JP4353760B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機やプリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関するものであり、詳しくは、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤で顕像化する現像手段と、前記顕像化した現像剤と同極の電荷を与える転写前帯電手段と、前記顕像化した現像剤を転写材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置に関する。

感光体・誘電体・磁性体等の像担持体に、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセスなど適宜の作像プロセスを適用して目的の画像情報に対応した可転写像（トナー像）を形成担持させ、そのトナー像を紙等のシート状の転写材に静電的に転写させ、転写材面に転写したトナー像を永久固着像として定着させる転写式の複写機・プリンタ等の画像形成装置、さらには、同一の転写材を像担持体の転写部位に複数回給送させてトナー像の転写・定着を複数回実行させることで、両面ないし多重画像形成物を出力する両面・多重画像形成機能を有する転写式の画像形成装置において、像担持体から転写材にトナー像を静電転写する手段として、導電性の弾性転写ローラ・転写ベルト等の転写手段を像担持体に対向当接させ、その転写手段と像担持体の当接箇所である転写部位に、像担持体上のトナー像の先端にタイミングを合わせて転写材を挿通するとともに、転写手段に転写バイアス電圧を印加して像担持体上のトナー像を転写材側へ静電的に転移（転写）させる接触式静電転写手段が用いられている。

図１に上記接触式静電転写手段を用いた画像形成装置の一例（電子写真複写機）の概略構成を示す。ドラム状の像担持体１は矢示方向に回転駆動され、像担持体１の周囲に配置したメイン帯電器２や不図示の露光手段等によって像担持体１上に静電潜像を形成し、さらにその静電潜像を現像剤（トナー）で顕像化する現像器３によって現像して、像担持体１の周面（表面）に目的の画像情報に対応した可転写像（トナー像）が形成される。

一方、不図示の給紙部から転写材が、搬送ローラ・ガイド等の転写材搬送手段６によって、転写ベルト５と前記像担持体１との対向圧接ニップ部である転写部位７に対して、像担持体１上のトナー像の先端部が転写部位７に到達したときに転写材の先端部も転写部位７に到達するタイミングで給送されるとともに、転写ベルト５に対して転写電源から所定の転写バイアスが印加され、その転写バイアスで形成される電界の作用で像担持体１側のトナー像が転写材側に順次転写される。

このような接触式静電転写手段は、像担持体１に近接して転写帯電器を配設して両者の間に転写材を通過させながら転写帯電器に転写バイアスを印加し、このとき発生するコロナ放電によってトナー像の転写を行う非接触式のコロナ放電転写手段に比べて、転写材背面に過剰の電荷を与えるおそれが少ないので、文字まわりへのトナーの飛び散りがほとんどない。さらに、転写部位７において、転写材が像担持体１と転写ベルト５とによって保持されるので、転写部位７の前後に存在する転写材搬送手段６、定着部などへの転写材の進入・排出時に受けるショックによって転写づれを生じるおそれが少なく、良質の画像が得られる利点がある。また、転写用のコロナワイヤ電極も無いのでワイヤの汚れによる障害も無く、高圧放電に基づくオゾンの発生や窒化物の生成も無く、これらによる感光体や画質の劣化なども少ないなど種々の利点がある。

しかし、接触式静電転写手段においても、転写材が調湿紙の場合、トナーの転写不良のため、定着時に尾引きが発生し易いので、この転写不良（尾引き）を防止するために、図１に示すように、転写部位７の前に転写前帯電器４を像担持体１と一定の間隔を保つように設置し、この転写前帯電器４に帯電用の電圧を印加して、前記トナーと同極の電荷を当該トナー及び像担持体１に対して与えている。これにより、像担持体１とトナーの電気的な吸引力を弱めて、転写部位７におけるトナーの転写効率をアップさせるようにしている（例えば特許文献１参照）。

上記特許文献１には、直流電圧、あるいは直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を転写前帯電器に印加し、低湿、中湿、高湿の環境条件の変化に応じて、転写前帯電器の出力（帯電電流値）を切りかえることで画像の中抜けを防止する点が記載されている。
また、転写前帯電器を備えた画像形成装置に関する別の特許文献には、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を転写前帯電器に印加し、温度と湿度の条件に応じて転写前帯電器をオンオフ制御する構成が記載されている（特許文献２参照）。

特開平８−１８５０６４号公報 特開平９−２４４４３１号公報

しかし、従来技術によれば、環境条件の変化により、特に高温高湿環境下において、転写前帯電の出力値によっては転写前帯電器でリークが発生するおそれがあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転写前帯電において環境条件の変化によるリーク発生のリスクを回避しつつ、転写性能を確保するようにした画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の特徴構成は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤で顕像化する現像手段と、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して前記顕像化した現像剤と同極の電荷を与える転写前帯電手段と、前記顕像化した現像剤を転写材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置であって、前記転写前帯電手段が、前記交流電圧の波形を異なる波形に切り換え可能に構成され、さらに、温度及び湿度を検出する温湿度検出手段と、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応して、温度及び湿度が基準条件に対して高温高湿側の場合は正弦波とし、当該基準条件に対して低温低湿側の場合は前記正弦波と同一の波高値及び対称性を有する矩形波として前記交流電圧の波形が記憶された記憶部と、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応して前記記憶部に記憶された前記交流電圧の波形に応じて、前記転写前帯電手段の交流電圧の波形を切換制御する制御手段と、を備える点にある。

すなわち、転写前帯電手段で切り換え可能な異なる交流波形ごとに、環境条件とリークの発生し易さの関係、及び環境条件と転写性能の関係を求めておいて、環境条件を表わす情報に基づいて制御手段が、リークが発生せずしかも転写性能が確保されるように、転写前帯電手段における交流電圧の波形を切り換える。
従って、転写前帯電において環境条件の変化によるリーク発生のリスクを回避しつつ、転写性能を確保するようにした画像形成装置が提供される。

上述したように、前記制御手段は、温度及び湿度を検出する温湿度検出手段の検出情報に基づいて前記交流電圧波形の切換制御を実行する。

すなわち、温度及び湿度の情報は環境条件を表わす情報であり、しかも温度及び湿度条件は転写前帯電手段による放電特性や、像担持体及び現像剤での電荷保持特性に大きく影響する。また、温度及び湿度は汎用の温度センサや湿度センサ等の温湿度検出手段を用いて比較的容易に検出することができる。
従って、転写前帯電手段における交流電圧波形の切換制御を環境条件に基づいて的確にまた容易に実行することができる画像形成装置の好適な実施形態が提供される。

上述したように、前記転写前帯電手段は、前記交流電圧の波形として、矩形波と、正弦波とに切り換え可能に構成され、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応する前記交流電圧の波形が記憶された記憶部を備え、前記制御手段は、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応して前記記憶部に記憶された前記交流電圧の波形に応じて、前記転写前帯電手段の交流電圧の波形を切り換える。

すなわち、交流電圧の波高値が同じ場合には、一般的に矩形波の放電量は正弦波又は鋸歯波の放電量よりも大きい。そこで、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度の検出情報に基づいて、前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応する交流電圧の波形として矩形波と正弦波が記憶された記憶部の記憶情報を読み出して、転写前帯電手段の交流電圧の波形を矩形波と正弦波とに切り換える。
従って、予め波形を記憶させた矩形波と正弦波の中から温湿度条件に応じた波形を選択して適切な交流電圧波形の切換制御が実現できる画像形成装置の好適な実施形態が提供される。

上述したように、前記転写前帯電手段は、前記交流電圧の波形として、矩形波と、正弦波とに切り換え可能に構成され、前記制御手段は、検出される温度及び湿度が基準条件に対して低温低湿側の場合は、前記転写前帯電手段の交流電圧の波形を矩形波に切り換え、検出される温度及び湿度が基準条件に対して高温高湿側の場合は、前記転写前帯電手段の交流電圧の波形を正弦波に切り換える。

すなわち、低温低湿条件では、交流電圧の波形を矩形波に切り換えて転写前帯電を効率良く行うことで、転写不良を発生させないようにし、一方、矩形波の場合には高温高湿条件で放電時にリークが発生し易いので、高温高湿条件では、交流電圧の波形を正弦波に切り換えて転写前帯電をソフトに行い、リークが発生しないようにする。
従って、全温湿度条件において転写性能の確保とリーク発生の防止とをバランスさせた交流電圧波形の切換制御が実現できる画像形成装置の好適な実施形態が提供される。

本発明に係る画像形成装置の実施形態について、電子写真複写機に適用した場合を例として説明する。
図１に、電子写真複写機の全体構成を示す。なお、図１について既に背景技術の項で説明している点について、再度の説明はしないが、各部の主要なプロセス条件を以下に記載する。

感光体ドラム：アモルファスシリコンドラム（Φ８４）
ドラム周速：３８８．０２ｍｍ／ｓｅｃ
トナー：一成分磁性トナー（トナーチャージ６μＣ／ｇ）
転写ベルト：ゴムベルト（周長Φ９４）ＰＴＦＥコート
転写ベルト体積抵抗値：１０^９Ω・ｃｍ
裏面抵抗値：１０^９．５Ω・ｃｍ
転写ベルト周速：３８８．４７ｍｍ／ｓｅｃ
転写前帯電器：コロトロンチャージャー（ワイヤー・ドラム間距離１４ｍｍ）

図２に電子写真複写機の制御ブロックの概略図を示す。
ＣＰＵ、入出力用のＩ／Ｏ、ＲＯＭ１５、ＲＡＭ等を備えたコントローラ１０が設けられ、このコントローラ１０に、各種操作キーを備えたキーボード１１、メインスイッチ１２、温度センサー１３、湿度センサー１４が接続されて各種信号が入力され、一方、コントローラ１０から、メイン帯電器２、転写前帯電器４、転写ベルト５に電圧を供給する各高圧電源２Ａ，４Ａ，５Ａに対する駆動信号が出力されている。

図１及び図２において、メイン帯電器２とメイン高圧電源２Ａが不図示の露光手段等とともに、像担持体１上に静電潜像を形成する潜像形成手段１００を構成し、転写前帯電器４と転写前高圧電源４Ａが像担持体１上に顕像化したトナーと同極の電荷を当該トナー及び像担持体１に対して与える転写前帯電手段２００を構成し、転写ベルト５と転写高圧電源５Ａが像担持体１上に顕像化したトナーを転写材に転写する転写手段３００を構成する。

そして、上記転写前帯電手段２００は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加するとともに当該交流電圧の波形を異なる波形、具体的には、矩形波と、正弦波又は鋸歯波とに切り換え可能に構成されている。具体的には、転写前高圧電源４Ａに、直流電圧源が備えられるとともに、この直流電源に切り換えて接続される矩形波出力用のトランス、及び、正弦波出力用又は鋸歯波出力用のトランスが備えられている。

環境条件を表わす情報に基づいて前記転写前帯電手段２００における前記交流電圧の波形を切換制御する制御手段１０が上記コントローラ１０によって構成され、この制御手段１０は、温度及び湿度を検出する温湿度検出手段４００の検出情報に基づいて前記交流電圧波形の切換制御を実行する。ここで、温湿度検出手段４００が、前記温度センサー１３と湿度センサー１４によって構成される。

図３に、上記各交流波形による転写前帯電の特性について、低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）、常温常湿（２５℃、６０％ＲＨ）、高温高湿（３２℃、８０％ＲＨ）の各環境下で試験した結果を示す。試験条件は、直流電圧ＶDC＝１ｋＶ、交流電圧の波高値ＶAC(p-p)＝６〜８ｋＶ、交流電圧の周波数ｆ＝１ｋＨｚに設定し、転写性（尾引きチャート出力時の尾引き程度の良し悪し）とリークの有無を評価した。

上記試験結果より、矩形波は、低温低湿及び常温常湿の環境で、ＶAC(p-p)＝８ｋＶを除いて転写性とリーク共に良好であるが、高温高湿条件になると転写性とリークが共に不良になる。一方、正弦波と鋸歯波では、全環境下で、転写性がやや不十分（ただし許容できる程度）であるものの、リークについて良好な結果である。

そして、前記温湿度検出手段４００によって検出された温度及び湿度に対応する前記交流電圧の波形が記憶された記憶部を備えている。具体的には、上記試験結果に基づいて作成された、前記温湿度検出手段４００によって検出された温度及び湿度と転写前帯電の交流電圧の波形（矩形波と、正弦波又は鋸歯波）の関係を前記コントローラ１０中のＲＯＭ１５（記憶部に対応する）に格納している。

そして、前記制御手段１０（コントローラ）が、前記温湿度検出手段４００によって検出された温度及び湿度に対応して前記ＲＯＭ１５に記憶された前記交流電圧の波形に応じて、前記転写前帯電手段２００の交流電圧の波形を切り換える。すなわち、温度及び湿度に応じた転写前帯電の交流電圧の波形をＲＯＭ１５から読み出し、必要に応じて転写前帯電の交流電圧の波形を切り換える。以下、温度及び湿度に応じた転写前帯電の交流電圧の波形切換制御について詳述する。

前記制御手段１０は、温湿度検出手段４００によって検出される温度及び湿度が基準条件よりも低温低湿側の場合は、前記転写前帯電手段２００の交流電圧の波形を矩形波に切り換え、検出される温度及び湿度が基準条件よりも高温高湿側の場合は、前記転写前帯電手段２００の交流電圧の波形を正弦波又は鋸歯波に切り換えるように構成される。

図４に具体的な切換制御の制御条件の表を示す。尚、本実施形態では、ＶAC(p-p)＝７ｋＶに設定する。表より、上記基準条件（基準温湿度）は、湿度が７５〜９０％ＲＨの範囲で温度が１９℃と２０℃の間の温度（例えば１９．５℃）、温度が２０〜２９℃の範囲で湿度が７４％ＲＨと７５％ＲＨの間の湿度（例えば７４．５％ＲＨ）、湿度が６０〜７４％ＲＨの範囲で温度が２９℃と３０℃の間の温度（例えば２９．５℃）、及び、温度が３０〜３９℃の範囲で湿度が５９％ＲＨと６０％ＲＨの間の湿度（例えば５９．５％ＲＨ）の各条件を合わせたものになる。

図４はＲＯＭ１５に格納されている温度及び湿度と転写前帯電の交流電圧の波形（矩形波と、正弦波又は鋸歯波）の関係を具体的に示した図であるが、この温度及び湿度の測定に応じた転写前帯電の交流電圧の波形の見直しは通常のオフィス環境では急激な温度及び湿度の変化が発生する可能性は非常に少ないため、通常は１時間に１回行えば良く、また、寒冷地等で急激な暖房や加湿が行われる場合は１０分に１回行えば良い。この温度及び湿度の測定の頻度はサービスマンが装置設定時に設定するかユーザが設定できるようにしておけばよい。ここで、図４を参照して、前回の温度、湿度測定時の温度が２７℃、湿度が６５％ＲＨであり、今回の温度、湿度測定時の温度が２７℃、湿度が８０％ＲＨであると、転写前帯電の交流電圧の波形は今までの矩形波から正弦波に変更される。

図５に、転写前帯電における交流電圧波形の切換制御の制御フローを示す。図５では、検出される温湿度をＸで表わし、基準温湿度をＹで表わしている。なお、図４及び図５では矩形波と正弦波を用いる場合を示したが、正弦波に代えて鋸歯波を用いてもよい。

〔別実施形態〕
次に、本発明に係る画像形成装置の別実施形態について説明する。
上記実施形態では、環境条件を表わす情報として、温度及び湿度の検出情報を用いたが、これ以外に、例えば空気中の水分の検出情報を用いてもよい。

上記実施形態では、転写前帯電手段２００が、矩形波と、正弦波又は鋸歯波とに切り換え可能に構成したが、これ以外の交流波形に切り換え可能に構成してもよい。

本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す断面図 本発明に係る画像形成装置の制御ブロック図 転写前帯電の特性データを記載した図 本発明に係る転写前帯電の制御条件を記載した図 本発明に係る転写前帯電についての制御作動のフローチャート

符号の説明

１ 像担持体
３ 現像手段
１０ 制御手段
１５ 記憶部
１００ 潜像形成手段
２００ 転写前帯電手段
３００ 転写手段
４００ 温湿度検出手段

Claims (1)

1. 像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤で顕像化する現像手段と、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して前記顕像化した現像剤と同極の電荷を与える転写前帯電手段と、前記顕像化した現像剤を転写材に転写する転写手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記転写前帯電手段は、前記交流電圧の波形を異なる波形に切り換え可能に構成され、
   さらに、温度及び湿度を検出する温湿度検出手段と、
   前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応して、温度及び湿度が基準条件に対して高温高湿側の場合は正弦波とし、当該基準条件に対して低温低湿側の場合は前記正弦波と同一の波高値及び対称性を有する矩形波として前記交流電圧の波形が記憶された記憶部と、
   前記温湿度検出手段によって検出された温度及び湿度に対応して前記記憶部に記憶された前記交流電圧の波形に応じて、前記転写前帯電手段の交流電圧の波形を切換制御する制御手段と、を備える画像形成装置。

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