JP3611529B2 - 画像形成装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンデムカラー画像形成装置に関するもので、特に全ての色の画像形成手段を用いるフルカラーモード、黒色やその他の単色のみを用いるモノカラーモード、さらには必要な色のみ組み合わせて用いるマルチカラーモードの各モードを切換え可能なタンデムカラー画像形成装置における画像形成手段の電位制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年カラー複写機の発達にともないカラー複写の複写スピードを早めるためタンデムカラー画像形成装置が提案されている。このタンデムカラー画像形成装置は複数の画像形成手段が用紙の搬送方向に沿って配置された構造になっている。それぞれの画像形成手段は、感光体ドラム、主帯電装置、露光手段、現像装置とを含み、この感光体ドラムを主帯電装置により帯電させ、続いて画像信号に基づき露光することにより感光体ドラム上に静電潜像を形成し、この静電潜像に現像装置のトナーを適用することによりトナー像を形成する、いわゆる電子写真法を用いた画像形成手段である。また、必要に応じてクリーニング装置が設けられる。
そしてタンデムカラー画像形成装置は、用紙をベルト表面に吸着して回転移動することにより搬送するベルト搬送手段と、それぞれの画像形成手段の感光体ドラムと前記ベルトを介して対向する位置に配置された転写手段とを有しており、用紙上で各色のトナーを重ね合わせることによりカラー画像を印字するものである。また、最終的に画像を得る用紙ではなく中間転写ベルト上にトナー像を転写して、再度用紙に転写する機構のものもある。
【０００３】
このタンデムカラー画像形成装置は、、イエロートナー用、シアントナー用、マゼンタトナー用、黒色トナー用の４つの画像形成手段を用いてフルカラー印字したり、一部の画像形成手段だけを働かせて必要な色だけ印字することも出来る。この場合、所望の色を形成するトナーの色の組み合わせに対応した画像形成手段だけ働かせて画像形成する。例えば、黒色を現像する場合は黒色トナー用の画像形成手段のみを、また赤色を現像する場合はイエロートナー用とマゼンタトナー用の画像形成手段を働かせ、シアントナー用や黒色トナー用の画像形成手段は働かせる必要がない。
【０００４】
このように複数の画像形成手段は印字するモードに応じて、必要の無い画像形成手段がある。従来この必要でない画像形成手段が原因で形成される画像への悪影響をもたらしたり、無駄な電力を消費していた。そこでこれらの問題を解決するために以下の従来技術１〜３などが提案されている。
【０００５】
＜従来技術１＞
特開平１−９６６７０号公報に記載された技術では、画像形成に使用しない感光体にも使用時と同様に帯電手段を付勢し、現像装置にも像形成時と同様に現像バイアスを印加する。つまり画像を印字しない場合は白紙の印字をするのと同じことを行うが、潜像、顕像ともないので必要な色の画像のみ印字される。
【０００６】
＜従来技術２＞
また特開昭６３−２４９１６４号公報に記載された技術では、使用しない画像形成手段の現像装置のみが作動を停止される。この結果感光体ドラムにはトナーが移らないので必要な色の画像のみ印字される。
【０００７】
＜従来技術３＞
その他、タンデムカラー複写機や、タンデムカラープリンタなどに限らず２色現像のできる画像形成装置や、中間転写体をもつフルカラー複写機などでも、使わない色の現像装置を機械的に感光体ドラムから離してトナーを感光体ドラム上にのせないようにするものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術１の方法では、使われない画像形成手段であっても、感光体ドラムと現像装置の電位差がないので多少なりともトナーが感光体ドラムに移り、その後用紙にこのトナーが接触転写された画像の不具合が発生することがある。さらに転写電圧をＯＦＦにしているために、上流の画像形成手段で用紙に転写されたトナー像が一部感光体ドラムに移ってしまうという不具合が発生していた。
【０００９】
従来技術２では、現像装置のみ作動を停止しているが、主帯電装置や転写手段はそのまま働いているので、帯電生成物（オゾンやＮＯＸ）が発生し、環境に良くなかった。さらに使わない帯電手段に電圧を印可しているので、消費電力を無駄にしていた。
【００１０】
従来技術３では、タンデムカラーの画像形成手段を印字する位置と印字しない位置とに切り替えるには、その機構が大がかりになり、小型化、コストダウンの妨げになる。さらに位置決め精度も悪くなる。
【００１１】
本件発明は、使われない画像形成手段が画像に悪影響を及ぼさず、かつ環境に優しく、省エネルギーを実現できる簡単な構成のタンデムカラー画像形成システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために本件第１、２の発明は、用紙の搬送方向に沿って配置された複数の画像形成手段を全て用いて画像形成を行う第１のモードと、前記画像形成手段の少なくとも１つは使わずに画像形成を行う第２のモードを有する画像形成装置において、前記各画像形成手段の現像装置は、プラス帯電するトナーとキャリアからなる現像剤を感光体ドラムの静電潜像に適用することにより感光体ドラムにトナー像を形成する反転現像システムであり、
前記第１のモードのときは、各画像形成手段の主帯電装置に電圧を印加して感光体ドラムを帯電するとともに現像装置にバイアス電位を付与して現像し、各画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位の絶対値を搬送方向下流側の方が大きくなるように設定され、前記第２のモードのときは、画像形成を行う画像形成手段及び帯電手段は第１のモードと同じ設定で行われ、画像形成を行わない画像形成手段は前記主帯電装置の印加電圧を第１モードの場合より小さくするとともに現像装置に第１モードとは逆極性でプラストナーが現像されず、かつ現像剤のキャリアが飛ばない値で設定されたバイアス電位を付与し、さらに該画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位は搬送方向上流側の転写手段のバイアス電位と同極性で絶対値を小さくすることを特徴とする画像形成装置を用いる。
【００１４】
さらに本件第３、４の発明は、用紙の搬送方向に沿って配置された複数の画像形成手段の少なくとも１つは使わずに画像形成を行うときは、画像形成を行う画像形成手段の主帯電装置に電圧を印加して感光体ドラムを帯電するとともに現像装置にプラストナーが現像されず、かつ現像剤のキャリアが飛ばない値で設定されたバイアス電位を付与して現像し、各画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位の絶対値を搬送方向下流側の方が大きく設定し、画像形成を行わない画像形成手段は前記主帯電装置の印加電圧を画像形成を行う場合より小さくするとともに現像装置に画像形成を行う場合とは逆極性のバイアス電位を付与し、さらに該画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位は搬送方向上流側の転写手段のバイアス電位と同極性で絶対値を小さくすることによって画像形成される。
【００１５】
【作用】
本発明は、使用しない画像形成手段の主帯電装置をＯＦＦにすることにより感光体ドラムの表面電位を０Ｖにする。ここで現像装置が反転現像システムの場合は現像バイアス電位が通常の状態（例えばプラス帯電トナーに対してプラスのバイアス電位が印加されている）であると感光体ドラムにトナーが現像されてしまうので、トナーが飛ばないようにトナーと逆極性のバイアス電圧を印加する。転写手段は通常の状態（例えばプラス帯電トナーに対してマイナスの電圧が印加されている）であっても問題ないがそれより絶対値の小さい電圧を印加することにより上流の画像形成手段で用紙に転写されたトナー像が感光体ドラムに持って行かれないようになる。さらにこの転写電圧は感光体ドラムに微小ではあるがのっている逆帯電トナーを転写することはない。逆帯電トナーはクリーニング装置で回収されるので、このように現像装置の逆帯電トナーを取り除く効果も得られる。
【００１６】
【実施例】
本件発明を採用するタンデムカラープリンタを図１に基づいて説明する。同図においてこのタンデムカラープリンタは、給紙手段０１、垂直搬送路２、レジストローラ対３、ベルト搬送手段４、第１の画像形成手段５、第２の画像形成手段６、第３の画像形成手段７、第４の画像形成手段８、定着手段９、排出搬送路１０、排出トレイ１１などから構成される。
【００１７】
給紙手段０１は、給紙カセット０１１、用紙積載手段０１２、給紙ローラ０１３などから構成され、給紙の信号に応じてこの用紙積載手段０１２に積載された複数の用紙の１番上から１枚ずつ給紙される。
【００１８】
レジストローラ対３は、搬送されてきた用紙先端を整える役割と、画像のタイミングに同期して転写位置に対して用紙をスタートさせる役割とを持つ。
【００１９】
ベルト搬送手段４は、駆動ローラ４１と、テンションローラ４２と、この２つのローラに渡って掛け渡されたベルト部材４２とからなり、ベルト部材４３の表面に用紙を吸着させるために、図示していないベルト帯電手段とで構成されている。ベルト部材４３は、駆動ローラ４１とテンションローラ４２に渡ってかけられ、適度なテンションを保ちながら用紙の搬送速度とほぼ同じ速度で回転移動する。材質は、定着手段９に近いことから耐熱性、弾力性、強度、ベルト内面の絶縁性、ベルト外周面のトナーの離型性などを考慮し、ポリイミド製の無端ベルトの外周面にフッ素コートを施したものが適当である。またベルトが弾性層の役割を兼ねる必要があるため、シリコンゴムやＥＰＤＭの表面にＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂の離型層をもつものを用いても良い。
【００２０】
第１〜第４の画像形成手段（５〜８）は、図中右側からイエロー、シアン、マゼンタ、黒用のものであり、全てほぼ同じ構成のユニットである。消費量が多い黒の画像形成手段８は補給トナー容器（図示していない）が他の色のものより大容量となっている。ここで代表して第１〜第４の画像形成手段（５〜８）の説明を図２を用いて第１の画像形成手段５で行う。
【００２１】
第１の画像形成手段５は、第１の感光体ドラム５１、第１の主帯電装置５２、第１のＬＰＨ（ＬＥＤ ＰＲＩＮＴ ＨＥＡＤ）５３、第１の現像装置５４、第１の転写手段５５、第１のクリーニング装置５６、第１の除電ランプ５６から構成され、樹脂でできた筐体に組み付けることにより１つのユニットとなり、本体に取り付けられる。第１の感光体ドラム５１はアモルファス・シリコンドラムを用いており、現像位置での暗電位はおよそ＋４５０Ｖになるよう前記第１の主帯電装置５２により帯電される。この第１の主帯電装置５２は第１の感光体ドラム５１に向かって開口したシールドケース内に５０〜１００μｍの細いタングステン線をドラムに対して長手方向に張り、これに＋５ＫＶ程度の高圧を印可することにより前記第１の感光体ドラム３２を正帯電させる。この帯電した第１の感光体ドラム５１の表面に第１のＬＰＨ５３が画像情報に応じた光線を照射することにより第１の感光体ドラム５１の表面に静電潜像が形成される。第１のＬＰＨ５３はユニットの小型化のために採用しているがＬＳＵ（ＬＡＳＥＲ ＳＣＡＮＮＥＲ ＵＮＩＴ）を用いても良い。第１の現像装置５４はここではプラス帯電するトナーとキャリアからなる現像剤を所定の濃度になるように撹拌混合して用い、内部に磁石部材を有する現像ローラでこの現像剤を第１の感光体ドラム５１の光線が照射された部分の静電潜像に適用することにより感光体ドラム５１にトナー像を形成するもの（いわゆる反転現像システム）である。第１の感光体ドラム５１の暗電位（露光されないときの電位）が＋４５０Ｖで、白板電位（露光されたときの電位）が＋５０Ｖ以下となるので、現像バイアスは＋３５０Ｖの設定としている。このトナー像を前記第１の転写手段５５とのニップに前記搬送ベルト４により搬送されてくる用紙に転写する。前記第１の転写手段５５は本実施例では転写ローラを用い前記第１の感光体ドラム５１とは逆の極性の高圧の電圧が印加されている。転写電圧は第１〜第４の画像形成手段（５〜８）全て同じ電圧で行うよりも、第１の画像形成手段で−１０００Ｖ、第２の画像形成手段で−１１００Ｖ、第３の画像形成手段で−１２００Ｖ、第４の画像形成手段で−１３００Ｖと上流から下流に行くに従い徐々に絶対値の大きい値となる設定が良い。第１の感光体ドラム５１上の転写されなかったトナーは次のプロセスの第１のクリーニング手段５６のゴムブレードにより掻き落とされて、表面の残留電位を落として均一にすべく第１の除電ランプ５７により除電されてその後は次の一連のプロセスに備える。
【００２２】
このように画像形成する場合の電位設定は、暗電位＋４５０Ｖ、現像バイアス＋３５０Ｖ、転写電圧は−１０００〜−１３００Ｖという設定で行っているが、この値は感光体ドラムの特性、トナーの性能、環境に応じて最適な値は変わるものである。本件は暗電位、現像バイアス電位、転写電位を画像形成する場合としない場合とで変更するので、前記第１の主帯電装置５２には、第１の主帯電電源５２１からの出力をＯＮ／ＯＦＦするための第１の主帯電ＳＷ５２２を設け、前記第１の現像装置５４には第１１の現像バイアス電源５４１と第１２の現像バイアス電源５４２と切り替えるための第１の現像バイアス切替ＳＷ５４１を設け、さらに前記第１の転写手段５５には、第１１の転写電源５５１と第１２の転写電源５５２とを切り替えるための第１の転写電圧切替ＳＷ５５３が設けられている。ここでは発明を理解しやすくするために各々切替ＳＷを設けているが、実際は現像バイアスの電圧は段階的に複数の電圧を出力できるように制御可能なものを用いて主帯電の立ち上がりのカブリを防ぎ、転写電源も電圧を可変に制御できるものを用いる。
【００２３】
再び図１に戻り説明する。定着手段９は、第１の定着ローラ９１、第１定着ヒータ９１１、第２の定着ローラ９２、第２定着ヒータ９２１からなっている。詳しくは、第１の定着ローラ９１は熱伝導性のよいアルミ等にフッ素コートを施したものを用い、第１定着ヒータ９１１を内蔵することにより、定着に必要な所定の温度に制御されている。第１の定着ローラ９１の駆動は第２の定着ローラ９２からの接触従動でもよいが、スリップの懸念を排除するためにもお互いハスバ歯車などでかみあい第２の定着ローラ９２と従動することが好ましい。第２の定着ローラ９２は、第１の定着ローラ９１に対向、接触し、駆動手段（図示していない）により駆動されている。この定着ローラ９２は、基材が熱伝導性の良いアルミのローラからなり、定着のニップ幅を確保するために周辺を弾性層９２２で覆われているが、無くてもよい。この弾性層９２２は耐熱性のゴムなら何でもよいが、シリコンゴムなどが適している。本実施例ではカラーの定着を行うため、第２定着ヒータ９２１を内蔵し、定着に必要な所定の温度に制御されている。また図示していないが各ローラに対しては用紙を剥がすための爪部材やクリーニングするローラやウェブを設けてある。
【００２４】
次に通常の全ての色を用いて印字する場合の用紙の動きを説明する。給紙カセット０１１から１枚ずつ給紙された用紙は、レジストローラ対３で先端を整えられ、画像データのタイミングと同期してベルト搬送手段４に受け渡される。用紙はベルト搬送手段４に静電気で吸着されつつ、このベルトの回転移動により画像形成手段（５〜８）から表面にイエロー、シアン、マゼンタ、黒のトナー像順番に転写、色重ねされる。未定着トナー像を転写された用紙は定着手段９の熱ローラ９１と圧ローラ９２の形成するニップに挟持、加圧されることにより定着される。ここでトナー像を定着された用紙は、排出搬送路１０により、排紙トレイ１１に順次排出される。
【００２５】
通常はカラー複写機やプリンタといえどもフルカラーでの出力は希であり、むしろ上述したように全ての画像形成手段を用いる場合より、黒のみの出力や黒と赤（マゼンタトとイエローの組合わせ）による出力が多い。黒のみの場合画像形成手段（５〜７）は使われず、黒と赤のみでの出力の場合は第２の画像形成手段６（シアン）は使われない。本件発明の第１のモードとはフルカラーでの出力を表し、第２のモードとはこの黒のみでの出力や、赤と黒のみでの出力する場合の、使われない画像形成手段がある場合を表す。
【００２６】
本発明の特徴である黒と赤のみでの出力す場合の使われない第２の画像形成手段６の動作を図３、図４に基づいて説明する。
【００２７】
第１の画像形成手段５と第１の転写手段５５ニップに搬送されたきた用紙にはイエロートナーによる画像が転写され、続いて第２の画像形成手段６と第２の転写手段６５とのニップでは画像形成や転写は行われず、第３の画像形成手段７と第３の転写手段７５のニップで、先程イエロートナーが転写された部分にマゼンタトナーを重ねることで赤色を表現する。さらに第４の画像形成手段８と第４の転写手段８５のニップで黒トナーが転写される。このようにして黒と赤のみの画像を出力する。
【００２８】
上述した画像形成を行わないシアントナーを入れた第２の画像形成手段６の電位の設定を図４に基づいて説明する。
【００２９】
第２の主帯電装置６２は、第２の主帯電ＳＷ６２２がＯＦＦ（このとき主帯電装置からのオゾンの発生もない）になっているので第２の感光体ドラム６１の表面に電位はのらず、現像位置での第２の感光体ドラム６１の表面電位は０Ｖである。第２の現像装置６４の現像ローラに印加されている現像バイアスは−１５０Ｖなので、現像剤に混合されているプラストナーは現像ローラに電気的に引かれるので感光体ドラム６１の表面には移らない。ただし第２の現像装置６４内に含まれる逆帯電トナー（マイナス帯電したトナー）は現像ローラとの電気的な斥力により第２の感光体ドラム６１表面に移る。結果として現像装置内の逆帯電トナーが消費されるので良い結果となる。この現像バイアスの−１５０Ｖは、感光体ドラム表面が０Ｖのときにプラストナーが現像されず、かつ現像剤のキャリアが飛ばない値で設定している。第２の感光体ドラム６１と第２の転写手段６５のニップでは第２の感光体ドラム６１に画像がのっていないのでトナーが用紙に転写はされないが、上流の画像形成手段で既に用紙に転写されたイエロートナーが第２の感光体ドラム６１に持って行かれてはこまるので転写電圧は用紙上のトナーを用紙側に引きつけるための電圧を印加しておく。この電圧は感光体ドラムから用紙に転写するのではないので通常の転写電圧より低く設定しても充分に役割を果たし、かつオゾンの発生も少なくて良い。本実施例では−５００Ｖを印加しているが、この値も条件や実験結果に応じて適宜設定すればよい。また第２の感光体ドラム６２にあるマイナス帯電したトナーは第２の転写手段６５からは電気的な斥力によりそのまま感光体ドラムにのったままクリーニングされるので逆帯電トナーによる画像の不具合はない。
【００３０】
本実施例ではプラス帯電感光体ドラムを用いているが、同じようにマイナス帯電の感光体ドラムを用いても良い。この場合は当然現像バイアスや転写電圧の設定は本実施例とプラスマイナスが逆になる。さらにマイナス帯電の感光体ドラムを用いた場合は、使われない画像形成手段の主帯電装置でのオゾンの発生と転写手段で発生するＮＯＸを低減できる。
【００３１】
【発明の効果】
本件発明を用いれば、使用しない画像形成手段の主帯電装置をＯＦＦにすることにより感光体ドラムの表面電位を０Ｖにする。ここで現像装置のバイアス電位が通常の状態（例えばプラス帯電トナーに対してプラスのバイアス電位が印加されている）であると感光体ドラムにトナーが現像されてしまうので、トナーが飛ばないようにトナーと逆極性のバイアス電圧を印加する。こうすることにより感光体ドラムに逆帯電トナー（本来プラス帯電すべきトナーでも一部マイナス帯電してしまうトナーが含まれる）が微小な量が移るだけである。転写手段は通常の状態（例えばプラス帯電トナーに対してマイナスの電圧が印加されている）であっても問題ないがそれより絶対値の小さい電圧を印加することにより上流の画像形成手段で用紙に転写されたトナー像が感光体ドラムに持って行かれないようになる。さらにこの転写電圧は感光体ドラムに微小ではあるがのっている逆帯電トナーを転写することはない。逆帯電トナーはクリーニング装置で回収されるので、このように現像器の逆帯電トナーを取り除く効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を採用するタンデムカラープリンタの概略図である。
【図２】本発明を採用するタンデムカラープリンタの第１の画像形成手段の概略図である。
【図３】本発明を採用するタンデムカラープリンタで黒、赤のみのプリントを行う場合の概略図である。
【図４】本発明を採用するタンデムカラープリンタで黒、赤のみのプリントを行う場合に使われない第２の画像形成手段の概略図である。
０１；給紙手段
２；垂直搬送路
３；レジストローラ対
４；ベルト搬送手段
５；第１の画像形成手段（イエロー）
６；第２の画像形成手段（シアン）
７；第３の画像形成手段（マゼンタ）
８；第４の画像形成手段（黒）
９；定着手段
１０；排出搬送路
１１；排出トレイ

Claims (4)

1. 用紙の搬送方向に沿って配置された複数の画像形成手段を全て用いて画像形成を行う第１のモードと、前記画像形成手段の少なくとも１つは使わずに画像形成を行う第２のモードを有する画像形成装置において、
   前記各画像形成手段の現像装置は、プラス帯電するトナーとキャリアからなる現像剤を感光体ドラムの静電潜像に適用することにより感光体ドラムにトナー像を形成する反転現像システムであり、
   前記第１のモードのときは、各画像形成手段の主帯電装置に電圧を印加して感光体ドラムを帯電するとともに現像装置にバイアス電位を付与して現像し、各画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位の絶対値を搬送方向下流側の方が大きくなるように設定され、前記第２のモードのときは、画像形成を行う画像形成手段及び帯電手段は第１のモードと同じ設定で行われ、画像形成を行わない画像形成手段は前記主帯電装置の印加電圧を第１モードの場合より小さくするとともに現像装置に第１モードとは逆極性でプラストナーが現像されず、かつ現像剤のキャリアが飛ばない値で設定されたバイアス電位を付与し、さらに該画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位は搬送方向上流側の転写手段のバイアス電位と同極性で絶対値を小さくすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２のモードにおいて、画像形成を行わない画像形成手段の主帯電装置に印可する電圧は０Ｖであることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 用紙の搬送方向に沿って配置された複数の画像形成手段の少なくとも１つは使わずに画像形成を行うときは、画像形成を行う画像形成手段の主帯電装置に電圧を印加して感光体ドラムを帯電するとともに現像装置にバイアス電位を付与して現像し、各画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位の絶対値を搬送方向下流側の方が大きく設定し、画像形成を行わない画像形成手段は前記主帯電装置の印加電圧を画像形成を行う場合より小さくするとともに現像装置に画像形成を行う場合とは逆極性でプラストナーが現像されず、かつ現像剤のキャリアが飛ばない値で設定されたバイアス電位を付与し、さらに該画像形成手段に対応した転写手段のバイアス電位は搬送方向上流側の転写手段のバイアス電位と同極性で絶対値を小さくしすることを特徴とする画像形成方法。
4. 前記画像形成を行わない画像形成手段の主帯電装置に印可する電圧は０Ｖであることを特徴とする請求項３の画像形成方法。

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