

しかしながら、特に樹脂フィルムやラベル等の電気抵抗の高い印字媒体を用いる際には、転写ローラとの間の微小ギャップで放電し、表面だけでなく表面近傍を強く静電気的に帯電させてしまうことが知られている。
このような表面近傍の内部まで電荷が侵入してしまった状態では、既存の除電ブラシのように表面帯電を解除するだけでは十分な効果を発揮しないため、転写時とは逆極性のバイアスを与えて、帯電極性を反転させる方法が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
さらに、複数枚の連続する印刷時にも貼り付きを解消するために、スタックされる面同士が電気的に反発するような帯電とするために、交互に印加するバイアス電圧を異ならせる方法（例えば特許文献３等参照）が考えられている。

しかしながら、繰り返し電気抵抗の高い印字媒体を用いる場合には、バイアス電圧を印加させるバイアス印加ローラの温度上昇によって抵抗値が下がり、印字媒体表面の帯電電位が変動してしまう問題や、搬送経路中の金属部品に静電気的に貼り付いてしまう問題までもは解決しきれていなかった。

本発明は、かかる課題を解決するために、バイアス印加手段を定電流制御することで、印字媒体へ印加されるバイアスの安定化を目的とする。

この発明の画像形成方法は、記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を加熱して、記録媒体に前記トナー像を定着させる定着手段と、出力調整可能な電源を備え、前記定着手段により前記トナー像が定着された前記記録媒体に電荷を付与する電荷付与手段と、を用いて行う画像形成方法であって、前記電源は定電流制御されることを特徴とする。

この発明によれば、バイアス印加を定電流制御で行うことで、繰り返し枚数が多くとも静電気による貼り付き低減効果を維持し、画像形成装置の搬送経路の静電気的な紙詰まりの発生をも抑制することができる。

本発明にかかる画像形成装置の構成の一例を示す図である。 図１に示した画像形成装置のうち、２次転写位置周辺の構成の一例を示す図である。 画像形成装置の他の構成の一例を示す図である。 記録媒体のスタック時の帯電状態の一例を示す模式図である。 画像形成装置の動作の一例を示す図である。 バイアス印加時の貼り付き強度の一例を示す図である。 定電流制御を行ったときの貼り付き強度の一例を示す図である。 図７における横軸を電圧に代えた図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。図１には、本発明による実施形態の一例として画像形成装置１００の概略構成が示されている。

図１に、本実施形態における画像形成システムの一例として、画像形成装置の全体構成の概略を示す。
本実施形態において、画像形成装置１００は、記録媒体たるシートＰを搬送する給紙部２と、入力された原稿データを基に画像情報を形成する制御部３と、画像情報を用いて転写ベルト４７にトナー画像を形成する電子写真式のプリンタエンジンである画像形成手段たる画像形成部４と、を有している。
画像形成装置１００はまた、給紙部２から供給されたシートＰを所定のタイミングで転写部５に送り出すレジストローラ対２２を有している。
画像形成装置１００はまた、転写ベルト４７に担持されているトナー像を、転写ベルト４７とのニップ部である２次転写位置ＮでシートＰに転写する２次転写手段である転写部５と、形成された画像を定着させる定着手段たる定着部６と、シートＰを外部に排出する排紙部７と、を有している。

給紙部２は、給紙口２０と、給紙口２０から給紙されたシートＰを転写部５まで搬送するための複数の給紙ローラ２１と、を有している。

制御部３は、画像形成装置１００全体の動作を制御するコンピュータ等の計算手段である。
制御部３は、画像形成装置１００の設定入力、印字枚数の入力等の他、印字を行うシートＰの種類の入力を行う。なお、この例では、シートＰは樹脂フィルム等の高抵抗媒体であり、その種類は、制御部３を介して入力することとして説明するが、例えば高抵抗媒体に、種類を示す情報を記録しておき、画像処理あるいは例えば光学的又は磁気的に、この種類を示す情報を読み取り、制御部３に通知してもよい。

制御部３には、高抵抗媒体に対して逆電圧を印加制御するための用紙処理プログラムの他、高抵抗媒体の種類別の逆電圧値を示す電圧制御情報等が記憶されている。制御部３は、予め入力された高抵抗媒体の種類に対応する電圧制御情報を検出し、この電圧制御情報で示される電圧値の逆電圧の印加を、１枚置きに、定電流電源８４に指示する。これにより、後述するように帯電して重なる各高抵抗媒体の接触面の極性を、それぞれ同極性とすることができ、電気的要因で発生する各高抵抗媒体の貼り付きを防止できる。

画像形成部４は、複数の基本色たるイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの各色に対応する４つのプロセスユニット４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを有している。
プロセスユニット４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、いずれも同様の構成を有し、説明が重複するため、ここでは特にイエローＹに対応するプロセスユニット４Ｙについてのみ説明する。
プロセスユニット４Ｙは、図１に示す反時計方向であるA方向に回転する回転体としての像担持体たるドラム状の感光体４０Ｙと、光走査装置たる光書込み装置としてのレーザーユニット５３Ｙと、を有している。感光体４０Ｙには、その表面にレーザーユニット５３Ｙが射出する走査光の被走査面である感光層が形成されている。
プロセスユニット４Ｙはまた、感光体４０Ｙの周囲にＡ方向上流に設けられた帯電装置４２Ｙと、現像手段としての現像装置４３Ｙと、転写ベルト４７を巻き掛けるよう備えられた１次転写手段としての１次転写ローラ４７５Ｙとを有している。
プロセスユニット４Ｙはまた、１次転写ローラ４７５Ｙと感光体４０Ｙとの接する位置よりもＡ方向下流に設けられたクリーニング装置４４Ｙを有している。
プロセスユニット４Ｙはまた、感光体４０Ｙの表面電位を検出する表面電位検知手段としての表面電位センサである電位センサを有している。
プロセスユニット４Ｙは、レーザーユニット５３Ｙによって感光体４０Ｙに潜像を形成することで、イエローの基本色のトナー像を形成する。
画像形成部４は、このようなプロセスユニット４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを用いて複数の基本色を組み合わせて形成された画像データ配列たる画像情報に基づいて、基本色の混色によりシートＰ上に画像たるトナー像を出力する画像形成手段である。つまり、画像形成手段は、複数の色で形成された画像データ配列に基づいて、混色の画像を出力する。

転写部５は、転写ベルト４７と、図１のＢ方向に回転するように駆動源によって駆動される駆動ローラ４７１と、駆動ローラ４７１と同様にＢ方向に回転する従動ローラ４７２及び２次転写対向ローラ４７３と、２次転写対向ローラ４７３に対向して設けられた２次転写ローラ４７４と、を有している。
転写部５は、２次転写位置Ｎにおいて、２次転写ローラ４７４が転写ベルト４７に当接して、ニップ部を形成している。転写部５は、２次転写位置Ｎにおいて、２次転写ローラ４７４と２次転写対向ローラ４７３との間に転写ベルト４７をシートＰとともに挟みこみ、２次転写バイアスをかけて転写ベルト４７表面のトナー像をシートＰに転写する。
転写部５の２次転写バイアスとしては、転写ベルト４７の表面に帯電されている静電荷とは逆の電荷を付与する。
２次転写ローラ４７４は、２次転写位置Ｎにおいて２次転写を行った後のシートＰを定着部６まで搬送する。

転写ベルト４７は、伸びの少ないポリイミド樹脂に、電気抵抗を調整するためのカーボン粉末を分散させたものを用いている。転写ベルト４７は、駆動ローラ４７１と、従動ローラ４７２と、２次転写対向ローラ４７３と、１次転写ローラ４７５Ｙ、４７５Ｃ、４７５Ｍ、４７５Ｋと、に巻きかけられている。

本実施形態においては、記録剤たるトナーが負帯電性であって、転写ベルト４７上に作像されたトナー像は、接触による圧力と斥力ローラとして機能する２次転写対向ローラ４７３から印加される負極性電圧による電気的反発力とによってシートＰへと転写される。
２次転写対向ローラ４７３、２次転写ローラ４７４は、図２に示すようにシートＰを上下に挟み込む位置関係で配置され、２次転写対向ローラ４７３には転写電源４５によって数ｋＶの電圧が印加される。２次転写位置Ｎにおいては、かかる高電圧によって微小ギャップ放電が生じ、図２のようにシートＰの印字側である表面には負電荷、裏面には正電荷が帯電する。なお、以降で述べるこれらの正負の極性についてはそれぞれ逆であっても良い。

このような帯電による静電気は、シートＰの巻き付きジャムや、後処理におけるスタック不良、シートＰのハンドリング不良（用紙を揃えられない等）といった現象を引き起こす場合がある。
帯電による静電気を除去するために、２次転写位置Ｎよりも搬送方向下流側で分離電圧を印加する方法や、あるいは定着部６の通過後に除電ブラシでシートＰ表面をこすることで除電を行う等の方法が考えられている。
こうした除電方法は、一般的な用紙等の記録媒体においては放電で流れる電流量が小さく帯電する電荷量が小さいために有効である。
しかしながら、特に内部抵抗の大きい樹脂フィルムやラベル等の記録媒体を用いるときには、帯電する電荷量が大きくなり、電荷自体も動きにくいので、表面を除電ブラシでこする程度では電荷量を除去することが難しい。
そこで、イオナイザーを用いて帯電したのとは逆極性の荷電粒子を当て、電荷を中和する方法も考えられている。しかしながら、十分に除電するほどのイオンを放射することは難しく、またイオンの放射はすなわち電流量の増大であるので、消費電力の増大等のデメリットも生じてしまう。

このような問題を解決するために、図３に示すように、定着部６を通過した後の搬送経路上に、電荷付与手段として２次転写位置Ｎとは逆極性となるように下から－電界を印加する一対のバイアス印加ローラ８１、８２を有する構成が考えられる。
かかるバイアス印加ローラ８１、８２を用いて、印刷時のシートＰに１枚おきに逆バイアス印加動作を行う場合を考える。ここでは、バイアスを印加するための電源８３には一般的な定電圧源を用いている。
バイアス印加ローラ８１、８２は、１枚おきに２次転写位置Ｎとは逆極性にシートＰを帯電させるように動作する。
すなわち、図４に示すように１枚目～４枚目までの各シートＰ１～Ｐ４とすると、スタック時に近接したシートＰの面は、互いに反発し合うように帯電される。
すなわち、シートＰ１、Ｐ３の印字側である表面には負電荷、裏面には正電荷に帯電していたとすると、シートＰ２の印字側である表面には正電荷、裏面には負電荷に帯電した状態で積載される。

これらの構成を用いて印刷を行う場合について説明する。制御部３は、記憶部に記憶されている用紙処理プログラムを実行することで、図５に示す各動作・機能を実現する。なお、以降の説明においては、印刷に必要な各機能を制御部３の内蔵するソフトウェアで実現することとして説明を進めるが、これらのうち、一部又は全部を、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアで実現してもよい。

また、用紙処理プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、用紙処理プログラムは、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ブルーレイディスク（登録商標）、半導体メモリ等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、用紙処理プログラムは、インターネット等のネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよいし、機器内のＲＯＭ等に予め組み込んで提供してもよい。

図５は画像形成装置１００の用紙処理動作の流れを示すフローチャートである。制御部３は、用紙処理プログラムに基づいて、このフローチャートの処理を実行することで、各シートの張り付きを防止している。

具体的には、印字を行う場合、まず、操作者は、高抵抗媒体であるシートＰの種類を指定する。制御部３は、操作者による指定に基づいて、シートＰの種類を検出する（ステップＳ１０１）。

次に、操作者によって印字の開始操作が行われると、制御部３は、２次転写対向ローラ４７３に対して、ステップＳ１０１で入力されたシートＰの種類に対応する、例えば数百～数千ボルトの電圧の印加指示を行う（ステップＳ１０２）。

すなわち、制御部３には、コード紙、タック紙等の高抵抗媒体のシートＰの種類と、各種類のシートＰに印加するべき転写電圧値とが関連付けされた電圧制御情報が記憶されている。制御部３は、シートＰの種類に応じた電圧をかかる電圧制御情報に基づいて検出し、転写電源に対して印加を指示する。

これにより、２次転写対向ローラ４７３に対して、シートＰの種類に応じた電圧が印加され、作像による中間転写ベルト４７上のトナーがシートＰに転写される。定着部６は、トナー像が転写されたシートＰに対して、熱及び圧力を加える。これによりトナーが溶融し、シートＰに画像が定着する。
定着部６を通過して画像が定着されたシートＰは、バイアス印加ローラ８１、８２へと搬送される。

次に、制御部３は、種類に応じてシートＰに印加された電圧に対する逆電圧を印加するように、図１における定電流電源８４あるいは図３における電源８３を制御する（ステップＳ１０３）。

この例では、偶数枚目に（２次転写対向ローラ４７３に対する）逆電圧を印加することとしたが、１枚目、３枚目、５枚目等の奇数枚目に逆電圧を印加してもよい。

図３の構成において１枚おきにバイアス印加動作を行ったときの、シートＰの貼り付き強度の比較例が図６である。
図６においては、４枚重ねたシートＰ１～Ｐ４の最も上側のフィルムに穴をあけ、デジタルフォースゲージで引っ張り力を測定することで、静電気によるフィルムの貼り付き強度を測定した。また、このときのバイアス印加ローラ８１、８２間に印加したバイアスを印加電圧としてｋＶ単位で横軸としている。

シートＰが厚く硬いフィルム種の場合、貼り付き強度３Ｎ以下となることが好ましく、図６から明らかなように、印加してからの通紙枚数が少ないとき（５枚リピート）では３ｋＶ～５ｋＶの広い範囲で有効に貼り付き強度を低減可能である。
しかしながら、通紙枚数が増大していくと（１５５枚リピート）、－４ｋＶ付近の一部の範囲では十分に貼り付き強度を低減可能であるものの、－４．７２ｋＶ以上になると途端に貼り付き強度が増大してしまうことが実験的に明らかとなった。
また、これらの貼り付き強度が増大した際には、搬送経路上の貼り付きによる所謂ジャムも生じてしまっていた。なお、１５５枚リピートを行うまでにこのようなジャムが生じてしまったものについては、白丸内に×マークを付けることで示している。

このような現象が起きる理由としては、定着部６の定着ローラ１６１、１６２による熱が、シートＰを介して後段のバイアス印加ローラ８１、８２にも伝わってしまうことが考えられる。
熱の蓄積が小さい場合（５枚リピート）では、問題なく動作していたものが、熱の蓄積が増大（１５５枚リピート）して、電気抵抗が小さくなる程度に温度上昇してしまうと、同一のバイアス印加電圧であっても、電気抵抗の低下によって流れる電流量が増大し、結果的にシートＰに流れ込む電荷量が増大し、逆向きの帯電が生じてしまっていると予想される。

そこで、本発明の実施形態においては、図１に示すように、バイアス印加ローラ８１、８２にバイアスを印加する電源として、定電流電源８４を用いている。
このように定電流によって制御する場合には、例えば放電が生じた際にも、定電流電源８４からシートＰへと流れ込む時間当たりの電荷量（＝電流値）が一定の範囲に制限される。つまり、シートＰが熱の蓄積によって電気抵抗が小さくなった場合であっても、定電流電源８４によって流れる電荷量を制限可能であるので、帯電の増大にはつながらない。

かかる構成における画像形成装置１００について、図７に、図６と同様の貼り付き強度の測定方法を用いた実験結果の横軸を電流値μＡとして示した。
図７から明らかなように、定電流電源８４を用いて一定の電流値（図７では１５５μＡ～１３１μＡの範囲内）で制御を行うことで、静電気的な貼り付きを防ぐことができる。なお、この時の電圧は図８に示すように－５．３１ｋＶ～－４．６８ｋＶであった。

以上述べたように、本実施形態では、シートＰ上にトナー像を形成する画像形成部４と、トナー像を加熱して、シートＰにトナー像を定着させる定着部６と、出力調整可能な定電流電源８４を備え、定着部６により前記トナー像が定着されたシートＰに電荷を付与するバイアス印加ローラ８１、８２と、を用いて行う画像形成方法である。
かかる構成により、画像形成後のシートＰがバイアス印加ローラ８１、８２によって帯電され、シートＰの貼り付きを防ぐことができる。さらに、繰り返し印刷枚数が多くても静電気による貼りつき低減効果を維持し、装置の搬送経路の静電気的な紙つまりも発生させない。

また本実施形態では、連続して画像形成するシートＰの１枚おきに、定着後のシートＰの表面電位と逆極性の電荷を付与する。
かかる構成により、偶数枚あるいは奇数枚の画像形成後のシートＰのみがバイアス印加ローラ８１、８２によって帯電され、奇数枚あるいは偶数枚のシートとは逆極性となるからシートＰの貼り付きをさらに防ぐことができる。

また、本実施形態では、シートＰに定着後のシートＰの表面電位と逆極性の電圧を印加する。かかる方法によれば、向かい合ったシートＰの面同士に反発するような静電気を帯電させることができるので、シートＰの貼り付きをさらに防ぐことができる。

また、本実施形態では、バイアス印加ローラ８１、８２は、出力調整可能な定電流電源８４と接続され、定着部６によりトナー像が定着されたシートＰに電荷を付与する電荷付与手段としての機能を有している。
かかる構成により、シートＰがバイアス印加ローラ８１、８２によって帯電され、シートＰ同士の貼り付きを防ぐことができる。

また、本実施形態では、バイアス印加ローラ８１、８２は連続して画像形成するシートＰの１枚おきに、定着後のシートＰの表面電位と逆極性の電荷を付与する逆極性印加手段としての機能を有している。
かかる構成によれば、繰り返し枚数が多くても静電気による貼りつき低減効果を維持し、装置の搬送経路の静電気的な紙つまりも発生させない。

以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、この発明は上述した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において種々の構成をとることが可能である。

例えば、本発明の画像形成装置は、単色の現像剤を用いる場合についてのみ述べたが、その他カラーで印刷可能な画像形成装置等にも用いることができる。

この発明の実施形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は、「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

２ 給紙部
３ 制御部
４ 画像形成手段（画像形成部）
５ 転写手段
６ 定着手段（定着部）
８４ 定電流電源（電源）
１００ 画像形成装置
Ｐ 記録媒体（シート）

特許第６４５０１８７号 特許第５９１５８６５号 特許第６５４０２１０号

Claims (5)

1. 記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   前記トナー像を加熱して、記録媒体に前記トナー像を定着させる定着手段と、
   出力調整可能な電源を備え、前記定着手段により前記トナー像が定着された前記記録媒体に電荷を付与する電荷付与手段と、
   を用いて行う画像形成方法であって、前記電源は定電流制御されることを特徴とする画像形成方法。
2. 請求項１に記載の画像形成方法において、
   連続して画像形成する前記記録媒体の１枚おきに、前記定着後の前記記録媒体の表面電位と逆極性の電荷を付与することを特徴とする画像形成方法。
3. 請求項１または２記載の画像形成方法において、
   前記記録媒体に定着後の前記記録媒体の表面電位と逆極性の電圧を印加することを特徴とする画像形成方法。
4. 記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   前記トナー像を加熱して、前記記録媒体に前記トナー像を定着させる定着手段と、
   出力調整可能な電源を備え、前記定着手段により前記トナー像が定着された前記記録媒体に電荷を付与する電荷付与手段と、
   を有し、前記電源は定電流制御で電荷を付与する画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   連続して画像形成する前記記録媒体の１枚おきに、前記定着後の前記記録媒体の表面電位と逆極性の電荷を付与する逆極性印加手段を有する画像形成装置。

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