JP5056202B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、感光体上の電位を均一化するための除電手段を有する画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機やレーザビームプリンタ等においては、画像情報に応じたトナー像を像担持体（以下、感光体という。）等上に形成した後、これを転写することによって記録画像を形成している。例えば、レーザビームプリンタでは、先ず所定の背景部電位に感光体の表面を均一に帯電した後、画像情報によって変調されたレーザビームで感光体の表面を露光して静電潜像を形成している。次に、この静電潜像をトナーで現像して可視像のトナー像を形成後、このトナー像を転写体に転写している。また、トナー像転写後の感光体に対しては、クリーニング前除電器（以下、単に除電器ともいう。）による残留トナーの除電が行われ、かかる除電の後にクリーニングによって残留トナーの除去がなされる。

このような記録画像の形成工程において、トナー像を転写する方法としては、感光体から記録シート（用紙）に対して直接トナーを転写する方法の他、無端シート状の中間転写ベルトに一次転写した後にこれを記録シートに二次転写する方法等が用いられている。このうち、中間転写ベルトを用いる転写方法は、複数色のトナー像の重ね合わせが必要とされるフルカラー画像形成に最適であり、カラー複写機やカラープリンタ等に採用されている。

いずれの転写方法においても、記録シートや中間転写ベルト等の転写体を挟んで感光体と対向する位置にコロナ放電やバイアスローラ等の転写手段を配置しており、これらの転写手段によって転写体の裏面にトナーの帯電電荷と逆極性の電荷を与えることで、トナー像を転写体の表面に静電転写するように構成されている。例えば、トナーの帯電極性がマイナス（−）の場合、転写体の裏面に配置した転写手段にはプラス（＋）の電荷を与えることになる。

通常、転写体に対するトナーの転写後は、かかる転写体の表面に付着したトナーの電荷量と転写手段によって転写体の裏面に与えられた逆極性の電荷量とが釣り合っているといえる。しかし、温湿度等の環境要因の変動、転写手段の形状や電気抵抗の不均一性等に起因して、転写体の裏面に対するおける電荷の付与が適切に行われない場合があり、そのような場合には転写体の表裏面における電荷量のバランスが崩れてしまう。電荷のバランスが崩れてしまうと、転写体の表面にトナーを保持する静電誘因力が弱まることから、トナーを記録シートの表面に確実に保持することができず、トナー像が転写体の表面から飛散してしまい、記録画像の画質低下、画像形成装置の機内汚れを発生させる問題を起こす。

かかる問題を回避するために記録シートや中間転写ベルト等の転写体に対するトナー像の転写後に、このような転写体の表面からトナーが飛散する現象を防止し、高品位の画質保ち、機内汚れも低減するために、転写手段とクリーニング手段との間に交流バイアス電圧を印加したクリーニング前除電器を設け、感光体に付着した残留トナーの除電を行うことができ、かつ、トナー転写後の転写体の表面のトナー像に向けて放出できる取り付け方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１５４５４８号公報

従来の画像形成プロセスにおいては、上記の例のようにクリーニング前除電器は、中間転写ベルト上のトナー層の除電と感光体層除電と感光体上の残留トナーの除電等の目的のみに設けられている。

なお、画像形成に当たっては露光前に、図２（ａ）に示すように、感光体電位の均一化をはかるために、帯電器の出力をＯＮしてから感光体を１周（距離換算でＳ）分の電位レベルαでは十分でないため、帯電出力ＯＮから１周させ、２周目回転時の帯電器から露光位置までの間（距離換算Ｃ）に電位レベルをβだけ加算して均一電位レベルにし、画像形成可能な状態にして、現像器駆動、転写出力、クリーニング前除電出力等のタイミングを決めている。

図２は、感光体上へ印加する帯電電位について、従来の方法と本発明の方法とによる画像領域に至るまでの時間を比較した図である。

しかしながら、帯電時間を長くとることによって感光体の走行距離と帯電放電時間が長くなり、感光体の寿命への影響が懸念される上、ＦＣＯＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｃｏｐｙ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）が伸びる欠点がある。

本発明は、感光体の耐久性向上と、ＦＣＯＴの短縮のためクリーニング前除電器の出力を感光体への帯電電位均一化に利用できるよう出力タイミングを制御する制御手段を有する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の構成によって達成される。

感光体と、当該感光体上に電荷を付与する帯電手段と、前記感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像にする現像手段と、当該トナー像を転写体に転写する転写手段と、転写後、前記感光体を清掃する清掃手段と、前記転写体上のトナー像および感光体上の残留トナーを除電するために設けられた除電手段とを有する画像形成装置において、画像形成開始後、前記帯電手段と前記除電手段とを同時に出力させるように制御すると共に、前記除電手段を、前記除電手段の出力開始から感光体上の画像領域までは、除電するためではなく前記感光体の電位を均一にするために出力させ、画像領域からは感光体上の残留トナーを除電するために出力させるように制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

感光体上の電荷を均一にする迄の時間が短縮できので、感光体の寿命を伸ばし、かつ、ＦＣＯＴを短縮することができる。

はじめに、本発明に係わる画像形成装置について図１を基に説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器（以下、単に帯電器ともいう。）、１２は露光手段である書込み装置、１３は現像手段である現像装置、１４は感光体１０の表面を清掃する制御手段であるクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、１７は本発明に係わる除電手段であるクリーニング前除電器（以下、単に除電器ともいう。）、２０は転写体である中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像装置１３、およびクリーニング装置１４等からなっている。前記クリーニング前除電器に関する詳細については後述する。

なお、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図１ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写手段である転写ローラ２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図１の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像装置１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。

中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。

転写ローラ２５には、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写手段としては転写ローラの他にコロナ放電器を用いることもできる。

２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な転写ローラで、トナー像の極性と逆極性の電荷が印加され、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像をニップ部Ｓで転写材Ｐに再転写する。

２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー像を記録シート（用紙）Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。

７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。

４は定着装置で、中間転写ベルト２０上のトナー像が転写された転写材を、少なくとも一方の回転体が熱源を有する２つの回転体である加熱ローラ４１と加圧ローラ４２とで形成されるニップ部Ｔに挟持、加圧して定着する。８１は排紙ローラで、定着された転写材を排紙皿８２へ排紙する。Ｂ１は、各駆動部、画像形成プロセス、定着温度等の制御手段であるコントロール部である。

以下、本発明について説明する。

前述したが、従来の画像形成プロセスにおいては、図３に示すように除電器（極）１７が転写領域近傍に配置され、転写ローラ２５によって感光体１０上のトナー像は中間転写ベルト２０上に転写される。一部のトナーは感光体上に残留トナーとしてクリーニング装置に送られる。ベルト上のトナー像と残留トナー及び感光体表面は、転写領域近傍にある前記除電器の放電領域にあるので電荷が弱められ。従来型では、感光体電位の均一化をはかるためには、帯電器１１のみの出力をＯＮしてから感光体ドラムを１周（距離換算でＳ）分の電位レベルα（図２（ａ）参照）では十分でないため、帯電出力ＯＮから１周させ、２周目以降に帯電器１１だけで電位レベルを更にβだけ加算して均一電位レベルにして、画像形成し、均一電位レベルとなって距離ｃだけ進んだ露光位置Ｑで露光（画像書き込み）が開始される。

図３は、図１の感光体周りを拡大した図である。

従来の除電器の目的は、ベルト上のトナー像、残留トナー、感光体表面それぞれの電荷を弱めることであった。

本発明は、除電器１７が、上記の目的のみならず、感光体１０の露光前の帯電電位均一化に寄与するよう出力及びタイミングを制御することを特徴としている。

すなわち、図２（ｂ）、図３において、最短距離を稼ぐために帯電と除電の出力を同時にＯＮさせて除電領域（Ｇ）が距離ｂだけ回転し、除電器で電位レベルαだけ帯電された上に、更に帯電器１１で電位レベルβが加算され、さらに距離ｃだけ回転して露光位置（Ｑ）を通過後に露光が開始される（なお、更に最短距離を稼ぐために、除電出力の開始を帯電出力の開始より所定の時間だけ先行させても良い）。

言い換えると、露光位置Ｑにおいては、距離換算でｃだけ帯電器１１によって電位αが印加され、更に距離換算でｂ回転すると除電器１７で帯電された電位βが加算され均一電位レベルに達して画像形成可能領域となる。

したがって、従来の画像形成プロセスでは前記除電器１７を画像形成（Ｊｏｂ）開始時点では感光体の電位を均一化するために使用しないのに対し、本発明では、感光体が停止状態からスタートして画像形成領域までの間に、除電器１７を感光体の（帯電）電位を均一にするため使用している。

なお、感光体１０上のトナー像や転写直後の感光体の除電に対してはピーク電圧の絶対値で効くため、少なくとも画像作成中（画像形成領域）とそれ以外の領域（特にＪｏｂ開始直後から画像形成領域迄）とは、それぞれの目的に合った除電出力に変更するように制御されることになる。

すなわち、除電出力はＡＣ＋ＤＣのどちらの出力が定電圧制御でも定電流制御でもそれぞれの出力値に対する効果を確認して、例えば、表１のようなテーブルを作成すれば、テーブル制御可能であるが、Ｊｏｂ開始から画像領域までは感光体の電位を均一化するためにＤＣ定電流制御が好ましく、画像領域以降のトナー層の除電にはＡＣのピーク電圧が重要でありＤＣ定電圧制御が好ましい。したがって、画像領域では定電圧制御で行い、画像領域までは定電流制御で行うように制御するのがより最適である。

なお、画像領域までの定電流制御を行う場合、環境（湿度）条件によって目標の感光体電位が変化するため、ＤＣ出力を目標電位に応じて変化させなければならない。

本画像形成装置には、湿度を検知する湿度センサＨＳが設けられ、検知された湿度は制御部Ｂ１に伝達され、検知された値が表１に従って目標電位のＤＣ出力が決定される。

表１は、Ｊｏｂ開始時から画像領域までにおける環境（湿度）条件により変化する感光体目標電位に対するＤＣ出力を表す。

以下、本発明に関する画像形成プロセスのシーケンスについて説明する。

図４は、本発明に関する画像形成プロセスのシーケンスを示す。

図４において、画像形成開始で感光体１０が回転し、所定の時間後、帯電器と除電器とが同時にＯＮとなり、それぞれ立ち上げ時の帯電電位均一化の出力となる。さらに感光体が回転して、定電流制御された除電器の出力電荷に帯電器による出力電荷が重畳され目標の均一電荷レベルになる。当該目標の均一な電位になった感光体の位置が露光位置Ｑに達してから画像信号に対応する書き込みが開始される。すなわち、除電器による帯電開始位置から（ｂ＋ｃ）の距離（図３参照）以降で書き込みが開始される。また、帯電器がＯＮした感光体の位置が距離ａだけ進んだ位置で現像スリーブが回転（現像バイアスＯＮ）となる。また、除電器（帯電器）ＯＮから（ｂ＋ｃ）進んだ位置以降は除電器の出力が変更してＤＣ定電圧に制御する。

実施の形態（実施例）においては、下記のような条件で画像形成を行った。

・確認実験
＜実験条件＞
実験機： タンデム方式のカラー画像形成装置（図１参照）
中間転写ベルト： ＰＩ（ポリイミド）製、体積抵抗が１０⁹Ω、表面抵抗が
１０¹¹Ω、ベルトテンション３９．２Ｎ
プロセス速度： ３００ｍｍ／秒
感光体： 有機感光体ドラム（直径６０ｍｍ）
一次転写： 半導電性スポンジローラ（１０⁷Ω）、印加電流３０〜８
０μＡ
除電器： コロナワイヤー（図３除電器１７参照）、感光体への流れ
込み電流値は帯電器の全電流値の２５％
除電極出力設定： 画像領域：ＡＣ_p-p６ｋＶ、ＤＣ−１ｋＶ定電圧方式
画像領域以前：ＡＣ_p-p６ｋＶ、ＤＣ−４００μＡ
定電流方式、ただし、環境（湿度）条件に
より感光体目標電位に対するＤＣ出力は変
化する（表１参照）。

ただし、従来の方式（比較例）では、Ｊｏｂ開始時には除電器による感光体電位均一化を行わず、画像領域のみＡＣ_p-p６ｋＶ、ＤＣ−１ｋＶ定電圧方式を適用した。

・実験結果
比較例では、感光体耐久テストとして、２０万プリントを行ったときの走行距離
が１５０ｋｍで帯電放電時間が８０ｈ（時間）であったのに対し、実施例では走行
距離が１３５ｋｍ、帯電放電時間が７２ｈまで短縮でき、これにより感光体耐久性
が向上し、プリント数を伸ばすことができた。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 感光体上へ印加する帯電電位について、従来の方法と本発明の方法とによる画像領域に至るまでの時間を比較した図である。 図１の感光体周りを拡大した図である。 本発明に関する画像形成プロセスのシーケンスを示す。

符号の説明

１ 画像形成手段
１０ 感光体
１１ スコロトロン帯電器
１２ 書き込み装置
１３ 現像器
１４ クリーニング装置
１７ 除電器
２０ 中間転写ベルト
２５ 転写ローラ
Ｂ１ 制御部
ＨＳ 湿度センサ

Claims (3)

1. 感光体と、当該感光体上に電荷を付与する帯電手段と、前記感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナー像にする現像手段と、当該トナー像を転写体に転写する転写手段と、転写後、前記感光体を清掃する清掃手段と、前記転写体上のトナー像および感光体上の残留トナーを除電するために設けられた除電手段とを有する画像形成装置において、画像形成開始後、前記帯電手段と前記除電手段とを同時に出力させるように制御すると共に、前記除電手段を、前記除電手段の出力開始から感光体上の画像領域までは、除電するためではなく前記感光体の電位を均一にするために出力させ、画像領域からは感光体上の残留トナーを除電するために出力させるように制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記除電手段は、ＡＣ出力にＤＣ出力を重畳して出力することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記除電手段は、感光体と転写体とへ電荷を付与できる転写領域近傍に配置され、そのＤＣ出力は、感光体上の画像領域に対しては定電圧制御で行い、感光体上の画像領域以外に対しては定電流制御で行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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