JP4478476B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、４連タンデムの電子写真方式の画像形成装置に関し、とくに両面印刷可能であり、４連タンデムの転写紙に直接トナー転写を行う画像形成装置に関するものである。

カラー画像形成の代表的方法には、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を直接転写紙に重ねながら転写させる直接転写方式と、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を中間転写体に重ね転写させ、しかる後に転写紙に一括して転写させる中間転写方式がある（例えば特許文献１および２参照）。
複数の感光体を転写紙または中間転写体に対向させ並べて配置するこれらのカラー画像形成方式は、タンデム方式と呼ばれ、感光体毎にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対して静電潜像の形成、現像などの電子写真プロセスを実行させ、直接転写方式では走行中の転写紙上に転写し、中間転写方式においては走行中の中間転写体上に転写する。
これらの各方式を用いたタンデム方式のカラー画像形成装置の中で、直接転写方式にあっては、転写紙を支持しながら走行する無端ベルトを採用するのが一般的である。そして４個の感光体を含む作像ユニットをベルトの一走行辺に並べて設置する。
上記カラー画像形成装置では、４回の転写を繰り返すことにより、４回転写後の転写紙上の電位が１回転写の装置に比べて高くなってしまう。また上流の色よりも下流の色の転写バイアスの設定値を概ね高く設定する必要があることから、最終色の転写バイアス設定値が１回転写の装置に比べて高くなってしまうという不都合がある。
調湿紙では、転写紙の抵抗が低くなるため、調湿状態によっては、転写紙を伝って転写電流が流れてしまい異常画像となる。とくに定着部にトナーと同極性のバイアスを印加した場合は、転写部の電位と定着部の電位の電位差が大きくなり、より転写電流の流出が発生してしまう。
したがって、調湿紙などがあることを考えれば、第１面に関しては、定着バイアスを印加しない、もしくは、第２面で印加するバイアス設定値よりも小さい設定値とする方が良い。一方、第２面印刷時には、一度定着部を転写紙が通過するため、転写紙中の水分が蒸発して抵抗が高くなる。
転写紙上の電位が高くなると、未転写トナー像が定着部に入ったさいに、急激な電界変化のためにトナーが飛び散り異常画像となる。これは、とくに低温低湿環境で転写紙の抵抗が高くなったとき、さらには第２面印刷時で一度定着部を通過した転写紙が含水分率低下のために高抵抗の転写紙となったときに、最も転写紙上電位が高くなるためにこの異常画像が発生し易い。
また一方で最終色の転写バイアス設定値が高くなると、転写紙の電気抵抗値が極端に低くなるように水分をたくさん含んだ吸湿紙において、転写部と定着部との間により大きな電位差が生じてしまうために、最終色の転写電流が転写紙を伝達して定着部に流出してしまい、転写電界不足の転写不良となり、異常画像となる。
これは、とくに高温高湿環境で、裸調湿された転写紙を通紙したさいに発生し易く、第１面印刷のみに発生する現象である（第２面印刷は転写紙の含水分率が低下するため、高抵抗となり発生しない）。
したがって、直接転写方式のタンデム画像形成装置では、転写紙の抵抗が変化することで発生する異常画像を低減させたい。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１では、転写紙に電極を当接させて転写紙からの流出電流を測定することによって転写紙の抵抗条件をモニターして、定着ニップ部にバイアスを印加することで、異常画像を低減する方法を提案している。
このように、定着ニップ部にバイアスを印加することで、転写紙上の未定着トナー面の電位と定着部の電位差を小さくして、異常放電によるチリを低減する手法は多く知られている。ただし、転写紙からの流出電流を測定する機構など複雑な制御が必要となる問題があった。
特許文献２は本発明と類似しているが課題は全く異なる。定着部の表（第１面）と裏（第２面）の定着温度制御を変えている。このように、転写紙の表／裏の制御を変える簡単な制御機構において不具合を解消している技術については開発されている。
特開２０００−２２１８１９公報 特開平９−１９７７２７号公報

本発明者等は、（１）チリの異常画像が、転写紙が高抵抗となる第２面印刷時で主に発生すること、（２）常時定着に同一のバイアスを印加することは、転写紙が調湿して低抵抗となったさいには、逆に転写電流が定着部に流出したりまたは定着部から転写部に流入することでの異常画像をより激しく引き起こすこと、（３）（２）で問題となる転写紙が調湿して低抵抗となるのは第１面印刷のみであり、チリの異常画像が発生する第２面印刷時と異なることに着目した。
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、簡単な制御（転写紙の抵抗値に関する情報を得る手段を新規に設けたりすることなく）により、定着部にバイアスを印加することによって改善する定着部での異常放電によるチリ低減と、定着部にバイアス印加をしたことによって副作用として余裕度を下げてしまう調湿紙での定着部への電流の流入出を低減することで異常画像を低減する画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、転写紙の表面への第１面印刷と裏面への第２面印刷の両面印刷が可能であり、転写紙上のトナー像を加熱・加圧して定着させる加熱部材及び加圧ローラからなる定着ユニットと、前記加圧ローラにバイアスを印加するバイアス印加手段と、を備えた画像形成装置において、前記バイアス印加手段によるバイアス印加電圧の設定値を切り換えるバイアス印加設定値切り換え手段を有し、前記加圧ローラには、トナー像と逆極性のバイアス印加用電源と、接地された抵抗が接続され、前記バイアス印加設定値切り換え手段により、第１面印刷時には前記抵抗を、第２面印刷時には前記バイアス印加用電源を選択することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、４連タンデム構成の転写紙を直接搬送しながら順次転写を行う構成であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、前記加熱部材には転写紙上の未定着トナーと同極性のバイアスを印加することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の画像形成装置において、転写紙の抵抗を測定する抵抗測定手段を有し、その測定結果に応じて、定着バイアスのバイアス印加設定を行うことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、前記抵抗測定手段が、転写部の転写紙帯電バイアス印加手段に設けた電流・電圧測定手段であり、前記転写紙の抵抗が所定の値以下であるときに定着バイアス印加をオフ、前記転写紙の抵抗が所定の値以上であるときに定着バイアス印加をオンとする制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、一度定着部を通過した転写紙では、転写紙を電流が流れる事は無いため、定着部にバイアスを印加しても副作用とならない。また定着部で発生するチリは第２面印刷時に発生しており、転写紙上の電荷蓄積が大きくなった方が低いレベルであることが分かっている。したがって、第２面印刷時には、第１面印刷時よりも大きな定着バイアス設定とすることによって、定着チリ低減の大きな効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明を画像形成装置である電子写真方式の直接転写方式によるカラーレーザプリンタ（以下「レーザプリンタ」という）に適用した１つの実施の形態を示す概略構成図である。
図１において、このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫ（以下、各符号の添字Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す）が、転写紙Ｐの移動方向（図中の矢印Ａに沿ってベルト６０が走行する方向）における上流側から順に配置されている。
このトナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫはそれぞれ、像担持体としての感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫと、現像ユニットとを備えている。また、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫの配置は、各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの回転軸が平行になるようにかつ転写紙移動方向に所定のピッチで配列するように、設定されている。
図１のレーザプリンタは、上記トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫのほか、光書き込みユニット２、給紙カセット３、４、レジストローラ対５、転写紙Ｐを担持して各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫの転写位置を通過するように搬送する転写搬送部材としての転写搬送ベルト６０を有するベルト駆動装置としての転写ユニット６、ベルト定着方式の定着ユニット７、排紙トレイ８等を備えている。
また、手差しトレイＭＦ、トナー補給容器ＴＣを備え、図示していない廃トナーボトル、両面・反転ユニット、電源ユニットなども二点鎖線で示したスペースＳの中に備えている。
上記光書き込みユニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面にレーザ光を走査しながら照射する。

図２は図１のカラーレーザプリンタの転写ユニットの概略構成を示す拡大図である。この転写ユニット６で使用した転写搬送ベルト６０は、体積抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ωｃｍ、表面抵抗率が１０^１２〜１０^１４Ω／□である高抵抗の無端状単層ベルトである。
その材質はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。この転写搬送ベルト６０は各トナー像形成部の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫに接触対向する各転写位置を通過するように、支持ローラ６１〜６８に掛け回されている。
これらの支持ローラ６１〜６８のうち、転写紙移動方向上流側の入口ローラ６１には、電源８０ａから所定電圧が印加された静電吸着ローラ８０が対向するように転写搬送ベルト６０の外周面に配置されている。この２つのローラ６１、６５の間を通過した転写紙Ｐは転写搬送ベルト６０上に静電吸着される。
ローラ６３は転写搬送ベルト６０を摩擦駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動源に接続されていて矢印方向に回転する。
各転写位置において転写電界を形成する転写電界形成手段として、感光体ドラムに対向する位置には、転写搬送ベルト６０の裏面に接触するように、転写バイアス印加部材（転写ローラ）６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃ、６７ＢＫを設けている。
これらはスポンジ等を外周に設けたバイアスローラであり、各転写バイアス電源９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫからローラ芯金芯金に転写バイアスが印加される。この印加された転写バイアスの作用により、転写搬送ベルト６０に転写電荷が付与される。
これにより各転写位置において転写搬送ベルト６０と感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ表面との間に所定強度の転写電界が形成される。また転写が行なわれる領域での転写紙と感光体の接触を適切に保ち、最良の転写ニップを得るために、バックアップローラ６８を備えている。

上記転写バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は、回転可能に揺動ブラケット９３によって保持され、揺動ブラケット９３は、回動軸９４を中心として回動可能である。この回動は、カム軸９７に固定されたカム９６が矢印の方向に回動することで時計方向である。
入り口ローラ６１と吸着ローラ８０は一体的に、入り口ローラブラケット９０に支持され、軸９１を回動中心として、図２の状態から時計方向に回動可能である。
揺動ブラケット９３に設けた穴９５と、入り口ローラブラケット９０に固植されたピン９２が係合しており、入り口ローラブラケット９０は、揺動ブラケット９３の回動と連動して回動する。
これらのブラケット９０、９３の時計方向の回動により、バイアス印加部材６７Ｙ、６７Ｍ、６７Ｃとその近傍に配置されるバックアップローラ６８は感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃから離され、入り口ローラ６１と吸着ローラ８０も下方に移動する。
これにより、ブラックのみの画像の形成時に、感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃと転写搬送ベルト６０の接触を避けることが可能となっている。
一方、転写バイアス印加部材６７ＢＫとその隣のバックアップローラ６８は出口ブラケット９８に回転可能に支持され、分離ローラ６２と同軸の軸９９を中心として回動可能にしてある。
転写ユニット６を本体に対し着脱するさいに、図示していないハンドルの操作により時計方向に回動させ、ブラック画像形成用の感光体ドラム１１ＢＫから、転写バイアス印加部材６７ＢＫとその隣のバックアップローラ６８を離間させるようにしてある。
駆動ローラ６３に巻き付けられた転写搬送ベルト６０の外周面には、ブラシローラとクリーニングブレードから構成されたクリーニング装置８５（図１）が接触するように配置されている。このクリーニング装置８５により転写搬送ベルト６０上に付着したトナー等の異物が除去される。
転写搬送ベルト６０の走行方向で駆動ローラ６３より下流に、転写搬送ベルトの外周面を押し込む方向にローラ６４を設け、駆動ローラ６３への巻き付け角を確保している。
ローラ６４よりさらに下流の転写搬送ベルト６０のループ内には、押圧部材（ばね）６９で転写搬送ベルト６０にテンションを与えるテンションローラ６５が設けてある。

先に示した図１中の一点鎖線は、転写紙Ｐの搬送経路を示している。給紙カセット３、４あるいは手差しトレイＭＦから給送された転写紙Ｐは、図示しない搬送ガイドにガイドされながら搬送ローラで搬送され、レジストローラ対５が設けられている一時停止位置に送られる。
このレジストローラ対５により所定のタイミングで送出された転写紙Ｐは、転写搬送ベルト６０に担持され、各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫに向けて搬送され、各転写ニップを通過する。
各トナー像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫの感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫ上で現像された各トナー像は、それぞれ各転写ニップで転写紙Ｐに重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙Ｐ上に転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙Ｐ上にはフルカラートナー像が形成される。
トナー像転写後の感光体ドラム１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１ＢＫの表面がクリーニング装置８５によりクリーニングされ、さらに除電されて次の静電潜像の形成に備えられる。
一方、フルカラートナー像が形成された転写紙Ｐは、定着ユニット７でこのフルカラートナー像が定着された後、切り換えガイドＧの回動姿勢に対応して、第１の排紙方向Ｂまたは第２の排紙方向Ｃに向かう。
第１の排紙方向Ｂから排紙トレイ８上に排出される場合、画像面が下となった、いわゆるフェースダウンの状態でスタックされる。一方、第２の排紙方向Ｃに排出される場合には、図示していない別の後処理装置（ソータ、綴じ装置など）に向け搬送させるとか、スイッチバック部を経て両面プリントのために再度レジストローラ対５に搬送される。

図３は定着ベルト上をマイナス印加することによってチリを低減できるチリ低減装置を示す概略図である。定着部（定着ユニット）７の定着ベルト７ａ上に取り付けた定着ベルト帯電手段７ｃにより定着ベルト７ａ上をマイナス印加することによってチリを低減できる。
図３において、定着部（定着ユニット）７には、さらに定着加圧ローラ７ｄ、定着ベルト７ａの加熱源７ｅおよび定着入口ガイド７ｆが含まれる。転写紙Ｐ上のトナーＴは−極性である。
図４は定着ベルト上にプラス印加することによってチリを低減できるチリ低減装置を示す概略図である。定着部（定着ユニット）７の転写紙の裏側にプラスを印加することによってチリを低減できる。
図５は両面印刷時の定着部のバイアスオンのタイミングを示すタイミングチャートである。このように例えば定着部のバイアスタイミングは、転写紙が定着部に来たときの、第２印刷面（裏面）のみに印加する。請求項では、第２面よりも第１面の印加バイアスを低く設定する場合も含めて述べている。
定着部の加熱部材７ｂ側または加圧部材７ｄ側の少なくとも一方にバイアスを印加するバイアス印加手段７ｃを設け、第１面印刷時にはＶ１、第２面印刷時にはＶ２の定着バイアス印加を行い、｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜(｜Ｖ１｜は０も含む)となるように設定する。
図６は第１面印刷時に挿入する抵抗体の挿入を示すイメージ図である。第１面印刷時の定着ユニット７の加熱部材（定着ローラ）７ｂおよび加圧部材（定着加圧ローラ）７ｄは所定の抵抗７ｃ１を介して接地されている。
第１面印刷時には、第２面が転写紙中の含水分率が低下して高抵抗化となるのに対して、転写紙の調湿次第では非常に低抵抗の転写紙が定着部（定着ユニット）７に入ることがある。
このさいに、転写電流が転写紙を介して定着部（定着ユニット）７に流れてしまう懸念があるが、第１面印刷時に所定の抵抗値を介すことによって、転写電流が定着部７に流れるのを防ぐことができる。すなわち、より調湿紙特有の転写電流流出時に発生する異常画像を低減できる。

図７は転写紙の抵抗に関する情報を得る情報取得手段を示す概略図である。この情報取得手段１００は転写ユニット６の転写紙帯電バイアス印加手段９Ｙであり、転写紙の抵抗が所定の値以上であるときに定着バイアスをオンとする制御を行う制御手段１００ａおよび電流・電圧測定手段１００ｂを含んでいる。
転写紙の抵抗に関する情報を得る情報取得手段１００は、その測定結果に応じて、定着バイアスのバイアス印加設定を行う。転写紙の抵抗情報により、定着部７にバイアス印加を制御することによってより有効な制御が可能となる。
低抵抗の転写紙は、転写バイアス印加後の転写紙上の電位が上がらないためチリが発生しにくいが、転写部（転写ユニット）６から定着部（定着ユニット）７に電流が流れる可能性があるため、定着部７の印加バイアスをオフまたは低い設定値とする。
一方、高抵抗の転写紙は、転写バイアス印加後の転写紙上の電位が上昇するため、チリが発生し易いため、未定着トナー面と接する定着部７を大きな負のバイアス印加設定値とすることによって、チリを低減する。
転写部６から定着部７に電流が流れる懸念があるが高抵抗の転写紙の場合は、転写紙に電流が伝達しないため、定着部７に大きな負のバイアスを印加しても、転写電流が流出することはない。
上述したように、定着バイアスが転写バイアスに対して大きい場合に定着部７から転写部６に電流が流れる懸念があるが、高抵抗の転写紙の場合は、転写紙に電流を伝達しないため、定着部７に大きな正のバイアスを印加しても、定着からの電流が転写部６に流入することはない。ちなみに定着から転写部６への電流流入が発生した場合は、過転写となり転写率が低下する異常画像となる。

本発明を画像形成装置である電子写真方式の直接転写方式によるカラーレーザプリンタに適用した１つの実施の形態を示す概略構成図である。 図１のカラーレーザプリンタの転写ユニットの概略構成を示す拡大図である。 定着ベルト上をマイナス印加することによってチリを低減できるチリ低減装置を示す概略図である。 定着ベルト上をプラス印加することによってチリを低減できるチリ低減装置を示す概略図である。 両面印刷時の定着部のバイアスオンのタイミングを示すタイミングチャートである。 第１面印刷時に挿入する抵抗体の挿入を示すイメージ図である。 転写紙の抵抗に関する情報を得る情報取得手段を示す概略図である。

符号の説明

６ 転写ユニット（転写部、転写ニップ）、７ 定着ユニット（定着部）、７ａ 定着ローラ（加熱部材）、７ｂ 定着・加圧ローラ（加圧部材）、７ｃ 加熱源、７ｃ１ 制御手段（抵抗）、９Ｙ 転写紙帯電バイアス手段、１００ 情報取得手段、１００ａ 情報取得手段（電流電圧測定手段）、１００ｂ 情報取得手段（定着バイアス制御手段）、Ｐ 転写紙

Claims (5)

1. 転写紙の表面への第１面印刷と裏面への第２面印刷の両面印刷が可能であり、転写紙上のトナー像を加熱・加圧して定着させる加熱部材及び加圧ローラからなる定着ユニットと、前記加圧ローラにバイアスを印加するバイアス印加手段と、を備えた画像形成装置において、
   前記バイアス印加手段によるバイアス印加電圧の設定値を切り換えるバイアス印加設定値切り換え手段を有し、
   前記加圧ローラには、トナー像と逆極性のバイアス印加用電源と、接地された抵抗が接続され、
   前記バイアス印加設定値切り換え手段により、第１面印刷時には前記抵抗を、第２面印刷時には前記バイアス印加用電源を選択することを特徴とする画像形成装置。
2. ４連タンデム構成の転写紙を直接搬送しながら順次転写を行う構成であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記加熱部材には転写紙上の未定着トナーと同極性のバイアスを印加することを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 転写紙の抵抗を測定する抵抗測定手段を有し、その測定結果に応じて、定着バイアスのバイアス印加設定を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の画像形成装置。
5. 前記抵抗測定手段が、転写部の転写紙帯電バイアス印加手段に設けた電流・電圧測定手段であり、前記転写紙の抵抗が所定の値以下であるときに定着バイアス印加をオフ、前記転写紙の抵抗が所定の値以上であるときに定着バイアス印加をオンとする制御を行うことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。

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