JP4974102B2

JP4974102B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4974102B2
Application number: JP2005336357A
Authority: JP
Inventors: 寛治中山
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: JP2007140304A

Description

この発明は、電子写真方式ないしは静電記録方式を採用した、例えばタンデム形カラープリンタなどに適用される画像形成装置に関するものである。

従来より、電子写真方式ないしは静電記録方式を採用した種々の画像形成装置が提案または実施化されてきている。

例えば、感光体ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルトまたは中間転写ドラムに順次重ね合わせて１次転写し、中間転写ベルトまたは中間転写ドラム上のトナー像を、用紙などの転写材に２次転写する方式のものがある。

以下、前記中間転写ドラムを用いた画像形成装置における画像形成プロセスについて簡単に説明する。

感光体ドラムが所定の周速度をもって回転駆動される間に、帯電器により感光体ドラムの表面が一様に帯電され、ついで、露光装置によりレーザビームを走査露光することにより、感光体ドラム上に１色目の静電潜像が形成され、ついで、現像装置によりその静電潜像が現像される。

現像装置には、イエロー（Ｙ）のトナー、マゼンタ（Ｍ）のトナー、シアン（Ｃ）のトナーおよにブラック（Ｋ）のトナーをそれぞれ収容した４個の現像器が設置されている。

感光体ドラムの１色目の静電潜像は、イエロー用現像器によるイエロートナーで現像されて、イエロートナー像として可視化される。形成されたイエロートナー像は、中間転写ドラムと感光体ドラムとが接触する１次転写部において、中間転写ドラムに静電転写される（１次転写）。

１次転写が終了した感光体ドラムは、その表面に残存するトナーをクリーナにより除去した後、つぎの色の画像形成に供される。

同様に、感光体ドラムに対し、帯電器により帯電、レーザビームの露光を行って２色目の静電潜像を形成し、その感光体ドラム上の潜像をマゼンタ用の現像器により現像して、感光体ドラム上にマゼンタのトナー像を形成する。そのマゼンタのトナー像は、中間転写ドラム上にイエローのトナー像の上から重ねて転写される。

上記工程をシアン、ブラックについても繰り返し、中間転写ドラム上に順次重ね合わせて転写される。これにより、中間転写ドラム上に、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナー像が積層されたカラー像が形成される。

その後、離間状態にあった２次転写帯電器が中間転写ドラム表面に当接され、中間転写ドラムと２次転写帯電器とが接触する２次転写部において、そこに所定のタイミングで搬送されてくる転写材の表面に、中間転写ドラム上の４色のトナー像が一括して転写される（２次転写）。

４色のトナー像が転写された転写材は、中間転写ドラムから定着器に搬送され、そこで熱ローラなどの加熱による定着作用を受けてフルカラーの永久画像とされた後、機外に搬出される。

ところで、上記のような画像形成装置では、２次転写工程で中間転写ドラム上の４色分積層された大量のトナーを一括して転写材に転写することになるが、このとき、転写材の体積抵抗が比較的低ければ、低い転写バイアスでも２次転写は良好に行われる。

しかし、画像形成装置が使用される環境の雰囲気や、転写材の種類によっては、とくに低湿度環境において顕著に認められるのであるが、転写材の体積抵抗が非常に大きくなった状態で、中間転写ドラムから転写材に十分な量のトナーを転写、保持させようとすると、非常に大きな転写バイアスが必要になる。

その理由は、転写ニップ内において、転写材の表裏の電位差が大きくなり、トナーの転写に必要なトナーと転写材との間の電界強度が弱くなるためである。

このため、すでに、体積抵抗の大きな転写材に対して低い転写バイアスで転写が行えるように、転写に先立って、予め転写材をトナーの正規の帯電とは逆極性に帯電する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平２０００−２２１８５号公報

しかし、上記した従来技術のように、転写に先立って転写材をトナーの正規の帯電と逆極性に帯電した場合、転写材上の電荷とトナーとの間に生じる電界により、転写前にトナーが転写材上に飛翔する、いわゆる前転写が発生してしまうという問題があった。

この発明は、高抵抗材質の転写材であっても、低い転写バイアスで転写可能であり、かつ前転写の発生を防止できる画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）トナー像を転写材の印字面に静電的に形成する像形成手段と、前記トナー像が形成される転写材を予め帯電する帯電手段と、を備え、前記帯電手段は、転写材の印字面にトナーの正規の帯電極性とは逆極性の電荷を給電し、転写材の非印字面にトナーの正規の帯電極性と同極性の電荷を給電するとともに、前記転写材の非印字面に付与される電荷量が、前記印字面に付与される電荷量の−１．２〜−２．０倍の範囲に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
（２）前記帯電手段が帯電ローラ対であり、その帯電ローラ対のうち、転写材の印字面側に配置されたローラの直径が、該転写材の非印字面側に配置されたローラの直径の２倍以上に設定されている前項１に記載の画像形成装置。
（３）前記帯電ローラ対に印加するバイアスの電源として、前記像形成手段に印加するバイアスの電源が兼用される前項２に記載の画像形成装置。
（４）前記帯電ローラ対に印加するバイアスを、前記転写材の種類に応じて変化させる前項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。

前項（１）に記載の発明によれば、転写材の印字面に給電されたトナーと逆極性の電荷により、転写の際にトナーとの間に電界が形成され、トナーを転写材に引き付けるように作用する一方、転写材の非印字面に給電されたトナーと同極性の電荷により、転写前の空隙でトナーとの間に電界が形成され、前転写を防止する。前転写の有効な防止のためには、転写材の非印字面の電荷量を転写材の印字面の電荷量の絶対値で１．２倍以上に設定することが必要である。

さらに、転写材の非印字面の電荷量を、印字面の電荷量の絶対値で２倍以下とし、かつ転写材の印字面に電荷を与えることにより、体積抵抗の大きな転写材であっても、予備帯電を行わない場合に比べて、小さい転写バイアスで転写することが可能となる。

なお、転写材の体積抵抗が小さい場合（例えば１０¹³Ωｃｍ以下）、転写材の表裏面間で電荷が中和されてしまうが、そのような低抵抗の転写材の場合は、そもそも高い転写バイアスを必要としないため、問題とならない。

前項（２）に記載の発明によれば、構成を簡素化することができる。つまり、転写材を予め帯電する方法は任意であるが、コロナ放電器を用いると、装置が大掛かりになるうえ、コロナ放電のために高いバイアスが必要となる。これに対して、帯電ローラ対を使用することにより、コロナ放電のものと比較して、装置の小型、コンパクト化を図ることができるうえ、オゾンの発生を抑制することができる。

また、帯電ローラ対による転写材への帯電は、ローラニップの前後の微小な空隙における気中放電により行われるが、前記転写材の印字面側に配置された帯電ローラの直径を、転写材の非印字面側に配置された帯電ローラの直径の２倍以上に大きくすることにより、転写材印字面よりも非印字面での放電が活発になり、該非印字面の表面電荷密度を、転写材の印字面の表面電荷密度よりも絶対値で大きくすることが容易となる。

前項（３）に記載の発明によれば、帯電ローラ対に対するバイアスの電源を省略でき、電源構成の簡素化や低コスト化を図ることができる。

前項（４）に記載の発明によれば、転写材の体積抵抗や誘電率などの違いがあっても、低バイアスでの転写を達成でき、かつ前転写を有効に防止できる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る画像形成装置が適用された電子写真方式のタンデム形のカラープリンタ（以下、単にプリンタという）を示す概略断面図である。

図１において、このプリンタ１は、画像形成部１０、給紙部２０、帯電部３０、定着部４０および制御部５０などからなる。

なお、図１においては、各部における給紙ローラ用駆動機構や中間転写ベルト用駆動機構などについては、図示を省略してある。

前記画像形成部１０は、定速で回転駆動される駆動ローラ１３および従動ローラ１２に張架された中間転写ベルト１１（中間転写材）と、その下方に設けられた作像部１４などにより構成されている。

前記作像部１４は、各現像色Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各画像を作像する作像ユニット１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ（各符号の添え字「Ｙ」、「Ｍ〕、「Ｃ」、「Ｋ」は、各構成要素が現像色Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）に対応していることを示している。以下、他の構成要素についても、同様である）。

例えば、作像ユニット１４Ｙは、公知のように、感光体ドラム１４１Ｙの周囲に帯電チャージャや現像器、クリーニングブレード（いずれも符号を付しての説明は省略）などが配されており、帯電チャージャにより帯電された感光体ドラム１４１Ｙの周囲を露光ユニット１４２Ｙにより露光走査して静電潜像を形成し、これをイエロー（Ｙ）のトナーで現像するように構成されている。他の作像ユニット１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋについても、同様の構成が採られている。

画像形成の際には、制御部５０の制御により、各作像ユニット１４Ｙ〜１４Ｋにおいて、所定時間だけずらして感光体ドラム１４１Ｙ〜１４１Ｋ上に各色のトナー像が形成される。これを各転写ローラ１４３Ｙ〜１４３Ｋに印加される転写電圧により生じる静電作用により、走行する中間転写ベルト１１上に多重転写し、これによるカラー画像が形成される。

上記動作にタイミングを合わせて、給紙部２０の給紙カセット２１からピックアップローラ２２、給紙ローラ２３などにより転写材（用紙）Ｓが繰り出され、帯電位置Ｑに給送される。この帯電位置Ｑにて、電源装置３５１により所定電圧が印加された帯電部３０によって帯電される。

帯電部３０は、具体的には、転写材Ｓの印字面（トナー像が形成される面）側に配置された帯電ローラ３５と転写材Ｓの非印字面（トナー像が形成される面とは反対の面）側に配置されたバックアップローラ３６との帯電ローラ対からなる。

この帯電ローラ対により、転写材Ｓの転写つまり印字面に対するトナー像の形成に先立って、転写材Ｓの印字面にトナーと逆極性の電荷が給電され、転写材Ｓの非印字面にトナーと同極性の電荷が給電される。かつ、転写材Ｓの非印字面の電荷量が転写材Ｓの印字面の電荷量の−１．２〜−２．０倍の範囲になるように制御される。符号３５１は、帯電ローラ対３５、３６をバイアスするための電源である。また、電荷量等の制御は制御部５０により行われる。

ここで、印字面あるいは非印字面に与えられる電荷量は、転写材Ｓが受け取った電荷によって生じる表面電位によって測定可能である。即ち、転写材Ｓに与えられる電荷量は表面電位に比例する。

なお、表面電位とは、転写材の一方の面をＧＮＤに接地した状態おいて、もう一方の面に生じる電位をいい、非接触型の表面電位計により測定可能である。電荷が転写材の表面のみに蓄えられている場合、表面電位は電荷量に比例する。測定には、転写材の表裏での電荷の中和を防ぐために、体積抵抗の十分大きい（１０¹⁵Ωｃｍ以上）シート材料を用いる必要がある。

この実施形態では、帯電部３０が帯電ローラ対３５、３６で構成されていることから、前記転写材Ｓの印字面の電荷量を非印字面の電荷量よりも少なくさせるために、印字面側の帯電ローラ３５としては、その直径がバックアップローラ３６の直径の２倍以上、逆に言えばバックアップローラ３６の直径が帯電ローラ３５の１／２倍以下に設定されたものが使用されている。

転写工程において、転写材Ｓは、転写材ガイド３７によって中間転写ベルト１１に密着する状態で転写位置Ｐに給紙される。この転写位置Ｐにて、中間転写ベルト１１上に転写されたカラー画像が、電源装置１５１により所定の転写電圧が印加された像形成手段としての転写ローラ１５を介して転写材Ｓに二次転写される。符号１５１は、転写ローラ１５をバイアスするための電源である。

その後、転写材Ｓ上のトナー像は、定着部４０の定着ローラ４１，４２により加熱圧着されて定着された後、排紙トレイ６２上に排出される。

なお、この実施形態においては、とくに開示はしていないが、給紙部２０から転写ローラ１５に至る給紙路の途中において、レジストセンサとレジストローラ（図示せず）を配置してレジスト調整を行ってもよい。

前記転写ローラ１５は、ソレノイド１５２の動作により、駆動ローラ１３と接離可能なように構成されており、画像安定化の最中などは、転写ローラ１５を駆動ローラ１３から離間させて、中間転写ベルト１１上のトナー像が、当該転写ローラ１５の表面に付着したりしないように構成される。

前記転写ローラ１５を中間転写ベルト１１から接離させるための接離手段の具体的な機構は、上記の構成に限定されるものではなく、例えば、他の公知のアクチュエータ機構やカム機構を利用するようにしてもよい。

前記帯電ローラ３５についても、転写ローラ１５と同様の構成で、バックアップローラ３６と接離可能な構成として、帯電ローラ３５を必要としない場合（例えば、低抵抗の転写材Ｓへの転写時など）には、離間してもよい。

前記駆動ローラ１３の付近には、分離爪１３１の先端が中間転写ベルト１１の表面に当接するように構成されており、これにより、転写材Ｓを中間転写ベルト１１の表面から分離するように設定されている。

クリーニングブレード１６は、従動ローラ１２の位置で中間転写ベルト１１の表面に当接し、当該中間転写ベルト１１上の残留トナーを除去する。

前記転写ローラ１５および帯電ローラ３５に印加するバイアスは、転写材Ｓの種類（体積抵抗、誘電率）に応じて変化させることが望ましい。

その場合、転写材Ｓと印加するバイアスとの関係が予め図示しないメモリに記憶されているものとし、転写材Ｓの種類に対応するバイアスが読み出され、そのバイアスになるように制御される。なお、転写材Ｓの種類判別は、ユーザによるオペレーションパネルからの入力に基づいて行われても良いし、あるいは、プリンタ本体の給紙から帯電位置Ｑまでの間に転写材判別用のセンサを設けることにより行っても良い。

さらに、帯電ローラ３５に印加するバイアスの電源３５１は、転写ローラ１５に印加するバイアスの電源１５１と兼用してもよい。その場合、帯電ローラ対用の電源３５１は不要となり、コストダウンを図ることができる。

（実験例１）
図１に示した構成のプリンタ１を用いて、２次転写前における転写材Ｓの印字面（トナー像形成面）／非印字面（トナー像形成面とは反対面）の各表面電位、および２次転写後の印字品質（画像の散りが発生した否か）を評価する実験を行った。

実験に使用した装置は、コニカミノルタ製カラー複写機ＣＦ２００１であり、２次転写部および給紙部を改造して帯電ローラ対を備えたローラ帯電機構を設置した。転写材搬送速度、帯電ローラ対の材質、寸法などは以下のように設定した。

転写材搬送速度：９０ｍｍ／ｓ
帯電ローラ材質：イオン導電ローラ（体積抵抗７．４×１０⁸Ωｃｍ）
帯電ローラ径：φ３０ｍｍ
バックアップローラの材質：アルミニウム
帯電バイアス：２ｋＶ
転写材：ＰＥＴシート（厚み１００μｍ，体積抵抗１０¹⁶Ωｃｍ以上）
表面電位の計測には、トレック製表面電位計Ｍｏｄｅｌ３４４を用いた。計測は、前記転写材Ｓの測定面と反対の面を、接地されたアルミニウム製の板に押し付けた状態で計測を行った。また、印字品質の評価は、目視で画像の散りの様子を判定した。

比較のために、バックアップローラ３６の径を、φ３０ｍｍ〜φ１０ｍｍまで変化させて実験を行った。

その結果を図２の表に示す。

図２の表から明らかなように、バックアップローラ３６の径をφ１５ｍｍ以下（帯電ローラ径と比較して１／２以下）とした場合、転写材Ｓの非印印字面の表面電位が印字面の表面電位の１．２〜１．３倍（絶対値）の範囲内にあり、かつ、画像の散りの発生が抑制されていることが分かる。
（実験例２）
同様の実験装置において、φ１５ｍｍの径を有するバックアップローラ３６を用い、下記の条件にて転写に先立って帯電を行った場合と帯電を行わなかった場合の転写性を、転写材の厚みごとに評価した。

帯電バイアス：２ｋＶ
転写バイアス：２ｋＶ
転写材：ＰＥＴシート（厚み５０〜３５０μｍ，体積抵抗１０¹⁶Ωｃｍ以上）
画像：３Ｃベタ画像（総トナー付着量：２５ｇ／ｍ²）
その結果を図３の表に示す。

図３の表から明らかように、転写材Ｓを転写に先立って帯電することにより、転写可能な転写材Ｓの厚みが増えてくる。換言すれば、低い転写バイアスでも厚みの大きい転写材Ｓに転写が可能であることが分かる。

この実施例２で使用した帯電手段では、バックアップローラ３６の直径をφ１０ｍｍとすることにより、転写材Ｓの非印字面での表面電位を、印字面の表面電位の約１．３倍（絶対値）まですることが可能であることが、図２の表からわかる。別の帯電手段、例えばコロナ帯電装置等を用いれば、その比率を１．３倍（絶対値）よりも大きくすることも可能である。

前記転写材Ｓの非印字面／印字面の表面電位の比率（すなわち、表面電荷密度の比率）と、その電荷が転写部においてどのように作用するか（すなわち転写電界強度）との関係を数値計算により求めた。計算方法は以下の通りである。

トナー、第１空隙（トナーと転写材Ｓとの間）、転写材Ｓ、第２空隙（転写材Ｓと転写ローラ１５との間）を、転写材Ｓの厚み方向に直列に配列されたコンデンサとみなし、転写材Ｓの印字面、非印字面にぞれぞれ電荷を与えた場合の第１空隙に作用する電界強度（転写電界強度）を計算する。

与える電荷量は、図２の表に示す表面電位から算出される電荷と同じ値とした。

実際には、トナーおよび第２空隙は、それぞれ像担持体（感光体ドラム１４１Ｙ〜１４１Ｋ）および転写ローラ１５と接しているが、その影響は少ないと考えて省略し、ＧＮＤに接地しているとして計算した。

コンデンサの静電容量は以下に示す条件から計算した。

トナー：厚み３０μｍ、比誘電率３
第１空隙：厚み５μｍ、比誘電率１
転写材：厚み１００μｍ、比誘電率３
第２空隙：厚み５μｍ、比誘電率１
その結果を図４の表に示す。

この図４の表から明らかなように、転写材Ｓの非印字面の表面電位を高くする（電荷量を多くする）に伴って、転写電界強度は弱くなることが分かる。

前記転写材Ｓの非印字面／印字面の表面電位の比率（絶対値）として２倍以下であることが好ましいと判断した。

以上本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることはない。

例えば、上記実施形態では、中間転写ベルト１１上に各トナ−像を多重転写したのち、転写材Ｓ上に２次転写する画像形成装置について説明したが、中間転写材として中間転写ドラムを使用したものであってもよい。

また、タンデム形の画像形成装置に限らず、１個の感光体ドラムのみを使用し、トナー色のみを変えて、上記中間転写ドラム１１を４回転させて多重転写させる形式のものであってもよい。

さらにまた、本発明は、モノクロ専用の画像形成装置であっても適用可能である。

また、プリンタ専用機に限らず、複写機、ＭＦＰ（Multi Function Peripherals) のようなデジタル式の複合機やファクシミリ装置、あるいはこれらプリンタとファクシミリの複合機などであっても適用可能である。

この発明の一実施形態に係るプリンタの概略構成図である。同じくプリンタによる２次転写後の印字品質（画像の散りが発生した否か）を評価した結果を示す表である。同じくプリンタによる転写に先立って帯電を行った場合と、帯電を行わなかった場合とでの転写性を、転写材の厚みごとに評価した結果を示す表である。転写材の印字面および非印字面に電荷を付与した場合の転写電界強度を計算した結果を示す表である。

符号の説明

１プリンタ（画像形成装置）
１０画像形成部
１５転写ローラ
３０帯電部
３５，３６帯電ローラ対（帯電ローラ、バックアップローラ）
５０制御部
１５１バイアス電源
Ｓ転写材

Claims

トナー像を転写材の印字面に静電的に形成する像形成手段と、
前記トナー像が形成される転写材を予め帯電する帯電手段と、
を備え、
前記帯電手段は、転写材の印字面にトナーの正規の帯電極性とは逆極性の電荷を給電し、転写材の非印字面にトナーの正規の帯電極性と同極性の電荷を給電するとともに、前記転写材の非印字面に付与される電荷量が、前記印字面に付与される電荷量の−１．２〜−２．０倍の範囲に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
前記帯電手段が帯電ローラ対であり、
その帯電ローラ対のうち、転写材の印字面側に配置されたローラの直径が、該転写材の非印字面側に配置されたローラの直径の２倍以上に設定されている請求項１に記載の画像形成装置。
前記帯電ローラ対に印加するバイアスの電源として、前記像形成手段に印加するバイアスの電源が兼用される請求項２に記載の画像形成装置。
前記帯電ローラ対に印加するバイアスを、前記転写材の種類に応じて変化させる請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。