JP5115596B2

JP5115596B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5115596B2
Application number: JP2010143466A
Authority: JP
Inventors: 健輔宮原; 敬安田; 利郎古川; 洋平西村
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: JP2012008302A; US20110318028A1; US8774658B2

Description

本発明は、モノクロ印刷とカラー印刷の各印刷モードを有する画像形成装置に関する。

電子写真方式のカラー画像形成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラムと、内部にトナーを収容し、かつ、感光体ドラムの静電潜像にトナーを供給する現像カートリッジとを、複数色のトナーに応じて複数備えている。このカラー画像形成装置では、各感光体ドラムに沿って用紙を搬送することで、用紙上に各感光体ドラム上の各色のトナー像が順次転写される。

このようなカラー画像形成装置としては、従来、モノクロ用（通常、ブラック）の感光体ドラムや現像カートリッジが、用紙の搬送方向の最上流側に配置されたものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−３３７７号公報

ところで、上記構成のカラー画像形成装置においてモノクロ印刷を行う場合は、モノクロ用以外の感光体ドラムも用紙に接触するため、最上流側のモノクロ用の感光体ドラムから転写された用紙上のトナーが下流側の感光体ドラムに付着（以下、逆転写ともいう。）するといった問題が発生する。

この問題に対し、従来技術では、モノクロ印刷時であってもモノクロ用以外の感光体ドラムをカラー印刷時と同等の表面電位になるように帯電バイアスを印加して帯電させることで、逆転写を抑制していた。しかしながら、このようにモノクロ印刷時でもカラー印刷時と同等の帯電バイアスを印加して各感光体ドラムを帯電させると、無駄な電力を消費してしまうため好ましくない。しかし、省エネのため、モノクロ印刷時には２〜４色目の帯電バイアスを下げることが考えられるが、このように構成すると、再び逆転写の問題が発生してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、モノクロ印刷時における逆転写を抑制しつつ、無駄な電力消費を抑えることを目的とする。

前記課題を解決する本発明は、モノクロ印刷とカラー印刷の各印刷モードを有する画像形成装置であって、モノクロ印刷に使用する第１の感光体ドラムと、カラー印刷に使用する複数の第２の感光体ドラムと、前記第１および第２の感光体ドラムのそれぞれに対応して設けられ、前記感光体ドラムを帯電させる帯電手段と、前記第１および第２の感光体ドラムのそれぞれに対応して設けられ、前記感光体ドラム上の現像剤像を転写媒体上に転写させる転写手段と、前記帯電手段および前記転写手段に帯電バイアスおよび転写バイアスを印加する制御手段と、を備え、前記第１の感光体ドラムは、前記転写媒体の移動方向において前記複数の第２の感光体ドラムよりも上流に設けられ、前記制御手段は、モノクロ印刷時において、複数の前記第２の感光体ドラムのうち前記移動方向の最上流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に逆転写を抑制する帯電バイアスを印加するとともに、前記最上流側の第２の感光体ドラムよりも下流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に印加する帯電バイアスの絶対値を、カラー印刷時よりも小さく、かつ、前記最上流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に印加する帯電バイアスの絶対値よりも小さくする省エネ制御を実行することを特徴とする。

本発明によれば、複数の第２の感光体ドラムのうち最上流を除いた下流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電バイアスの絶対値をカラー印刷時よりも小さくするので、無駄な電力消費を抑えることができる。また、最上流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電バイアスの絶対値を、下流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電バイアスの絶対値よりも大きくしているので、すべての第２の感光体ドラムへの現像剤の逆転写を抑制することができる。なお、この逆転写の抑制は、実験により確認されている。

本発明によれば、モノクロ印刷時における逆転写を抑制しつつ、無駄な電力消費を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の側断面図である。感光体ドラムと現像ローラの離間を説明する図である。制御装置から現像ローラ、帯電器および転写ローラへの電圧の印加を説明する図である。モノクロモード時に省エネ制御を行う形態を示すマップであり、感光体ドラムの表面電位のマップを示す図（ａ）と、ワイヤ電流のマップを示す図（ｂ）である。湿度センサを設けた画像形成装置を示す側断面図である。モノクロモードでの高湿時には省エネ制御を実行しない形態を示すマップである。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、まず、カラープリンタの全体構成を説明した後、本発明の特徴部分の詳細を説明することとする。

以下の説明において、方向は、カラープリンタ使用時のユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１において、紙面に向かって左側を「前側」、紙面に向かって右側を「後側」とし、紙面に向かって奥側を「左側」、紙面に向かって手前側を「右側」とする。また、紙面に向かって上下方向を「上下方向」とする。

図１に示すように、カラープリンタ１は、装置本体２内に、転写媒体の一例としての用紙Ｐを供給する給紙部２０と、給紙された用紙Ｐに画像を形成する画像形成部３０と、画像が形成された用紙Ｐを排出する排紙部９０と、制御手段としての制御装置１００とを備えている。

装置本体２の上部には、開口部２Ａが形成されている。そして、この開口部２Ａは、装置本体２に回動可能に支持されるアッパーカバー３によって開閉されるようになっている。アッパーカバー３の上面は、装置本体２から排出された用紙Ｐを蓄積する排紙トレイ４となっており、下面には後述するＬＥＤユニット４０を保持する複数のＬＥＤ取付部材５が設けられている。

給紙部２０は、装置本体２内の下部に設けられ、装置本体２に着脱自在に装着される給紙トレイ２１と、給紙トレイ２１から用紙Ｐを画像形成部３０へ搬送する用紙供給機構２２を備えている。用紙供給機構２２は、給紙トレイ２１の前側に設けられ、給紙ローラ２３、分離ローラ２４および分離パッド２５を備えている。

このように構成される給紙部２０では、給紙トレイ２１内の用紙Ｐが、一枚ずつ分離されて上方へ送られ、紙粉取りローラ２６とピンチローラ２７の間を通過する過程で紙粉が除去された後、搬送経路２８を通って後ろ向きに方向転換され、画像形成部３０に供給される。

画像形成部３０は、４つのＬＥＤユニット４０と、４つのプロセスカートリッジ５０と、転写ユニット７０と、クリーニング部１０と、定着ユニット８０とから主に構成されている。

ＬＥＤユニット４０は、ＬＥＤ取付部材５に対して揺動可能に連結されており、装置本体２に設けられる位置決め部材によって適宜位置決めされて支持されている。

プロセスカートリッジ５０は、アッパーカバー３と給紙部２０との間で前後方向に並んで配置され、感光体ドラム５１や、帯電手段の一例としての帯電器５２、現像ローラ５３、現像剤の一例としてのトナーを収容するトナー収容室５４などを備えている。

プロセスカートリッジ５０は、ブラック用、イエロー用、マゼンタ用およびシアン用の各色のトナーが入った５０Ｋ，５０Ｙ，５０Ｍ，５０Ｃの符号で示すものが用紙Ｐの搬送方向（転写媒体の移動方向）の上流側からこの順で並んで配置されている。なお、本明細書および図面において、トナーの色に対応した感光体ドラム５１、帯電器５２、現像ローラ５３および転写ローラ７４を特定する場合には、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのそれぞれに対応させて、Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃの記号を付すこととする。

また、本実施形態では、モノクロ印刷に使用するブラック用の感光体ドラム５１Ｋを、「第１の感光体ドラム５１Ｋ」とも呼ぶ。さらに、この第１の感光体ドラム５１Ｋよりも下流側に配置され、カラー印刷のみに使用するブラック以外の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃを、「第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ」とも呼ぶ。

帯電器５２は、各感光体ドラム５１のそれぞれに対応して設けられ、各感光体ドラム５１を帯電するように構成されている。帯電器５２は、帯電ワイヤ５２Ｗと、この帯電ワイヤ５２Ｗと感光ドラム５１の間に配置されたグリッド電極５２Ｇとを備えてなる。

図２に示すように、現像ローラ５３は、公知の接離機構１１０（特許文献１に記載の切替機構と同様である。）を制御装置１００により制御することで、感光体ドラム５１に対して近接・離間可能となっている。具体的に、カラー印刷モードにおいては、すべての現像ローラ５３Ｋ，５３Ｙ，５３Ｍ，５３Ｃが、それぞれ対応する感光体ドラム５１Ｋ，５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃに接触して各感光体ドラム５１Ｋ，５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃにトナーを供給するようになっている。また、モノクロ印刷モードにおいては、ブラック用（モノクロ用）の現像ローラ５３Ｋのみが第１の感光体ドラム５１Ｋに接触し、その他の３色の現像ローラ５３Ｙ，５３Ｍ，５３Ｃは、対応する第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃから離間するようになっている。

図１に示すように、転写ユニット７０は、給紙部２０と各プロセスカートリッジ５０との間に設けられ、駆動ローラ７１、従動ローラ７２、搬送ベルト７３および転写手段の一例としての転写ローラ７４を備えている。

駆動ローラ７１および従動ローラ７２は、前後方向に離間して平行に配置され、その間に無端状のベルトからなる搬送ベルト７３が張設されている。搬送ベルト７３は、その外側の面が各感光体ドラム５１に接している。また、搬送ベルト７３の内側には、各感光体ドラム５１との間で搬送ベルト７３を挟持する転写ローラ７４が、各感光体ドラム５１に対向（対応）して４つ設けられている。この転写ローラ７４には、転写時に定電流制御によってトナーの帯電極性とは異なる極性の転写バイアス（転写電圧）が掛けられる。

定着ユニット８０は、各プロセスカートリッジ５０および転写ユニット７０の後側に配置され、加熱ローラ８１と、加熱ローラ８１と対向配置され加熱ローラ８１を押圧する加圧ローラ８２とを備えている。

このように構成される画像形成部３０では、カラー印刷モードの場合、まず、各感光体ドラム５１の表面が、各帯電器５２により一様に帯電された後、各ＬＥＤユニット４０で露光される。これにより、露光された部分の電位が下がって、各感光体ドラム５１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。その後、静電潜像に各現像ローラ５３よりトナーが供給されることで、各感光体ドラム５１上にトナー像が担持される。

搬送ベルト７３上に供給された用紙Ｐが各感光体ドラム５１と搬送ベルト７３の内側に配置される各転写ローラ７４との間を通過することで、各感光体ドラム５１上に形成されたトナー像が用紙Ｐ上に転写される。そして、用紙Ｐが加熱ローラ８１と加圧ローラ８２との間を通過することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像が熱定着される。

排紙部９０は、定着ユニット８０の出口から上方に向かって延び、前方に反転するように形成された排紙側搬送経路９１と、用紙Ｐを搬送する複数対の搬送ローラ９２を備えている。トナー像が転写され、熱定着された用紙Ｐは、搬送ローラ９２によって排紙側搬送経路９１を搬送され、装置本体２の外部に排出されて排紙トレイ４に蓄積される。

制御装置１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有し、予め用意されたプログラムに従い、印刷データの受信、給紙部２０、画像形成部３０、排紙部９０および接離機構１１０の制御を行うように構成されている。具体的に、制御装置１００は、用紙Ｐ上にモノクロ画像を形成するモノクロ印刷モード（以下、モノクロモード）と、用紙Ｐ上にカラー画像を形成するカラー印刷モード（以下、カラーモード）とを実行可能に構成されており、各モードにおいては、図３に示すように、現像ローラ５３、帯電器５２、転写ローラ７４に印加する電圧を適宜制御している。

制御装置１００は、各帯電器５２を制御して各感光体ドラム５１の表面電位を変化（例えば０Ｖから７６０Ｖへ変化など）させており、特に、モノクロモード時においては、以下に説明するような特別な制御を実行する。

＜帯電器の制御＞
次に、制御装置１００による帯電器５２に印加する帯電バイアスの制御について説明する。
なお、本実施形態においては、正帯電性のトナーを一例に説明するが、負帯電性のトナーでも本発明を同様に適用することができる。帯電バイアスの極性は、トナーの帯電極性に応じて適宜設定される。また、本実施形態においては、公知の制御によって、各現像ローラ５３や各転写ローラ７４に適宜電圧を印加するので、この説明は省略する。

帯電バイアスは、感光体ドラム５１の表面電位を制御するための電圧および電流である。本実施例における帯電バイアスの制御は、各色の帯電ワイヤ５２ＷＫ，５２ＷＹ，５２ＷＭ，５２ＷＣに流す電流値を変更することにより行われている。具体的に、制御装置１００は、感光体ドラム５１の表面電位が図４（ａ）に示すマップの値になるように、図４（ｂ）に示すマップに基づいて、各帯電器５２に印加する帯電バイアスを制御している。尚、本実施例では電流によって制御したが、帯電ワイヤ５２Ｗおよびグリッド電極５２Ｇに印加する電圧を所定のマップに基づいて制御することにより、感光体ドラム５１の表面電位が図４（ａ）に示すような値となるように制御してもよい。

図４に示すように、カラーモードでは、制御装置１００は、各帯電器５２に同じ値の帯電バイアスを印加することで、各感光体ドラム５１の表面電位をすべて同じ値（例えば７６０Ｖ）の電位にする。

そして、制御装置１００は、モノクロモードを実行する場合には、上流側の２つの感光体ドラム５１Ｋ，５１Ｙの表面電位をカラー印刷時と同じ値（例えば７６０Ｖ）に維持しつつ、下流側の２つの感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃの表面電位をカラー印刷時よりも低い値（例えば１００Ｖ）に下げる省エネ制御を実行する。すなわち、省エネ制御では、モノクロ印刷時において、複数の第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃのうち最上流側の第２の感光体ドラム５１Ｙを除いた下流側の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃの表面電位がカラー印刷時よりも絶対値が小さく、かつ、最上流側の第２の感光体ドラム５１Ｙよりも絶対値が小さくなるように帯電器５２が制御されている。

言い換えると、制御装置１００は、モノクロ印刷時において、複数の第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃのうち最上流側の第２の感光体ドラム５１Ｙを除いた下流側の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃに対応する帯電器５２に印加する帯電バイアスの絶対値（例えば３０μＡ）を、カラー印刷時（例えば２３０μＡ）よりも小さく、かつ、最上流側の第２の感光体ドラム５１Ｙに対応する帯電器５２に印加する帯電バイアスの絶対値（例えば２３０μＡ）よりも小さくする省エネ制御を実行する。尚、このように制御することにより、逆転写が抑制されることが実験により確認されている。

以上によれば、本実施形態において以下のような効果を得ることができる。
複数の第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃのうち最上流を除いた下流側の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃに対応する帯電バイアスの絶対値を、カラー印刷時よりも小さくするので、無駄な電力消費を抑えることができる。また、最上流側の第２の感光体ドラム５１Ｙに対応する帯電バイアスの絶対値を、下流側の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃに対応する帯電バイアスの絶対値よりも大きくしているので、各第２の感光体ドラム５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃへの現像剤の逆転写を抑制することができる。なお、この逆転写の抑制は、実験により確認されている。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
前記実施形態では、モノクロモードでは、常に省エネ制御を実行するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、装置本体２に湿度検出手段の一例としての湿度センサ２００を設け、この湿度センサ２００で検出した装置本体２外の湿度に基づいて省エネ制御を実行するか否かを決めてもよい。

具体的には、例えば、図６に示すように、制御装置１００は、モノクロモード時において、湿度センサ２００により検出された湿度が所定値未満である場合には（通常）、省エネ制御を実行し、湿度が所定値以上である場合には（高湿）、省エネ制御を実行しないように構成されていてもよい。

これによれば、３色目以降で逆転写が発生しやすい高湿環境下では、省エネ制御を実行しないことで、逆転写を抑制することができる。なお、湿度検出手段としては、装置本体内の湿度を検知する湿度センサを採用してもよい。

前記実施形態では、省エネ制御において、３，４色目の帯電器５２Ｍ，５２Ｃのみをカラーモード時とは異なるように制御したが、本発明はこれに限定されず、３，４色目の帯電器５２Ｍ，５２Ｃの制御に加え、３，４色目の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃに対応する転写ローラ７４Ｍ，７４Ｃに印加する転写バイアスの絶対値を小さくしてもよい。これによれば、省エネ制御において、３，４色目の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃの表面電位を下げることで、３，４色目の第２の感光体ドラム５１Ｍ，５１Ｃの表面電位が逆極性（転写バイアスの極性）の電位に変化してしまうことを、転写バイアスをゼロに近づけることにより抑えることが可能となる。

前記実施形態では、４色のトナーに対応するように感光体ドラム５１を４つ設けたが、本発明はこれに限定されず、例えば３色の場合には感光体ドラムを３つ、５色以上の場合には感光体ドラムを５つ以上設ければよい。

前記実施形態では、１つの感光体ドラムで黒色を印字するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えばイエロー、マゼンタ、シアンの３色で黒色を印字してもよい。なお、この場合、黒色の印字に寄与する３色の感光体ドラムが第１の感光体ドラムに相当し、これよりも下流側にある他の色（例えばライトマゼンタ、ライトシアンなど）の感光体ドラムが第２の感光体ドラムに相当する。

前記実施形態では、転写媒体として用紙Ｐを例示したが、本発明はこれに限定されず、転写媒体は、例えば中間転写ベルトであってもよい。

前記実施形態では、帯電手段として帯電ワイヤを有する帯電器５２を例示したが、本発明はこれに限定されず、帯電手段は、例えば感光体ドラムに接触することで帯電させる帯電ローラであってもよい。

前記実施形態では、転写手段として転写ローラ７４を例示したが、本発明はこれに限定されず、転写手段は、導電性ブラシや導電性板バネなど、転写バイアスが印加されるものであればよい。

前記実施形態においては、画像形成装置としてカラープリンタを例示したが、複合機やコピー機に本発明を適用することもできる。
前記実施形態においては、接離機構１１０を設けたが、本発明はこれに限定されず、接離機構はなくてもよい。この場合であっても、２色目以降の逆転写を抑えることで、２色目以降のトナー収容室内での混色を抑えるといった効果を発揮することができる。

１カラープリンタ
５１Ｋ第１の感光体ドラム
５１Ｙ，５１Ｍ，５１Ｃ第２の感光体ドラム
５２帯電器
７４転写ローラ
１００制御装置
２００湿度センサ
Ｐ用紙

Claims

モノクロ印刷とカラー印刷の各印刷モードを有する画像形成装置であって、
モノクロ印刷に使用する第１の感光体ドラムと、
カラー印刷に使用する複数の第２の感光体ドラムと、
前記第１および第２の感光体ドラムのそれぞれに対応して設けられ、前記感光体ドラムを帯電させる帯電手段と、
前記第１および第２の感光体ドラムのそれぞれに対応して設けられ、前記感光体ドラム上の現像剤像を転写媒体上に転写させる転写手段と、
前記帯電手段および前記転写手段に帯電バイアスおよび転写バイアスを印加する制御手段と、を備え、
前記第１の感光体ドラムは、前記転写媒体の移動方向において前記複数の第２の感光体ドラムよりも上流に設けられ、
前記制御手段は、モノクロ印刷時において、複数の前記第２の感光体ドラムのうち前記移動方向の最上流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に逆転写を抑制する帯電バイアスを印加するとともに、前記最上流側の第２の感光体ドラムよりも下流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に印加する帯電バイアスの絶対値を、カラー印刷時よりも小さく、かつ、前記最上流側の第２の感光体ドラムに対応する帯電手段に印加する帯電バイアスの絶対値よりも小さくする省エネ制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
湿度を検出する湿度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、
モノクロ印刷時に前記湿度検出手段により検出された湿度が所定値未満である場合に、前記省エネ制御を実行し、
モノクロ印刷時に前記湿度検出手段により検出された湿度が所定値以上である場合に、前記省エネ制御を実行しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、
前記省エネ制御を実行する際に、前記下流側の第２の感光体ドラムに対応する転写手段に印加する転写バイアスの絶対値を小さくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。