JP3740333B2

JP3740333B2 - Image forming apparatus

Info

Publication number: JP3740333B2
Application number: JP28735699A
Authority: JP
Inventors: 秀幸矢野; 賢司辛島; 明彦内山; 和弘船谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: JP2001109325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法を利用したインライン方式の画像形成装置に関し、特にベルト状転写材搬送手段への転写材の静電吸着、および転写材への画像の転写を改良した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真装置等の画像形成装置は、高速化、高機能化、カラー化が進められてきており、これに基づく各種方式のプリンターが市場に出ている。
【０００３】
これらの中でも、ベルト状搬送手段に沿って複数の画像形成手段を直列に配置し、これに転写材と称する画像形成用の用紙を搬送手段で搬送しながら、各画像形成手段で得られた各色のトナー像を順次用紙に重ねて多重転写するインライン方式の画像形成装置は、カラー画像を高速で形成可能なことから、今後のカラープリンターの主力になると期待されている。
【０００４】
また近年では、プリンターの高機能化という観点から、用紙のサイズや厚み（坪量）あるいはラフ紙など扱える用紙の多様性、さらには両面プリントの必要性等が益々要求されるようになってきた。
【０００５】
インライン方式のプリンターは、図４に示すように、ベルト状転写材搬送手段である水平の転写ベルト８に沿って、普通の４つの、色の異なる画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを横方向に並べて、装置を構成する方法が一般的であるが、このような構成をとると、装置の設置面積が大きくなり、オフィスにおける装置の小型化の要求を満足し得なくなる問題があった。
【０００６】
また、レーザースキャナー等の画像露光手段３１〜３４が装置本体の上部に来るため、本体を上開きにして内部にアクセスすることが難しく、消耗品の現像器４１〜４４のトナーや感光ドラム１１〜１４の交換が難しいとか、用紙のジャム時の操作性が悪いといった問題がある。
【０００７】
このため、図１に示すように、転写ベルト８および画像形成ステーショーンＰＹ〜ＰＫを縦に配置することによって、装置の設置面積の低減を図り、さらに用紙の搬送路に沿って装置本体を縦に分割することによって、ジャム処理性、消耗品の交換性を向上させるような本体構成が考案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような用紙搬送式の本体構成をとると、転写ベルトと用紙の吸着不良に起因する各種不良が生じる場合がある。例えば、搬送ジャムや、用紙が転写ベルトから浮いてしまうことによる画像不良、色間のレジストレーション不良等の問題である。
【０００９】
これらの問題点を防止するためには、用紙を予め転写ベルトにしっかり吸着させた後に、各ステーションに用紙搬送を行う必要がある。このため転写ベルト上にバアイスを印加した吸着ローラを設け、これと転写ベルト間に用紙を挿通することによって用紙に電荷を与えると、転写ベルトとの間の静電気力で用紙が強く吸着されるので、搬送を良好に行うことができる。
【００１０】
このように用紙を搬送する場合は、全ての環境下、全ての用紙種類、条件に対して適当な吸着を保証しなければならない。しかし、紙の主成分は吸湿性の高いセルロースであり、乾燥状態によっては抵抗値が大きく異なるため、紙への電荷の付与性が大きく異なってしまう。
【００１１】
例を挙げると、紙が水分を吸着する高温高湿環境（以下、Ｈ／Ｈ環境と略記し、３０℃／８０％ＲＨで代表させる）では、紙の抵抗が１０⁷Ωｃｍ程度まで低下して、電荷がリークしやすくなってしまい、一方、低温低湿環境（以下、Ｌ／Ｌ環境と略記し、１５℃／１０％ＲＨで代表させる）では、紙の抵抗が１０¹²Ωｃｍ程度にまで上昇してしまい、紙に対する電荷注入が生じづらくなって、電荷付与が難しい。また付与された電荷が逃げにくいため、チャージアップした紙の電位が後続のステーションに悪影響を及ぼす等の問題点を生じることがある。
【００１２】
さらに、自動両面プリント機構を持つ画像形成装置では、片面にプリントされた用紙が定着器を通過することによって紙中の水分が蒸発してしまい、転写ベルトに再給紙されたときには非常に抵抗が高い状態になっていて、吸着電荷を与えることが難しいという問題があった。
【００１３】
また各画像形成ステーションの転写部においても、用紙の抵抗が上昇するＬ／Ｌ環境や自動両面プリント時には、転写電荷の注入が起きにくく、転写不良が発生しやすいという問題点が生じていた。
【００１４】
本発明の目的は、使用環境やプリントモードに関係なく、転写ベルトに転写材を良好に吸着して、転写ベルトに吸着した転写材に画像を良好に転写して、転写不良による画像不良を発生することがない画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、トナー像を担持する像担持体と、転写材を搬送する転写材搬送手段と、吸着電圧の印加を受けて、前記転写材搬送手段に転写材を吸着する転写材吸着手段と、画像形成装置を使用する環境を検知をする環境検知手段と、転写材の片面のみにトナー像を形成する片面モードと、転写材の両面にトナー像を形成する両面モードと、を有し、前記像担持体から前記転写材搬送手段上の転写材にトナー像を転写するために転写電圧を印加する画像形成装置において、
前記両面モードにおいて転写材の１面目にトナー像を形成する時には、前記環境検知手段が高湿環境であると検知した場合よりも、低湿環境であると検知した場合の方の前記吸着電圧の値を大きくし、前記両面モードにおいて転写材の２面目に前記像担持体上のトナー像を転写する時には、前記環境検知手段の検知結果によらず前記吸着電圧の値を一定とすることを特徴とする画像形成装置である。
【００１６】
本発明の一実施態様によれば、前記転写材搬送手段に対して前記転写電圧を印加する側とは逆側に前記転写材吸着手段が配置されており、前記転写材吸着手段には吸着電圧が印加可能であり、前記転写電圧と前記吸着電圧の極性が同じである。
本発明の他の実施態様によれば、トナー像を担持する他の像担持体を有し、前記他の像担持体から前記転写材搬送手段上の転写材にトナー像を転写する。
本発明の他の実施態様によれば、前記像担持体と前記他の像担持体が、縦方向に並べて配置されている。
【００１７】
本発明の他の実施態様によれば、前記吸着電圧を出力する吸着高圧電源を有し、前記吸着高圧電源が定電圧制御された電圧を出力する。
本発明の他の実施態様によれば、前記吸着高圧電源の出力に上限リミターを設けている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に即して詳述する。
【００１９】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す断面図である。本実施例の画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したカラーの複写機もしくはレーザープリンターに構成されている。
【００２０】
図１に示すように、画像形成装置は、感光ドラム、現像器およびクリーニング装置等を有する４つの独立した画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを、縦形の回転軌道をとる転写ベルト８の上昇軌道側に沿って下から縦に一列に配置し、これらステーションＰ〜ＰＫに転写ベルト８に吸着した用紙を搬送して、ステーションＰ〜ＰＫで形成された各色のトナー像を用紙に多重転写することにより、フルカラー画像を得るようになっている。
【００２１】
図１において、符号１１〜１４は回転ドラム型の電子写真感光体、すなわち感光ドラムで、感光ドラム１１〜１４は、矢印の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。感光ドラム１１〜１４は、この回転過程で１次帯電ローラ２１〜２４により所定の極性・電位に一様に帯電処理され、ついで画像露光手段３１〜３４（レーザーダイオード、ポリゴンスキャナー、レンズ群等によって構成される）による画像露光を受けることにより、それぞれ目的のカラー画像の第１〜第４色成分像（本例ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック成分像）に対応した静電潜像が形成される。
【００２２】
ついで静電潜像は、それぞれのステーションＰＹ〜ＰＫの現像器４１〜４４により現像される。現像器４１〜４４はそれぞれ感光ドラム１１〜１４に対向配置されており、回転図示しない駆動手段によって矢印方向に回転される現像スリーブ４１ａ〜４４ａ上にトナーを担持して、各感光ドラムと対向した現像部に搬送して、感光ドラム上の静電潜像を現像する。
【００２３】
現像器４１、４２、４３、４４は、磁性体を含まないいわゆるノンマグトナーのイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーをそれぞれ収容している。現像器４１〜４４による現像は、一成分接触現像方式によって実施される。
【００２４】
転写ベルト８は各感光ドラム１１〜１４と同じ速度で回転駆動されている。用紙カセットから給紙された用紙は、レジストローラを経て転写ベルト８に供給され、転写ベルト８とこれに当接した吸着ローラ７とで構成される吸着ニップを通過して、転写ベルト８の表面に静電吸着される。吸着ローラ７は、直径６ｍｍの芯金上にソリッドゴムを成型したもので、用紙の静電吸着時、芯金に吸着用の高圧バイアス（吸着バイアス）を印加する。
【００２５】
本実施例では、吸着ローラ７は、ＥＰＤＭゴムを抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して用いた、直径２ｍｍのソリッドゴムローラに形成した。その抵抗値は、幅１ｃｍの金属箔をローラ外周に巻き付け、芯金との間に５００Ｖの電圧を印加して測定しており、この測定条件で１０⁵Ωである。
【００２６】
吸着バイアスは、画像形成装置本体に設置された図示しないＤＣコントローラにより、装置本体が使用される環境やプリント条件から決定し、ＤＣコントローラからの信号に基づいて高圧基板で発生される。そして吸着バイアスの電圧および電流を、高圧基板上のＡ／Ｄコンバーターによってモニターできるように構成されている。
【００２７】
転写ベルト８上に吸着された用紙は、各ステーションＰＹ〜ＰＫを通過するごとに、転写ベルト８を挟んで各感光ドラム１１〜１４と対向して配置された転写ローラ５１〜５４に転写バイアスを印加することにより、各感光ドラム１１〜１４上の各色のトナー像が重ね合わせて転写されて、用紙上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を重畳したカラー画像が形成される。
【００２８】
ついで用紙は、転写ベルト８の搬送方向後端（上端）の曲率によって、転写ベルト８から分離され、その後熱ローラ定着器９に送られて定着され、最終プリント画像として画像形成装置の機外に排出される。
【００２９】
自動両面プリントを行う場合には、定着器９を通過した用紙を一旦自動両面ユニット１０１に収容し、ついで用紙の後端を先頭にして導出することにより用紙の表裏を反転し、ついで両面用搬送路１００を通って再び給紙部から転写ベルト８に給紙し、用紙の感光ドラム１１〜１４側になった裏面に対しトナー像の多重転写を行い、ついで定着器９で定着する。
【００３０】
本実施例では、転写ベルト８は、カーボンブラックで体積抵抗１０¹²Ωｃｍに抵抗値制御したＥＴＦＥ樹脂の厚さ１００μｍの単層構成のシートを用いた。
【００３１】
本発明では、この転写ベルト８の体積抵抗の測定には、ＪＩＳＫ６９１１に準拠した測定プローブを使用し、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製の高抵抗計Ｒ８３４０で１００Ｖを印加して測定した値を正規化して、体積抵抗値として用いている。以下、本明細書において、転写ベルトや紙等の体積抵抗値は、この測定法による測定値を意味する。
【００３２】
さて、転写ベルト８の体積抵抗値が低いと、用紙に対する静電気による吸着力が低下するために、一般には転写ベルトの体積抵抗値は１０¹¹Ωｃｍ以上にする必要があるが、本実施例では、用紙を重力に逆らって垂直に搬送しなければならないので、より強い吸着力が必要とされ、転写ベルトの体積抵抗率を１０¹²Ωｃｍのように比較的高いものとしている。
【００３３】
このような比較的高抵抗の転写ベルトを用いると、吸着部で紙や転写ベルトに与えられた電荷が後続のステーションに至る前に減衰することが期待できないので、吸着部で極端に強く帯電すると、後続のステーションで転写不良や異常放電に基づく画像不良を招く。
【００３４】
また乾燥した用紙の体積抵抗値と転写ベルトのそれが近い値であることから、吸着バイアスを定電流制御した条件下で、小サイズ紙を通紙すると、転写ベルトの非通紙部に流れる電流が大きくなって、用紙に対する吸着電荷が相対的に減少し、吸着不良を引き起こすという問題点が生じる。
【００３５】
このことから、本実施例では、環境変動や小サイズ紙通紙時における吸着性を確保するために、吸着バイアスを定電圧制御とし、その吸着バイアス値を環境変動時や自動両面プリント時に変化させるようにした。
【００３６】
以下、本実施例の具体例を示す。
【００３７】
まず、吸着バイアスによる転写ベルト８と紙の吸着力を測定する実験を行った。吸着力の測定は、図２に示すように、紙を模したシートＳに紐ｑを付けて、その紐ｑをデジタルフォースゲージ１２０につなぐ。このシートＳを吸着バイアスを印加した吸着ローラ７と転写ベルト８の間を通過させて転写ベルト上に吸着させ、その状態で転写ベルトの回転でシートを移動することにより、移動するシートをゲージ１２０で引っ張る形にして、転写ベルトとシートが離れる瞬間の力をゲージ１２０で測定して、これを吸着力とした。
【００３８】
吸着バイアスはいくつかに変更して印加した。シートＳとしては、Ｈ／Ｈ環境での紙を想定した１０⁷Ωｃｍ、通常環境（２５℃／５０％ＲＨで代表する。以下Ｊ／Ｊ環境と略記）での紙を想定した１０⁹Ωｃｍ、Ｌ／Ｌ環境での紙を想定した１０¹¹Ωｃｍ、さらに自動両面プリントでの紙を想定した１０¹²Ωｃｍの４種の抵抗調整したものを用いた。結果を図３に示す。
【００３９】
図３に示されるように、用紙（シート）の抵抗によって同じ吸着力を得るために必要な吸着バイアスが異なる。
【００４０】
図１に示す画像形成装置では、紙を垂直搬送するために要する吸着力は、先に示した測定法で１０ｇｆ／ｃｍ²以上が必要である。
【００４１】
一般に用いられる水平の転写ベルトによる搬送では、重力によって用紙を転写ベルトに乗せたまま搬送を行うことが可能であるため、極論すれば、吸着力が０でも用紙ジャムを発生することがなく、垂直パスに付随するような問題点はない。
【００４２】
吸着力は、正負を問わずバイアスの絶対値と用紙抵抗によって決定されるが、吸着ローラ７に転写バイアスとは逆極性のマイナスの電圧を印加した場合には、吸着と同時に転写ベルト表面にマイナス電荷が帯電されて、以降の画像形成ステーションの転写部で必要とされる転写電圧が高くなってしまう。
【００４３】
一方、吸着ローラ７にプラスの電圧を印加した場合には、転写ベルト表面に帯電される電荷はプラス電荷になるため、後続の画像形成ステーションで必要とされる電圧の絶対値を低く抑えることができる。しかし、吸着電圧が高すぎると、転写ベルトに過剰にプラス電荷が帯電されてしまい、後続のステーションの転写部において、転写コントラストが高すぎることによる強抜けと呼ばれる再転写が発生する問題がある。
【００４４】
これらを考慮して、本実施例では、全環境において、さらには自動両面プリント時においても、２０ｇｆ／ｃｍ²程度の吸着力が得られるようにするために、吸着バイアスを変更制御可能な構成とする。
【００４５】
本実施例では、装置本体が使用される環境は、本体のＤＣコントローラ上に配置されている環境センサーが検知し、さらには自動両面プリント時には、ビデオインターフェースから得られる信号をＤＣコントローラが検知して、各条件に応じた吸着バイアスを高圧基板で発生させる。
【００４６】
本実施例で使用した吸着バイアスの数値を表１に示す。
【００４７】
【表１】

このような制御を行うことによって、どのような環境、どのようなプリントモードにおいても、垂直搬送パスの転写ベルトシステムにおいて、吸着不良やそれにともなう画像不良が発生するのを防いで、良好なプリントを行うことが可能となった。
【００４８】
以上の実施例では、環境や用紙の状態変化に対処するために、吸着バイアスの制御を定電圧制御するようにしたが、定電流制御を行うことによっても同様な効果を得ることができる。ただし、定電流制御の場合には、小サイズ紙通紙時の非通紙部への逃げ電流による吸着不良があるので、これを防ぐために吸着電圧の下限電圧リミッタを、また抵抗の高い紙を通紙したときの転写ベルトのチャージアップによる画像不良があるので、これを防ぐために上限電圧リミッタを設ける等の手段が必要となる。
【００４９】
以上のように、本実施例によれば、装置本体が使用される環境条件や片面／自動両面のプリントモードに応じて、転写ベルトへの用紙の吸着バイアスを切り替えるようにしたので、吸着不良やそれにともなう画像不良を防止することが可能となった。
【００５０】
実施例２
本実施例は、図１の画像形成装置において、装置本体が使用される環境条件や片面／自動両面プリントモードに応じて、各画像形成ステーションの転写バイアスを切り替えるようにしたことが特徴である。以下、必要に応じて図１を援用する。
【００５１】
インライン方式の電子写真装置では、転写ベルト８上に用紙を吸着させて各色のステーションＰＹ〜ＰＫを通過させて色重ねを行うが、転写ベルトの抵抗値が高い場合や用紙の抵抗値が高い場合には、これらの部材が静電的にチャージアップすることによって、各色のステーションを通過するにしたがって転写電圧を高くしなければ、良好な転写が確保できないという問題がある。
【００５２】
このようにステーションごとに転写電圧を上昇させる手法を「順次アップ」と称する。
【００５３】
転写ベルト抵抗が紙抵抗に比較して十分高い場合には、紙抵抗は無視できるため、環境変動や両面プリント時にも転写バイアスを変化させる必要性は少ない。これに対し、転写ベルト抵抗を低くした場合には、紙抵抗の環境変動によって必要とされる転写バイアスが変化し、同じ転写電圧、同じ順アップ量では対応が難しくなる。さらに自動両面プリントを行った場合には、一旦定着器９を通過して乾燥した用紙は、抵抗が非常に高いため転写不良が発生しやすくなる。
【００５４】
転写ベルト８は高抵抗にすると吸着力を高くでき、紙等の周辺部材の抵抗変動の影響を受け難くなる一方、チャージアップが大きく、毎回のベルト除電手段が必要になる等の欠点を有している。低抵抗ベルトでは高い吸着力を期待できないものの、ステーション間を通過する間にベルト電位は自然減衰するため順次アップの必要性が少なく、またベルト除電手段が不要であるといった利点を持っている。
【００５５】
一般に高抵抗ベルトは静電容量型、低抵抗ベルトは抵抗型と称され、１０¹¹Ωｃｍ程度のベルトは低抵抗型に分類する。
【００５６】
本実施例は、転写ベルト８として低抵抗ベルトを用いた場合に、片面プリントと自動両面プリントとで、転写バイアスを切り替えることが特徴である。この抵抗領域では、ベルト表面電位の自然減衰が早いため、転写電荷によって与えられた転写ベルトの表面電位（チャージアップ）がつぎのステーションに達するまでに緩和されて、転写電圧をステーションを経るにしたがって順次アップする必要がない。
【００５７】
例を挙げると、図１のインライン方式の電子写真プリンターにおいて、転写ベルト８として、カーボンブラックで１０¹¹Ωｃｍに抵抗調整したＥＴＦＥ樹脂シートのベルトを用いた場合、転写バイアスは全てのステーションＰＹ〜ＰＫで１．０ｋＶの定電圧で良好な転写を行うことができた。また転写ベルト表面電位の自然減衰が早いために、吸着バイアスが正負どちらでも後続のステーションに影響を与えることはなかった。
【００５８】
このような抵抗型の転写ベルトは、ベルトの除電手段が必要ないことや、転写電圧の絶対値を低くできること、各ステーションごとに緻密な転写バイアス制御を行う必要がないことから、低コストの装置を作る場合には非常に効果的である。
【００５９】
しかし、先に述べた抵抗型の転写ベルト（カーボンブラックで抵抗調整の１０¹¹ΩｃｍのＥＴＦＥ樹脂シートによるベルト）を用いた本構成において、自動両面プリントを行ったところ、激しい転写不良が発生した。低抵抗の転写ベルトでは、小サイズ紙のプリント時の非通紙部逃げ電流が非常に大きくなるため、転写バイアスの定電流制御は難しく、定電圧制御が必須になる。
【００６０】
低抵抗ベルトでは、印加された転写電圧のほとんどが紙に分圧されている。転写ベルトへの分圧が小さいため、先に述べたように転写電圧の絶対値を低くすることができるが、用紙の抵抗値変化に対しては許容度が小さくなるという本質的問題を有している。このため定電圧制御においては、抵抗値の高い用紙、特に定着直後の乾燥した用紙が通過する自動両面プリント時には、転写不良が発生しやすくなってしまう。また乾燥した用紙は転写電荷を与えられることによって各ステーションを通過するごとにチャージアップを起こし、下流のステーションに行くにしたがって転写不良はさらに激しくなる。
【００６１】
このような問題点を解決するために、本実施例では、自動両面プリント時等の抵抗の高い用紙がプリントされる際に、転写電圧を高く制御し、さらに順次アップを行うようにした。
【００６２】
本実施例の具体例を示す。
【００６３】
実施例１のインライン方式のプリンターにおいて、体積抵抗１０¹¹Ωｃｍの転写ベルトを用いた。Ｊ／Ｊ環境において、通常の片面プリント時の転写バイアスを全ステーションで１．０ｋＶで定電圧制御したところ、良好な転写が得られた。一方、同じ条件で自動両面プリントを行ったところ、下流のステーションになるに従い転写不良が悪化した。
【００６４】
そこで、自動両面プリント時には全ステーションの転写電圧を嵩上げし、さらに下流のステーションに行くにしたがって２００Ｖの順次アップを行ったところ、良好な転写が行えるようになった。またＬ／Ｌ環境で片面プリントを行ったところ、Ｌ／Ｌ環境にある程度放置した紙では、転写不良が発生することが判明したため、各環境ごとに転写バイアスの微調整を行うこととした。
【００６５】
本実施例で用いた各環境ごとの転写バイアスを表２に示す。
【００６６】
【表２】

表２にしたがって例を挙げると、Ｌ／Ｌの両面プリントでは１色目が１．４ｋＶ、順次アップ量が０．３ｋＶであるため、１色目の１．４ｋＶの転写電圧から、１．４→１．７→２．０→２．３ｋＶというように、ステーションを経るにしたがって転写電圧が上昇し、４色目では２．３ｋＶで転写を行うことになる。
【００６７】
一方、Ｊ／Ｊ環境の１面目では、１色目電圧１．０ｋＶで順次アップ量０ｋＶであるため、全ステーションで１．０ｋＶで定電圧制御を行うこととなる。
【００６８】
本実施例では、このような制御を行うことによって、全ての環境において、自動両面プリントを行っても、転写不良等の画像不良を起こすことなく、良好なプリントが得られるようになった。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、イランイン方式の電子写真画像形成装置において、転写ベルトへの用紙の吸着を行う吸着ローラに印加するバイアスを、装置本体が使用される環境や、プリントモードによって変更させるようにしたので、吸着不良によるジャムや画像不良を起こすことなく、良好なプリントが行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明で行った用紙を模したシートの転写ベルト上の吸着力の測定法を示す説明図である。
【図３】図２の方法で測定した吸着力と吸着バイアスの関係をシート抵抗をパラメータとして示すグラフである。
【図４】従来の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
７吸着ローラ
８転写ベルト
９定着器
１１〜１４感光ドラム
４１〜４４現像器
５１〜５４転写ローラ
１０１自動両面ユニット
ＰＹ〜ＰＫ画像形成ステーション[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-line image forming apparatus using electrophotography, and more particularly to an image forming apparatus improved in electrostatic attraction of a transfer material to a belt-like transfer material conveying unit and transfer of an image to a transfer material. It is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, image forming apparatuses such as electrophotographic apparatuses have been increased in speed, function, and color, and various types of printers based on this have been put on the market.
[0003]
Among these, a plurality of image forming units are arranged in series along the belt-shaped conveying unit, and each color obtained by each image forming unit is conveyed to the image forming paper called a transfer material by the conveying unit. The in-line image forming apparatus that sequentially superimposes the toner images on the paper and performs multiple transfer is expected to become the mainstay of future color printers because it can form color images at high speed.
[0004]
Also, in recent years, from the viewpoint of increasing the functionality of printers, there has been an increasing demand for paper size and thickness (basis weight), diversity of paper that can be handled such as rough paper, and the need for double-sided printing. .
[0005]
As shown in FIG. 4, the in-line type printer has four ordinary image forming stations PY, PM, PC, and PK of different colors arranged along a horizontal transfer belt 8 that is a belt-shaped transfer material conveying unit. A method of arranging devices in a direction is general. However, when such a configuration is adopted, there is a problem that an installation area of the device becomes large and a demand for miniaturization of the device in the office cannot be satisfied.
[0006]
Further, since the image exposure means 31 to 34 such as a laser scanner are located at the upper part of the main body of the apparatus, it is difficult to access the inside by opening the main body upward. There is a problem that it is difficult to exchange 14 or that the operability when the paper is jammed is poor.
[0007]
For this reason, as shown in FIG. 1, the transfer belt 8 and the image forming stations PY to PK are arranged vertically, thereby reducing the installation area of the apparatus, and further vertically extending the apparatus main body along the sheet conveyance path. A main body configuration has been devised to improve the jam handling performance and the exchangeability of consumables.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when such a paper conveyance type main body configuration is adopted , various defects may occur due to poor adsorption between the transfer belt and the paper . For example, there are problems such as conveyance jams, image defects due to paper floating from the transfer belt, and registration errors between colors .
[0009]
In order to prevent these problems, it is necessary to transport the paper to each station after the paper is firmly adsorbed to the transfer belt in advance. For this reason, if a suction roller to which baice is applied is provided on the transfer belt and the paper is charged by inserting the paper between this and the transfer belt, the paper is strongly attracted by the electrostatic force between the transfer belt and the paper. , Can be carried out satisfactorily.
[0010]
When transporting this way the sheet, all environment, all paper types, must ensure proper adsorption to the conditions. However, the main component of paper is cellulose with high hygroscopicity, and the resistance value varies greatly depending on the dry state.
[0011]
For example, in a high-temperature and high-humidity environment where paper adsorbs moisture (hereinafter abbreviated as H / H environment and represented by 30 ° C./80% RH), the resistance of the paper decreases to about 10 ⁷ Ωcm. On the other hand, in the low-temperature and low-humidity environment (hereinafter abbreviated as L / L environment and represented by 15 ° C./10% RH), the paper resistance increases to about 10 ¹² Ωcm. As a result, it is difficult to inject charges into the paper, and it is difficult to apply charges. In addition, since the applied charge is difficult to escape, the potential of the charged paper may adversely affect subsequent stations.
[0012]
Furthermore, in an image forming apparatus having an automatic double-sided printing mechanism, water in the paper evaporates when the paper printed on one side passes through the fixing device, and when the paper is re-fed to the transfer belt, it is very resistant. There was a problem that it was in a high state and it was difficult to give an adsorption charge.
[0013]
Also in the transfer section of each image forming station, there has been a problem that transfer charges are less likely to be injected during L / L environments where the resistance of the paper is increased and automatic double-sided printing, and transfer defects are likely to occur.
[0014]
The object of the present invention is to attract the transfer material to the transfer belt satisfactorily and transfer the image onto the transfer material adsorbed to the transfer belt , regardless of the usage environment and print mode, and to cause image defects due to transfer defects. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that does not need to be performed.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the image forming apparatus according to the present invention. In summary, the present invention relates to an image carrier that carries a toner image, a transfer material transport unit that transports a transfer material, and a transfer material that attracts the transfer material to the transfer material transport unit upon application of an adsorption voltage. An adsorbing means, an environment detecting means for detecting an environment in which the image forming apparatus is used, a single-sided mode for forming a toner image only on one side of the transfer material, and a double-sided mode for forming a toner image on both sides of the transfer material. An image forming apparatus for applying a transfer voltage to transfer a toner image from the image carrier to a transfer material on the transfer material transport unit;
When the toner image is formed on the first surface of the transfer material in the double-sided mode, the value of the adsorption voltage when the environment detection unit detects a low humidity environment than when the environment detection unit detects the high humidity environment. When the toner image on the image carrier is transferred to the second surface of the transfer material in the double-side mode, the value of the adsorption voltage is made constant regardless of the detection result of the environment detection means. An image forming apparatus.
[0016]
According to an embodiment of the present invention, the transfer material adsorbing means is disposed on the opposite side of the transfer material conveying means from the side to which the transfer voltage is applied, and the transfer material adsorbing means has an adsorption voltage. Can be applied, and the polarity of the transfer voltage and the suction voltage is the same.
According to another embodiment of the present invention, the image forming apparatus includes another image carrier that carries a toner image, and transfers the toner image from the other image carrier to a transfer material on the transfer material transport unit.
According to another embodiment of the present invention, the image carrier and the other image carrier are arranged side by side in the vertical direction.
[0017]
According to another embodiment of the present invention, the high-voltage power supply that outputs the suction voltage is provided, and the high-voltage power supply outputs a voltage under constant voltage control.
According to another embodiment of the present invention, an upper limiter is provided at the output of the adsorption high-voltage power supply.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. The image forming apparatus of the present embodiment is configured as a color copying machine or laser printer using an electrophotographic process.
[0020]
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus includes four independent image forming stations PY, PM, PC, and PK having a photosensitive drum, a developing device, a cleaning device, and the like. Arranged in a line vertically from the bottom along the track side, the sheet adsorbed to the transfer belt 8 is conveyed to the stations P to PK, and the toner images of the respective colors formed at the stations P to PK are multiplex-transferred onto the sheet. As a result, a full-color image is obtained.
[0021]
In FIG. 1, reference numerals 11 to 14 denote rotating drum type electrophotographic photosensitive members, that is, photosensitive drums. The photosensitive drums 11 to 14 are rotationally driven in a counterclockwise direction indicated by an arrow at a predetermined peripheral speed (process speed). The photosensitive drums 11 to 14 are uniformly charged to a predetermined polarity and potential by the primary charging rollers 21 to 24 during this rotation process, and then are exposed to image exposure means 31 to 34 (laser diodes, polygon scanners, lens groups, etc.). Are formed, electrostatic latent images corresponding to the first to fourth color component images of the target color image (in this example, yellow, magenta, cyan, and black component images) are formed. The
[0022]
Next, the electrostatic latent images are developed by the developing devices 41 to 44 of the respective stations PY to PK. The developing devices 41 to 44 are respectively arranged to face the photosensitive drums 11 to 14, and carry toner on developing sleeves 41 a to 44 a that are rotated in a direction indicated by an arrow by a driving unit (not shown) to face each photosensitive drum. The electrostatic latent image on the photosensitive drum is developed by being conveyed to the developing unit.
[0023]
The developing

units

41, 42, 43, and 44 respectively store yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) toners of non-mag toner that does not include a magnetic material. Development by the developing devices 41 to 44 is performed by a one-component contact development method.
[0024]
The transfer belt 8 is driven to rotate at the same speed as the photosensitive drums 11 to 14. The paper fed from the paper cassette is supplied to the transfer belt 8 through a registration roller, passes through a suction nip composed of the transfer belt 8 and the suction roller 7 in contact with the transfer belt 8, and then the surface of the transfer belt 8. Is electrostatically adsorbed on the surface. The suction roller 7 is formed by molding a solid rubber on a core metal having a diameter of 6 mm, and applies a high pressure bias (suction bias) for suction to the core metal when the sheet is electrostatically attracted.
[0025]
In this embodiment, the suction roller 7 is formed as a solid rubber roller having a diameter of 2 mm using EPDM rubber dispersed with carbon black for resistance adjustment. The resistance value is measured by winding a metal foil having a width of 1 cm around the outer periphery of the roller and applying a voltage of 500 V between the metal core and 10 ⁵ Ω under the measurement conditions.
[0026]
The suction bias is determined by a DC controller (not shown) installed in the image forming apparatus main body from the environment in which the apparatus main body is used and the printing conditions, and is generated on the high-voltage board based on a signal from the DC controller. The voltage and current of the adsorption bias can be monitored by an A / D converter on the high voltage substrate.
[0027]
Each time the sheet adsorbed on the transfer belt 8 passes through the stations PY to PK, a transfer bias is applied to the transfer rollers 51 to 54 disposed facing the photosensitive drums 11 to 14 with the transfer belt 8 interposed therebetween. By applying the toner image, the toner images of the respective colors on the photosensitive drums 11 to 14 are superimposed and transferred to form a color image in which the toner images of four colors of yellow, magenta, cyan, and black are superimposed on the paper. .
[0028]
Next, the sheet is separated from the transfer belt 8 by the curvature of the rear end (upper end) of the transfer belt 8 in the conveyance direction, and then sent to the heat roller fixing device 9 to be fixed, and as a final print image outside the image forming apparatus. Discharged.
[0029]
When performing automatic double-sided printing, the paper that has passed through the fixing device 9 is temporarily stored in the automatic double-sided unit 101, and then the paper is reversed with the trailing edge of the paper leading, and then transported for both sides. The sheet is fed again from the sheet feeding unit to the transfer belt 8 through the path 100, and the toner image is multiplex-transferred to the back surface of the sheet on the photosensitive drums 11 to 14 side, and then fixed by the fixing unit 9.
[0030]
In this embodiment, the transfer belt 8 is a single-layered sheet of ETFE resin having a volume resistance of 10 ¹² Ωcm and controlled in carbon black with a thickness of 100 μm.
[0031]
In the present invention, the volume resistance of the transfer belt 8 is measured by using a measurement probe in accordance with JIS K6911, normalizing the value measured by applying 100 V with a high resistance meter R8340 manufactured by ADVANTEST, It is used as a resistance value. Hereinafter, in this specification, the volume resistance value of a transfer belt, paper, or the like means a value measured by this measurement method.
[0032]
Now, if the volume resistance value of the transfer belt 8 is low, the attracting force due to static electricity on the paper is lowered. Therefore, the volume resistance value of the transfer belt generally needs to be 10 ¹¹ Ωcm or more. Since the sheet has to be conveyed vertically against gravity, a stronger suction force is required, and the volume resistivity of the transfer belt is relatively high, such as 10 ¹² Ωcm.
[0033]
If such a relatively high resistance transfer belt is used, the charge applied to the paper or the transfer belt at the suction portion cannot be expected to decay before reaching the subsequent station. In subsequent stations, transfer defects and image defects based on abnormal discharge are caused.
[0034]
In addition, since the volume resistance value of the dried paper and that of the transfer belt are close to each other, the current that flows through the non-sheet passing portion of the transfer belt when small-size paper is passed under the condition that the suction bias is controlled at a constant current. Increases, the charge on the paper is relatively reduced, which causes a problem of poor suction.
[0035]
Therefore, in this embodiment, the suction bias is set to constant voltage control and the suction bias value is changed at the time of environmental change or automatic duplex printing in order to secure the suction property when the environment changes or when passing small-size paper. I did it.
[0036]
Hereinafter, specific examples of this embodiment will be shown.
[0037]
First, an experiment was performed to measure the suction force between the transfer belt 8 and the paper due to the suction bias. As shown in FIG. 2, the suction force is measured by attaching a string q to a sheet S imitating paper and connecting the string q to the digital force gauge 120. The sheet S is passed between the adsorbing roller 7 to which an adsorbing bias is applied and the transfer belt 8 to be adsorbed on the transfer belt, and in this state, the sheet is moved by the rotation of the transfer belt. The force at the moment when the transfer belt and the sheet were separated was measured with a gauge 120, and this was taken as the adsorption force.
[0038]
The adsorption bias was applied in several ways. The sheet S, H / H environment for 10 ⁷ [Omega] cm the paper is assumed, normal environment (representing at 25 ℃ / 50% RH. Or less J / J environment for short) at the 10 ⁹ [Omega] cm the paper is assumed, Four types of resistance-adjusted ones, 10 ¹¹ Ωcm assuming a paper in an L / L environment and 10 ¹² Ωcm assuming a paper in automatic duplex printing, were used. The results are shown in FIG.
[0039]
As shown in FIG. 3, the suction bias required to obtain the same suction force varies depending on the resistance of the sheet (sheet).
[0040]
In the image forming apparatus shown in FIG. 1, the suction force required for vertically transporting paper needs to be 10 gf / cm ² or more by the measurement method described above.
[0041]
In the conveyance using a horizontal transfer belt that is generally used, it is possible to carry the sheet while it is placed on the transfer belt by gravity. Therefore, as a matter of course, there is no occurrence of a sheet jam even if the suction force is zero, There are no problems associated with the path.
[0042]
The attracting force is determined by the absolute value of the bias and the paper resistance regardless of whether it is positive or negative. However, when a negative voltage having a polarity opposite to the transfer bias is applied to the attracting roller 7, it is minus on the transfer belt surface simultaneously with the attracting. When the electric charge is charged, the transfer voltage required in the transfer section of the subsequent image forming station becomes high.
[0043]
On the other hand, when a positive voltage is applied to the suction roller 7, the charge charged on the surface of the transfer belt becomes a positive charge, so that the absolute value of the voltage required in the subsequent image forming station can be kept low. it can. However, if the adsorption voltage is too high, the transfer belt is excessively charged with positive charges, and there is a problem that retransfer, called “strengthening” due to the transfer contrast being too high, occurs in the transfer portion of the subsequent station.
[0044]
In consideration of these, this embodiment has a configuration in which the suction bias can be changed and controlled in order to obtain a suction force of about 20 gf / cm ² in all environments and even during automatic duplex printing. To do.
[0045]
In this embodiment, the environment in which the apparatus main body is used is detected by an environmental sensor disposed on the DC controller of the main body. Further, during automatic duplex printing, the DC controller detects a signal obtained from the video interface. The adsorption bias corresponding to each condition is generated on the high-pressure substrate.
[0046]
Table 1 shows the values of the suction bias used in this example.
[0047]
[Table 1]

By performing such control, in any environment and in any print mode, the transfer belt system in the vertical conveyance path prevents occurrence of suction failure and accompanying image failure, and good printing is achieved. It became possible to do.
[0048]
In the above embodiment, the adsorption bias is controlled at a constant voltage in order to cope with changes in the environment and the state of the paper. However, the same effect can be obtained by performing the constant current control. However, in the case of constant current control, there is an adsorption failure due to the escape current to the non-sheet passing part when passing small size paper. To prevent this, use a lower limit voltage limiter for the adsorption voltage and high resistance paper. Since there is an image defect due to charge-up of the transfer belt when the paper is passed, a means such as providing an upper limit voltage limiter is necessary to prevent this.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the suction bias of the paper to the transfer belt is switched according to the environmental conditions in which the apparatus main body is used and the single-sided / automatic double-sided printing mode. As a result, image defects can be prevented.
[0050]
Example 2
This embodiment is characterized in that, in the image forming apparatus of FIG. 1, the transfer bias of each image forming station is switched according to the environmental conditions in which the apparatus main body is used and the single-sided / automatic double-sided printing mode. Hereinafter, FIG. 1 is used as necessary.
[0051]
In an in-line type electrophotographic apparatus, a sheet is adsorbed on the transfer belt 8 and passed through the stations PY to PK of each color to perform color superposition. However, when the resistance value of the transfer belt is high or the resistance value of the sheet is high However, since these members are electrostatically charged up, good transfer cannot be ensured unless the transfer voltage is increased as it passes through each color station.
[0052]
Such a method of increasing the transfer voltage for each station is referred to as “sequential increase”.
[0053]
When the transfer belt resistance is sufficiently higher than the paper resistance, the paper resistance is negligible, so there is little need to change the transfer bias even during environmental changes and double-sided printing. On the other hand, when the transfer belt resistance is lowered, the required transfer bias changes due to the environmental variation of the paper resistance, and it becomes difficult to cope with the same transfer voltage and the same forward increase amount. Further, when automatic double-sided printing is performed, the paper once dried after passing through the fixing device 9 has a very high resistance, so that transfer defects are likely to occur.
[0054]
When the transfer belt 8 has a high resistance, the adsorption force can be increased, and it is difficult to be affected by resistance fluctuations of peripheral members such as paper. On the other hand, the transfer belt 8 has a drawback that the charge-up is large and belt neutralization means is required each time. ing. Although a low resistance belt cannot be expected to have a high attracting force, the belt potential is naturally attenuated while passing between stations, so that there is little need for sequential increase, and there is an advantage that belt neutralizing means is unnecessary .
[0055]
In general, a high resistance belt is referred to as an electrostatic capacity type, and a low resistance belt is referred to as a resistance type, and a belt of about 10 ¹¹ Ωcm is classified as a low resistance type.
[0056]
In this embodiment, when a low resistance belt is used as the transfer belt 8, the transfer bias is switched between single-sided printing and automatic double-sided printing. In this resistance region, since the natural decay of the belt surface potential is fast, the surface potential (charge-up) of the transfer belt given by the transfer charge is relaxed before reaching the next station, and the transfer voltage is passed through the station. There is no need to upgrade sequentially.
[0057]
For example, when an ETFE resin sheet belt whose resistance is adjusted to 10 ¹¹ Ωcm with carbon black is used as the transfer belt 8 in the inline type electrophotographic printer of FIG. 1, the transfer bias is set to all stations PY to PK. Thus, good transfer could be performed at a constant voltage of 1.0 kV. Also, since the natural attenuation of the transfer belt surface potential was fast, the subsequent station was not affected regardless of whether the adsorption bias was positive or negative.
[0058]
Such a resistance type transfer belt does not require a belt neutralization means, can reduce the absolute value of the transfer voltage, and does not need to perform precise transfer bias control for each station. It is very effective when making.
[0059]
However, in this configuration using the above-described resistance type transfer belt (belt made of carbon black with a resistance adjustment of 10 ¹¹ Ωcm ETFE resin sheet), when automatic double-sided printing was performed, severe transfer failure occurred. With a low-resistance transfer belt, the non-sheet passing portion escape current when printing small-size paper becomes very large, so it is difficult to perform constant current control of the transfer bias, and constant voltage control is essential.
[0060]
In the low resistance belt, most of the applied transfer voltage is divided on the paper. Since the partial pressure to the transfer belt is small, the absolute value of the transfer voltage can be lowered as described above, but there is an essential problem that the tolerance is reduced with respect to the change in the resistance value of the paper. ing. For this reason, in the constant voltage control, transfer failure tends to occur during automatic double-sided printing in which a sheet having a high resistance value, in particular, a dried sheet immediately after fixing passes. Also, the dried paper is given a transfer charge, so that it is charged up every time it passes through each station, and the transfer failure becomes more severe as it goes to the downstream station.
[0061]
In order to solve such problems, in this embodiment, when a sheet having high resistance is printed during automatic double-sided printing, the transfer voltage is controlled to be higher and further sequentially increased.
[0062]
A specific example of this embodiment will be shown.
[0063]
In the inline-type printer of Example 1, a transfer belt having a volume resistance of 10 ¹¹ Ωcm was used. In a J / J environment, when the transfer bias during normal single-sided printing was controlled at a constant voltage of 1.0 kV at all stations, good transfer was obtained. On the other hand, when automatic double-sided printing was performed under the same conditions, transfer defects worsened as the station became downstream.
[0064]
Therefore, when the automatic duplex printing is performed, the transfer voltage of all stations is increased and the voltage is gradually increased by 200 V toward the downstream station. As a result, good transfer can be performed. Further, when single-sided printing was performed in an L / L environment, it was found that a transfer failure occurred in paper left in the L / L environment to some extent. Therefore, the transfer bias was finely adjusted for each environment.
[0065]
Table 2 shows the transfer bias for each environment used in this example.
[0066]
[Table 2]

Taking an example according to Table 2, since the first color is 1.4 kV and the increase amount is 0.3 kV in L / L double-sided printing, 1.4 → 1 from the transfer voltage of 1.4 kV for the first color. The transfer voltage rises as it passes through the station, such as 0.7 → 2.0 → 2.3 kV, and transfer is performed at 2.3 kV for the fourth color.
[0067]
On the other hand, in the first surface of the J / J environment, the first color voltage is 1.0 kV and the increase amount is 0 kV sequentially, so constant voltage control is performed at 1.0 kV in all stations.
[0068]
In this embodiment, by performing such control, even if automatic double-sided printing is performed in all environments, good prints can be obtained without causing image defects such as transfer defects.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the iran-in type electrophotographic image forming apparatus, the bias applied to the suction roller for sucking the paper onto the transfer belt can be applied to the environment in which the apparatus main body is used, the print Since the mode is changed depending on the mode, a good print can be performed without causing a jam or an image defect due to a suction failure .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a method for measuring an adsorption force on a transfer belt of a sheet simulating a sheet according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the suction force and the suction bias measured by the method of FIG. 2 with the sheet resistance as a parameter.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a conventional image forming apparatus.
[Explanation of symbols]
7 Adsorption Roller 8 Transfer Belt 9 Fixing Units 11-14 Photosensitive Drums 41-44 Developing Units 51-54 Transfer Roller 101 Automatic Duplex Units PY-PK Image Forming Station

Claims

An image carrier that carries a toner image, a transfer material conveyance unit that conveys a transfer material, a transfer material adsorption unit that adsorbs a transfer material to the transfer material conveyance unit upon application of an adsorption voltage, and an image forming apparatus An environment detecting means for detecting an environment to be used, a single-sided mode for forming a toner image only on one side of the transfer material, and a double-sided mode for forming a toner image on both sides of the transfer material, from the image carrier In an image forming apparatus for applying a transfer voltage to transfer a toner image to a transfer material on the transfer material conveying means,
When the toner image is formed on the first surface of the transfer material in the double-sided mode, the value of the adsorption voltage when the environment detection unit detects a low humidity environment than when the environment detection unit detects the high humidity environment. When the toner image on the image carrier is transferred to the second surface of the transfer material in the double-side mode, the value of the adsorption voltage is made constant regardless of the detection result of the environment detection means. Image forming apparatus.

The transfer material adsorbing means is disposed on the opposite side of the transfer material conveying means from the side to which the transfer voltage is applied, and an adsorbing voltage can be applied to the transfer material adsorbing means. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the attracting voltages have the same polarity.

3. The image according to claim 1, further comprising: another image carrier that carries a toner image, wherein the toner image is transferred from the other image carrier to a transfer material on the transfer material conveying unit. Forming equipment.

The image forming apparatus according to claim 3, wherein the image carrier and the other image carrier are arranged side by side in a vertical direction.

5. The image forming apparatus according to claim 1, further comprising an adsorption high-voltage power supply that outputs the adsorption voltage, wherein the adsorption high-voltage power supply outputs a voltage under constant voltage control.

The image forming apparatus according to claim 5, wherein an upper limiter is provided for an output of the suction high voltage power source.