JP5227669B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、キャリア液とトナーとからなる液体現像剤を用いたプリンタ、複写機、複合機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関する。
従来から、キャリア液とトナーとからなる液体現像剤を用いて、電子写真方式により画像を形成するプリンタ、複写機等の画像形成装置(いわゆる、湿式の画像形成装置)が存在する。そして、特に、カラー対応の画像形成装置では、中間転写体に複数の像担持体上で形成されたトナー像を重畳し(1次転写)、その後、一括してトナー像をシートに2次転写するものが存在する。
そして、中間転写体を用いる画像形成装置では、中間転写体に2次転写ローラが圧接され、このニップにシートを進入させ、同時に2次転写ローラにトナーの帯電極性と逆極性の転写バイアス電圧(電流)を印加し、トナーを静電力でシートに吸引して2次転写がなされる。一方、2次転写時以外では、2次転写ローラには、中間転写体上の残留トナー等が付着しないように逆転写バイアスが印加される。これは、トナーが2次転写ローラに付着すると、シートを汚す要因となり、更に、2次転写ローラは中間転写ベルトと圧接されているので、トナーが2次転写ローラに固着し、2次転写ローラの帯電が不均一となり、2次転写不良の原因となり得るためである。
又、湿式の画像形成装置では、一般にオイル(例えば、シリコーンオイル)からなるキャリア液を用いて画像形成を行うので、キャリア液が画像形成装置内の中間転写体や2次転写ローラに付着し、シートを汚してしまうことがある。又、キャリア液が2次転写ローラに付着すると、キャリア液の粘性のため、シートが中間転写体や2次転写ローラに巻き付き易くなり、シートのジャムが発生することがある。
そこで、液体現像剤の転写部材(2次転写ローラ)への付着や、中間転写体や転写材への再付着を防ごうとする発明が特許文献1に記載されている。具体的に特許文献1には、キャリア液中にトナーを分散した液体現像剤を担持する現像剤担持体と、現像された顕像を担持する像担持体と、像担持体上の顕像を1次転写する中間転写体と、中間転写体上に転写された顕像を転写材へ一括転写する2次転写手段とを有し、2次転写手段が、転写部材と、転写部材表面をクリーニングする弾性体からなるクリーニング部材とを有する湿式画像形成装置が開示されている(特許文献1:請求項1、図2等参照)。
特開2002−296926
ここで、近年、画像形成装置においては、画像形成速度の高速化の要請があり、高速性は、需要者が画像形成装置を選択する際の考慮点の1つとなっている。しかしながら、画像形成速度の高速化は、シート搬送速度が早くなることであり、即ち、2次転写のための時間が短縮されるという側面がある。
そうすると、特に、画像の余白が少ない場合、画像の先頭(ページの頭部分)の2次転写が適切になされず、欠ける場合があるという問題が生ずる(図9(b)参照)。この欠けは、逆転写バイアス状態から2次転写に必要なバイアス電圧(電流)に到達までに要する時間(遷移時間)は一定の時間を要するところ、高速化のため、2次転写に必要なバイアス電圧に到達する前に、トナー像がシートと接する位置に到達してしまうために充分な2次転写が行われないために生じる。
そこで、一般に、余白が少ない場合、逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転開始のタイミングを早めることが行われる。これにより、余白が少なくてもトナー像のニップ進入時には、2次転写ローラに印加されるバイアス電圧(電流)が2次転写に適切な値に到達し、画像の先端部が欠けることなく印刷される。しかし、給紙時のシートどうしの摩擦や搬送路のガイドとの摩擦で、シートは静電気を帯びているので、2次転写ローラのバイアスの極性反転の開始を早めると、シートがニップ進入した時点で、2次転写ローラに比較的大きなバイアスが既に印加された状態である場合がある。そうすると、シートのニップへの進入当初から(絶対値の)大きい電圧がシートに印加され続け、シートが2次転写ローラ又は中間転写体から分離し難く、巻き付きやすくなる。更に、湿式の画像形成装置では、キャリア液の粘性により、2次転写ローラ等に巻き付きやすい傾向がある。従って、特に、湿式の画像形成装置で極性反転の開始を早めると、ニップにおいてシートのジャム(詰まり)が乾式の場合と比較して発生しやすいという問題がある。
そこで、特許文献1記載の発明をみると、画像形成速度を向上させる場合、及び、画像の余白が少ない場合、極性反転のタイミングを速くしなければ、画像の先端部分が欠ける問題を解決することはできない。そうすると、特許文献1記載の画像形成装置は、シートの2次転写ローラ等への巻き付きによるジャムが多発し易いものであり、上記問題を解決することはできない。
又、特許文献1記載の発明によれば、確かに、クリーニング部材の存在により、2次転写ローラに付着したキャリア液等をある程度取り除くことができるが、2次転写バイアスの極性反転開始のタイミングを早めると、2次転写ローラ等に巻き付きやすいという問題を根本的に解決するものではない。又、クリーニング部材が、キャリア液等を完全に除去できるはずもなく、クリーニング部材の早期摩耗等を考慮すれば、結果として、シートのジャム等は生じてしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転の開始タイミングを早めることなく、遷移時間中でも、2次転写を的確に行うことができる画像形成装置を提供することを課題とする。従って、極性反転のタイミングを早めることに起因する、ジャム、2次転写不良等の不具合が生じ難い画像形成装置を提供することを課題とする。
上記課題を解消するために、請求項1に記載の画像形成装置は、キャリア液にトナーを分散させた液体現像剤により1又は複数の像担持体上にトナー像を形成する画像形成部と、前記像担持体上に形成されたトナー像が1次転写される無端状ベルトと、前記無端状ベルトを張架し、周回させるための複数の回転体を有する中間転写部と、複数の前記回転体のうちの1つに対向して配され、前記無端状ベルトに当接されニップを形成する2次転写ローラと、前記2次転写ローラに接続され、前記ニップを通過するシートに前記無端状ベルト上のトナー像を2次転写する場合は転写バイアスを、2次転写を行っていない状態では、転写バイアスと逆極性の逆転写バイアスを、前記2次転写ローラに印加可能な第1バイアス印加部と、前記2次転写ローラに対向する前記回転体に接続され、バイアスを印加する第2バイアス印加部と、を有することとした。
この構成によれば、第1バイアス印加部の逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転の遷移時間中に、例えば、第2バイアス印加部が逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを2次転写ローラに対向する回転体に印加することで、2次転写ローラとこれに対向する回転体の間の電位差を2次転写に最適な値に確保することができるから、余白が少ない画像を形成する場合でも、極性反転を早めずに、画像の先端部分が欠けること無く画像形成を行うことができる。又、余白が狭小の場合、従来、極性反転の早期開始を早めることで、シートが2次転写ローラと中間転写体のニップに進入した際に、通常より既に大きなバイアスが2次転写ローラに印加されていることや、2次転写ローラや中間転写体に付着しているキャリア液の粘性が高いことに起因して、2次転写ローラ等にシートが巻き付きやすく、ジャムが多発していたが、この構成によれば、2次転写ローラのバイアスの極性反転を早める必要がないから、極性反転を早めることに起因する2次転写ローラ等への巻き付きによるジャムの発生をなくすことができる。
請求項に記載の発明では、前記第2バイアス印加部は、前記第1バイアス印加部が逆転写バイアスから転写バイアスへの極性変化開始から、2次転写に必要なバイアス電圧又は電流に到るまでの遷移時間内において、前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスと同じ極性の電圧を印加することとした。
この構成によれば、第1バイアス印加部の逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転の遷移時間中に、第2バイアス印加部が逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを印加するから、第2バイアス印加部を設けない場合に比べて、2次転写ローラと回転体間の電位差を確保することができ、画像形成速度を高速化しても、極性反転のタイミングを早める必要がないので、シートの巻き付きによるジャム、2次転写不良等が生ずることもない。従って、画像形成速度の高速化に対応した画像形成装置を提供することができる。尚、請求項1の発明の好適な例を示す。
請求項に記載の発明は、請求項の画像形成装置において、1次転写後、2次転写前のトナー像からのキャリア液除去のため、前記2次転写ローラよりも前記無端状ベルトの周回方向上流側で、前記2次転写ローラに対向する前記回転体に対向して配されるとともに、前記無端状ベルトに当接されるキャリア除去ローラと、前記キャリア除去ローラに接続される前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを印加する第3バイアス印加部を備え、前記第3バイアス印加部は、前記第2バイアス印加部が印加するバイアス以上の絶対値を有するバイアスをキャリア除去ローラに印加することとした。
従来、重畳されたトナー像からキャリア液を除去するキャリア除去ローラは、無端状ベルトを挟み込むようローラ対で設けられていたが、この構成によれば、キャリア除去ローラを2次転写ローラと無端状ベルトを介して当接される回転体に当接させて設けるので、設置するローラを1本を減らすことができる。従って、キャリア除去機構の省スペース化や低コスト化を図ることができる。又、このキャリア除去ローラには、第3バイアス印加部が設けられるので、トナー像がキャリア除去ローラに移動してしまうこともない。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載の画像形成装置において、前記第2バイアス印加部は、前記ニップにシートが進入すると同時に、バイアス印加をオフすることとした。
この構成によれば、シートが無端状ベルトと2次転写ローラのニップに進入すると同時に第2バイアス印加部が、バイアス印加をオフすると、第2バイアス印加部の印加バイアスは減衰していくものの、第2バイアス印加部により回転体にバイアスを印加しない従来に比べ、減衰しきるまでの間、2次転写ローラとこれに対向する回転体の間の電位差を大きくとることができ、必要以上に電位差が大きくなることを防ぐこともできる。尚、この構成は、好適なバイアス印加制御の一例を示す。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至に記載の画像形成装置において、前記第2バイアス印加部は、前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスから転写バイアスへの極性変化開始前から前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスよりも小さなバイアスを印加することとした。
この構成によれば、逆転写バイアスから転写バイアスに極性反転を開始した時点で、第2バイアス印加部に既に電圧が印加されているから、2次転写ローラと回転体(無端状ベルト)の電位差を極性反転開始の時点から大きくとることができる。又、第2バイアス印加部は、非2次転写時に、第1バイアス印加部の逆転写バイアスよりも小さなバイアスを印加するので無端状ベルト上の残留トナー等が2次転写ローラに移動してしまうこともない。
上述したように、本発明によれば、画像形成速度の高速化のため、2次転写のための時間が短い場合、加えて、余白部分が少ない場合、シートの余白が2次転写ローラと無端状ベルトのニップ通過時間中に、逆転写バイアスから転写バイアスへの遷移時間が収まらない場合、逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転開始のタイミングを早めなくても、画像の先頭部分が欠けることなく2次転写を適切に行うことができる。更に、極性反転開始のタイミングを早めることに起因する弊害もない。
以下、図1〜9に基づき、本発明の実施形態について説明する。
まず、図1及び図2に基づき、本実施形態に係るプリンタ1(画像形成装置に相当)について、構造、動作の概略を説明する。図1は、本発明の実施形態に係るプリンタ1の構成を示す正面模型的断面図である。図2は、本発明の実施形態に係る画像形成ユニット71の拡大模型的断面図である。
図1に示すように、本実施形態のプリンタ1は、いわゆるタンデム型であり、中間転写ベルト81(無端状ベルトに相当)を用いてフルカラーの画像をシートに形成する。そのため、シート供給部2、シート搬送部3、2次転写部4、定着部5、排出部6、画像形成部7、中間転写部8を主な構成として有する。尚、本プリンタ1におけるトナーは、正帯電のものを用いるものとして以下説明する。
前記シート供給部2は装置本体内下部に引き出し可能に配置され、その内部にプリンタ用紙、ラベルシート、OHPシート等、各種、各サイズのシートが収容される。シート供給部2は、画像形成を行う旨がプリンタ1に入力されると、1枚ずつシートをシート搬送部3に送り出す。
前記シート搬送部3は、プリンタ1の左側内面に沿って垂直上方にシートをシート供給部2から排出部6までシートを搬送する(図1に搬送方向を破線矢印で図示。)。シート搬送部3には、シートの搬送方向を案内するためのガイド板31や、モータ、ギア等からなる駆動機構(不図示)に接続され回転駆動する搬送ローラ対32が設けられる。又、シートを2次転写部4にタイミングを合わせて進入させるレジストローラ対33が、2次転写ローラ40の下方に設けられる。
前記2次転写部4は、画像形成部7で形成されたトナー像が重畳して転写(1次転写)された中間転写ベルト81上のトナー像をシートに転写する。2次転写部4は、主として2次転写ローラ40と、2次転写ローラ40に対向して配され、中間転写ベルト81を張架し、モータ、ギア等の駆動機構(不図示)と接続され回転駆動する駆動ローラ82で構成されるが、詳細は後述する。
前記定着部5は、2次転写部4の上方に配され、2次転写されたトナー像をシートに定着させる。また、定着部5は、シート上のトナー像に接する加熱ローラ51と、加熱ローラ51に圧接して配置される加圧ローラ52とを有し、加熱ローラ51と加圧ローラ52のニップに2次転写後のシートを進入させてトナー像をシートに定着させる。前記排出部6は、定着の完了後のシートを排出トレイ61に排出する部分であって、プリンタ1の上部に配される。
画像形成部7は、シート供給部2の上方かつ、中間転写ベルト81の下方に設けられる。画像形成部7は、シアン用の画像形成ユニット71C、マゼンタ用の画像形成ユニット71M、イエロー用の画像形成ユニット71Y、及びブラック用の画像形成ユニット71Bで構成される。具体的に、画像形成ユニット71C、71M、71Y、71Bは、中間転写ベルト81の周回方向上流側のベルトクリーニング装置86と下流側の2次転写部4との間で、中間転写ベルト81に近接して並列配置される。尚、各画像形成ユニット71C、71M、71Y、71Bの配置の順番はこの限りではないが、各色の混色等、完成画像への影響を配慮すると、この配置が好ましい。尚、各画像形成ユニット71C〜71Bの構成については後述する。
前記中間転写部8は、中間転写ベルト81、駆動ローラ82、中間転写ベルト81を張架し周回させるための2本の従動ローラ83、84、4本の1次転写ローラ85、ベルトクリーニング装置86等で構成され、ユニット化することができる。尚、各ローラの本数は、これに限られるものではない。
中間転写体としての中間転写ベルト81は、例えば誘電体樹脂で形成され、複数のローラに周回可能に張架される。又、中間転写ベルト81には、その両端を互いに重ね合わせて接合してエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが用いられる(=無端状ベルト)。尚、以下、中間転写ベルト81の外側の面を「表面」と称し、他方の面を「裏面」と称する。
駆動ローラ82は、2次転写ローラ40に対向して配されるローラであって、中間転写部8のうち、図1の最左方に配されるローラである。この駆動ローラ82には、モータ・ギア等から構成される駆動機構(不図示)が接続され、駆動ローラ82は回転駆動する。この駆動ローラ82により、中間転写ベルト81は、図1では時計回りに周回駆動する。尚、駆動ローラ82は、2次転写部4の一部も構成する。
図2も参照して1次転写ローラ85は、中間転写ベルト81の感光体ドラム72が接触している部分の裏面に接するように配される。具体的には、1次転写ローラ85は、図1において上下方向に移動可能であって、必要に応じて中間転写ベルト81を介して画像形成ユニット71C〜71Bの感光体ドラム72(図2参照)に圧接され、1次転写部を構成する。そして、1次転写ローラ85は、電源(不図示)によりトナーの帯電極性と逆極性(本実施形態では負)の電圧(電流)を印加される。つまり、1次転写ローラ85(1次転写部)は、中間転写ベルト81と接触している位置で、中間転写ベルト81にトナーの帯電極性と逆極性のバイアスを印加する。このバイアス印加で、中間転写ベルト81の表面側に位置する感光体ドラム72から中間転写ベルト81にトナーが引き付けられ、画像形成ユニット71C〜Bで形成されたトナー像が中間転写ベルト81表面に1次転写される。
そして、中間転写ベルト81の周回駆動とともに所定のタイミングで各画像形成ユニット71C〜71Bのトナー像が中間転写ベルト81に順次転写され、中間転写ベルト81表面にはシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色のトナー像が重ね合わされたフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト81表面のフルカラートナー像は、2次転写部4でシートに再度転写される。
ベルトクリーニング装置86は、シアン用画像形成ユニット71Cの中間転写ベルト81周回方向上流側、従動ローラ84に対向する位置に設けられ、2次転写後に中間転写ベルト81表面に残留するトナー等を除去し、回収する。
次に、図2に基づき、各画像形成ユニット71の構成、動作について説明する。図2は本発明の実施形態に係る1つの画像形成ユニット71の部分拡大図である。
尚、4色の各画像形成ユニット71C〜71Bは構造が共通するので、以下では、「C」「M」「Y」「B」の記号は省略し、1つの画像形成ユニット71について説明する。又、図2中の破線矢印は、各回転部材の回転方向を示す。
画像形成ユニット71は、像担持体としての感光体ドラム72と、帯電装置73、露光装置74、現像装置75、クリーニング装置76、除電装置77等で構成される。本実施形態の画像形成ユニット71は、絶縁性液体(キャリア液)中にトナー粒子を分散させた液体現像剤を用いてトナー像を形成する。そして、外部コンピュータ(不図示)から受信した文字や図形、模様等の画像データに基づいて感光体ドラム72上に静電潜像が形成され、この静電潜像を現像装置75により可視像(トナー像)に現像する。
感光体ドラム72は、アルミニウム等で構成される導電性基体の外周面に、アモルファスシリコンの感光層を設けた円筒状の部材であり、その表面に帯電(本実施形態では正帯電)したトナーのトナー像を担持可能である。尚、反転現像方式を採用しているので、本実施形態では正帯電のアモルファスシリコン感光体と正極性に帯電可能なトナーを用いる。感光体ドラム72は、図示しない駆動装置によってシート搬送速度(例えば210mm/s)とほぼ同じ周速で図中反時計回りに回転する。
帯電装置73は、感光体ドラム72の表面を均一に帯電させる。帯電装置73は、細いワイヤー等を電極として高電圧を印加して放電するコロナ放電装置を使用可能であるが、ローラ、ブラシ等によるものでも良い。
帯電装置73の感光体ドラム72の回転方向下流側に、露光装置74が配される。露光装置74はアレイ状等のLED光源を有し、帯電した感光体ドラム72表面に画像データに応じた光を照射して、照射部分の電位を光減衰させて感光体ドラム72表面に静電潜像を形成する。なお、LEDに代えて、LSU(Laser Scan Unit)等を用いることもできる。
現像装置75は、前述のように、シリコンオイル等からなる絶縁性液体であるキャリア液中に、正帯電する微細な樹脂からなるトナー粒子を分散、混濁させた液体現像剤により感光体ドラム72表面の静電潜像をトナー像として現像する。尚、現像装置75内のタンク75aには、回収したキャリア液の再利用を行い、濃度調整を行って現像装置75に液体現像剤を補給する液体現像剤循環装置(不図示)が接続される。
具体的には、回転可能に支持され感光体ドラム72に接触して液体現像剤を供給する現像ローラ75bと、現像ローラ75bに接触し液体現像剤を供給する供給ローラ75cと、供給ローラ75c下部に接触する支持ローラ75dと、供給ローラ75cに接触して設けられ、供給ローラ75c上に担持される液体現像剤の層厚を所定値に規制するブレード75eと、液体現像剤循環装置から供給される液体現像剤をタンク75aに補給する現像剤補給部75fと、感光体ドラム72に供給されずに現像ローラ75b上に残留した液体現像剤を除去する現像剤除去装置75g等で構成される。
クリーニング装置76は、感光体ドラム72から中間転写ベルト81に転写されずに残留した現像剤を清掃する。除電装置77は、例えばLED等の光源を備え、クリーニング装置76による現像剤除去後、感光体ドラム72表面の残留電荷を光源からの光によって除電し、次の画像形成に備える。
次に、図3及び図4を用いて、本発明の実施形態に係る2次転写部4を説明する。図3は、本発明の実施形態に係る2次転写部4を説明するための斜視図である。尚、図3では画像形成部7や1次転写ローラ85を省略して示している。
図3の右方で、中間転写ベルト81を張架する駆動ローラ82に対向して、中間転写ベルト81の表側に、2次転写ローラ40とキャリア除去ローラ41が設けられる。そして、この2次転写ローラ40のローラ軸40aと、キャリア除去ローラ41のローラ軸41aと、駆動ローラ82のローラ軸82aの軸線方向は平行とされ、それぞれのローラ軸40a、41a、82aは、軸受等(不図示)により回転可能に支持される。
2次転写ローラ40は、図3中、最も右方に設けられているローラであって、駆動ローラ82等に張架された中間転写ベルト81に当接し、中間転写ベルト81と2次転写ローラ40の間にニップが形成される。シートのニップ通過時(シート搬送方向を図3で図示)にトナー像もニップに到達している状態となるように、レジストローラ対33によりタイミングがあわされてシートがニップに進入する。そして、2次転写ローラ40にトナーの帯電極性(本実施形態では正)と逆極性の所定の電圧(電流)を印加することで、トナーがニップ通過中のシートに2次転写される。
この2次転写ローラ40へのバイアス印加手段として、第1バイアス印加部91が設けられる。言い換えると、2次転写ローラ40に電圧(電流)を印加するための電源として第1バイアス印加部91が設けられる。そして、第1バイアス印加部91と2次転写ローラ40とが接続され、2次転写ローラ40に所定の大きさの電圧が印加される。尚、詳細は後述するが、この第1バイアス印加部91は、2次転写ローラ40に対し、正・負の両極性の電圧(電流)を印加することができる。
又、本実施形態では、駆動ローラ82にバイアスを印加するため手段として、第2バイアス印加部92が設けられる。言い換えると、駆動ローラ82に電圧(電流)を印加するための電源として第2バイアス印加部92が設けられる。そして、この第2バイアス印加部92と駆動ローラ82とが接続され、駆動ローラ82に所定の大きさのバイアスが印加されることになる。尚、詳細は後述するが、第2バイアス印加部92が印加するバイアスは、正極性である。
そして、図3において、駆動ローラ82の下方に対向して支持されるローラがキャリア除去ローラ41である。このキャリア除去ローラ41は、中間転写ベルト81上のトナー像に含まれるキャリア液や中間転写ベルト81に付着するキャリア液を除去するものであり、スキージローラと呼ばれることもある。そして、本実施形態のプリンタ1では、駆動ローラ82に対向させてキャリア除去ローラ41を設けている点に特徴があるので、図4を用いて詳細に説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る2次転写部4の拡大模型的断面図であり、(a)が本発明の実施形態に係る2次転写部4を示し、(b)が従来例を示すものである。
図4(b)に示すように、従来の画像形成装置では、2次転写部は、2次転写ローラ140(尚、2次転写ローラ140に2次転写のためのバイアスを印加するためのバイアス印加部191が接続される。)は、駆動ローラ182に中間転写ベルト181を介して当接するように支持される。一方、従来、キャリア除去ローラ142は、ローラ対として、2次転写ローラ40に最も近い画像形成ユニット71と2次転写ローラ40の間に設けられていた。従って、本実施形態のようにキャリア除去ローラ41を配せば、ローラの設置を1本省くことができる。これにより、プリンタ1等の画像形成装置の省スペース化、簡略化、低コスト化を図ることができる。
ここで、本実施形態のプリンタ1は、駆動ローラ82に第2バイアス印加部92が設けられ、第2バイアス印加部92では、正極性の電圧が印加され、トナーは正帯電であるので、従来のようにキャリア除去ローラ41の電位がグランドであると、駆動ローラ82からキャリア除去ローラ41方向への電界が形成され、中間転写ベルト81表面上のトナー像の一部が、キャリア除去ローラ41に移動する可能性がある。そこで、本実施形態では、キャリア除去ローラ41にバイアスを印加する第3バイアス印加部93が設けられる。尚、トナーの移動を防止できればよいから、第3バイアス印加部93が印加するバイアスは、第2バイアス印加部92が印加するバイアスと同極性(本実施形態では正極性)であり、第2バイアス印加部92が印加するバイアス以上のバイアスを印加する。
尚、帯電極性が負のトナーを使用する場合には、第2バイアス印加部92が印加するバイアスは負極性であるため、第3バイアス印加部93が印加するバイアスは第2バイアス印加部92が印加するバイアスと同極性(負極性)であり第2バイアス印加部92が印加するバイアス以下のバイアスを印加する必要があるため、第3バイアス印加部93が印加するバイアスは第2バイアス印加部92が印加するバイアスと同極性であり第2バイアス印加部92が印加するバイアスの絶対値以上のバイアスを印加する必要があるということができる。
これらの第1バイアス印加部91、第2バイアス印加部92、第3バイアス印加部93は、例えば、電源装置14等の各種電源から供給される電圧の昇圧を行って、それぞれ印加するに適当なバイアスを生成して、バイアスの印加を行う。
次に、図5に基づき、本発明の実施形態に係るプリンタ1のハードウェア構成について説明する。図5は、本発明の実施形態に係るプリンタ1のブロック図である。
図5に示すように、プリンタ1は、1又は複数の端末100(例えば、パーソナルコンピュータ等、図5では、便宜上1台のみ図示)とネットワーク等により接続され、プリンタ1は、端末100からの画像データ等の送信を受けて、画像形成を行う。
そして、このプリンタ1の画像形成動作を制御するために、制御部10が設けられる。図5に示すように、制御部10は、プリンタ1を構成する例えば2次転写部4や中間転写部8等の各部と接続され、その制御を行う。実際に制御を行うための構成として、制御部10には、CPU11、記憶部12、計時部13等が設けられる。
前記CPU11は、中央演算処理装置であり、制御プログラムや制御データに基づき、プリンタ1の各部に制御信号を発し、演算等を行う。記憶部12は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory )、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュROM等で構成される。ROM、HDD、フラッシュROMは、不揮発性のメモリであって、制御プログラムや制御データ、画像データ等を記憶する。RAMは、揮発性のメモリであって、CPU11が演算等を行うために、制御プログラム、制御データ、画像データ等を展開し、記憶するメモリである。
前記計時部13は、いわゆるタイマであって、プリンタ1の制御に必要となる時間をカウントする。例えば、シート搬送速度と、中間転写ベルト81の周回速度から、レジストローラ対33の回転駆動を開始する時間の計測や、2次転写を行うために2次転写ローラ40に印加するバイアスや、駆動ローラ82、キャリア除去ローラ41に印加するバイアスの印加開始、及びシートのサイズと搬送速度から、バイアスの印加終了時間の計測などプリンタ1の制御に必要となる多様な時間の計測を行う。
ここで、図5に示す電源装置14は、商用電源に接続され、様々な電圧をプリンタ1の各部に供給する電源である。そのため、電源装置14は、例えば、プリンタ1内の各種モータへの電力供給のため交流を直流に整流して24Vで出力し、又、制御部10等の電子部品の駆動のため、5V、3.3V等、必要な電圧値に降圧して出力する。更に、1次転写、2次転写におけるバイアス電圧等のために、昇圧して各バイアス印加部に出力することができる。
又、電源装置14から供給され、又は、各バイアス印加部が昇圧したバイアスについて、第1バイアス印加部91による2次転写ローラ40、第2バイアス印加部92による駆動ローラ82、第3バイアス印加部93によるキャリア除去ローラ41へのバイアス印加のON/OFF制御(スイッチング)を行う部位が、バイアス印加制御部9である。尚、バイアス印加制御部9は、CPU11と通信可能に接続され、CPU11から動作指示を受けるが、バイアス印加制御部9を設けずCPU11が制御を行ってもよい。
次に図6乃至9に基づき、本発明の実施形態に係る2次転写でのバイアス印加制御について説明する。図6は、本発明の実施形態に係る2次転写でのバイアス印加のタイミングチャートである。図7は、本発明の実施形態に係る2次転写の特徴を説明するためのタイミングチャートである。図8は、従来の画像形成装置での2次転写でのバイアス印加のタイミングチャートである。図9は、(a)が本実施形態での余白部分が少ない場合の画像形成結果を示すものであり、(b)は、従来例での余白部分が少ない場合の画像形成結果を示す図である。
まず、図6に基づき、本実施形態のプリンタ1の基本的な2次転写におけるバイアス印加制御について説明する。
まず、図6における「シート搬送(ニップ進入)」と示すラインは、High状態では、シートが2次転写ローラ40と中間転写ベルト81のニップ(以下、便宜上「2次転写ニップ」という)を通過中であることを示す。反対に、Low状態では、2次転写ローラ40と中間転写ベルト81が直接接している状態であることを示す。
次に、「2次転写領域」と示すラインは、High状態で中間転写ベルト81上に1次転写されたトナー像が、中間転写ベルト81の周回により、2次転写ニップを通過している状態であることを示す。一方、Low状態では、2次転写ニップをトナー像が通過していない状態であることを示す。従って、シートに的確にトナー像を2次転写するためには、2次転写領域のHigh状態は、シート搬送(ニップ進入)がHigh状態である時間の間(t3〜6)に収まらなければならない。
次に、「中間転写ベルト駆動」と示すラインは、High状態からLow状態に移行開始したときに、中間転写ベルト81の周回駆動が開始され、一定速度に到った後(Low状態)、Low状態からHigh状態に向けて移行開始したときに、駆動ローラ82を回転駆動させるモータへの電力供給をOFFし、惰性で若干周回した後、中間転写ベルト81の周回駆動が停止する(High状態)ことを示している。言い換えると、駆動ローラ82を回転駆動させるモータへの電力供給を負論理で示したものであり、High状態で、モータへの電力供給がOFFされた状態である。
「2次転写バイアス」と示すラインは、第1バイアス印加部91によって2次転写ローラ40に印加されるバイアスを示す。シートへの2次転写を行わない状態では、2次転写ローラ40に中間転写ベルト81に残留するトナーが付着して2次転写ローラ40を汚さないようにするため、本実施形態のトナーは正帯電であるので、2次転写ローラ40に、中間転写ベルト81(駆動ローラ82)の電位よりも高い正極性のバイアス電圧(以下、「逆転写バイアス」という。)を印加する。一方、2次転写を行う場合には、第1バイアス印加部91は、2次転写ローラ40に負極性の電圧(電流)(以下「転写バイアス」という。)を印加して、駆動ローラ82(中間転写ベルト81)から2次転写ローラ40方向にトナーを移動させるような電界を形成し、シートにトナー像を2次転写させる。尚、一点鎖線で示すラインの電位は、ほぼグランドである。ちなみに、負帯電のトナーを用いるときは、第1バイアス印加部は、転写バイアスの場合、駆動ローラ82よりも電位が高くなるように正極性のバイアスを印加し、逆転写バイアスの場合、駆動ローラ82よりも電位が低くなるように負極性のバイアスを印加する。
ここで、2次転写ローラ40の転写バイアスは、−数kVとなるが、実際には、制御の容易性等から転写バイアス印加時は、2次転写ローラ40に定電流が流れるように、定電流制御が行われる。尚、逆転写バイアス、駆動ローラ82、キャリア除去ローラ41に印加するバイアスは、一定の電圧が印加されるように定電圧制御がなされる。この時、2次転写ローラ40に流れる実際の電流は、+数十μA(例えば、+20μA)程度である。
「駆動ローラバイアス」と示すラインは、第2バイアス印加部92により駆動ローラ82に印加されるバイアスを示す(以下「駆動ローラバイアス」という。)。本発明は、図6に示すように、正極性の駆動ローラバイアスを印加して、形成すべき画像の余白部分が狭い(少ない)場合でも画像の先頭部分が欠けることなく画像形成を行える点に特徴があるが詳細は後述する。尚、一点鎖線で示す電位は、グランドである。
「キャリア除去ローラバイアス」と示すラインは、第3バイアス印加部93によりキャリア除去ローラ41に印加されるバイアスを示す(以下、「キャリア除去ローラバイアス」という。)。このキャリア除去ローラ41への電圧印加は、キャリア除去ローラ41にトナー像が移動しないようにするため行われ、本実施形態におけるトナーは正帯電であるから、キャリア除去ローラバイアスは、図6に示すように、正極性となる。尚、一点鎖線で示す電位は、グランドである。
次に、各バイアスの大小関係について、実際に数字を示しつつ説明する。
2次転写ローラ40に印加される逆転写バイアスは、例えば、+500V〜800V程度とすることができる。一方、駆動ローラバイアスは、例えば、+200〜400V程度、より好ましくは300V程度とすることができる。即ち、2次転写ローラ40の逆転写バイアスは、駆動ローラバイアスよりも大きい状態(例えば、+300V程度)とすることで、非2次転写時に、中間転写ベルト81に残留して付着するトナーの2次転写ローラ40への付着を防ぐことができる。
そして、駆動ローラバイアスが、例えば、+300V程度であるとすると、キャリア除去ローラ41へのトナー像の移動を防止するため、キャリア除去ローラバイアスは、少なくとも+300V以上とされる。このキャリア除去ローラバイアスは、駆動ローラバイアスに応じて、トナーの移動が生じない程度に適宜設定すればよい。
次に、図6のタイミングチャートを利用して、本実施形態のプリンタ1の2次転写動作を時系列的に説明する。
まず、プリンタ1に端末100等からの画像形成指示が入力されると、プリンタ1は、画像形成部7、中間転写部8を駆使して、トナー像の中間転写ベルト81への1次転写を行う。そのため、図6に示すt1の時点において、中間転写ベルト81の周回駆動が開始される。即ち、駆動ローラ82の回転駆動が開始される。そして、t1の時点では、同時に、バイアス印加制御部9は、第1バイアス印加部91が2次転写ローラ40に逆転写バイアス(正極性)を、第2バイアス印加部92が駆動ローラバイアス(正極性)を、第3バイアス印加部93がキャリア除去ローラバイアス(正極性)を、それぞれ印加開始するように、各バイアス印加部の制御を行う。
そして、中間転写ベルト81上に重畳形成されたフルカラーのトナー像が、2次転写ニップに進入する前に、t2の時点において、バイアス印加制御部9は、第1バイアス印加部91のバイアスの極性の反転を開始する。即ち、2次転写を行うのに十分な値にバイアス電流(=転写バイアス)が達するまで、一定の時間を要するので、トナー像が2次転写ニップに進入した(=2次転写領域がHigh状態となった)段階で2次転写に十分な定電流が流れている状態とするため、t2の時点でバイアスの極性の反転を行う。尚、図6における遷移時間は、具体的には、t2〜t4の間(極性反転から落ち着くまで)である。又、t2の時点では、駆動ローラバイアスの印加は継続されたままである。
そして、2次転写ニップへのシートの進入が開始されるt3の時点で、駆動ローラバイアスが、バイアス印加制御部9によってOFFされる。そして、駆動ローラバイアスは、一定時間をかけて、グランドに減衰してゆく。
次に、トナー像が、2次転写ニップに到達したt4の時点では、図6に示すように、2次転写ローラ40のバイアス電流は、一般に2次転写をおこなうのに十分な電流(電圧)の状態とされる(負極性)。これにより、シートへのトナー像の2次転写が良好になされる。
更に、2次転写が終了したt5の時点で駆動ローラバイアス及び2次転写ローラ40への逆転写バイアスの印加が開始される。
そして、画像形成が終了すると、駆動ローラ82の周回が停止されるt8の時点で、全バイアスの印加をバイアス印加制御部9がOFFする。
次に、図7乃至9を用いて、駆動ローラ82にもバイアス電圧を印加することの有用性を説明する。
まず、図7及び8において、「2次転写領域(通常余白)」のチャートは、図6で説明したように、2次転写ローラ40の転写バイアスが、2次転写ニップへのトナー像の進入までに2次転写を行うのに十分な値に到達する場合の2次転写領域を示す。
図7及び8において、「2次転写領域(狭小余白)」のチャートは、余白部分が少なく(=印刷する領域が広い)、2次転写ニップにシートが進入してすぐに、トナー像が2次転写ニップに進入してくる場合を示している。この点は、画像において実際に余白が少ない場合だけでなく、画像形成速度を高速化し、相対的に余白部分が狭小化した場合も当てはまる。
そこで、まず、図8を用いて、従来の画像形成装置における問題点を指摘する。まず、図8の「2次転写バイアス(1)」は、通常の2次転写ローラ40のバイアス印加制御を行った場合のチャートである。即ち、2次転写領域(通常余白)がHigh状態となった時点で(t4)、転写バイアスが2次転写を行うのに十分な値に到達している場合の2次転写バイアスの印加制御を示す。
このようなバイアス制御において、画像の余白が狭小であると、2次転写領域(狭小余白)がHigh状態となっても(この時点を図8でtbとして示す。)、図8の黒点BP1で示すように、転写バイアスが適切に2次転写を行えるほどの電圧に到達していない。そうすると、2次転写が十分に行われず、先頭部分が欠ける画像が形成されることになる。その実例を図9(b)に示す。図9(b)では、形成された画像の先頭部分は、十分に2次転写されず、徐々に画像の濃度が高くなっている。このことは、まさしく、従来の画像形成装置では、余白が狭小の場合、画像形成速度高速化の場合、トナー像が2次転写ニップの進入時十分な転写バイアスが印加されていない状態であることを示している。
ここで、逆転写バイアスから転写バイアスへの遷移時間(t2〜t4)を短くすればよいことになるが、転写バイアスは、−数kVにも及ぶため、遷移時間自体を短くすることは困難であり、高コストにつながり得る。
そこで、従来、図8の「2次転写バイアス(2)」に示すように、画像における余白部分が狭小の場合、画像の先頭部分が欠ける画像の形成を防止するため、逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転の開始を早めることが行われている。(この時点をtcとして図8に示す。)。しかし、このような極性反転を行うと、図8において黒点BP2で示すように、シートが2次転写ニップに到達する前に(t3前に)、2次転写ローラ40の電位が駆動ローラ82よりも低くなる。このように、従来では、駆動ローラ82には、極性反転タイミングを単に早めるので、シートの2次転写ニップ進入時から、大きな電位差が駆動ローラ82と2次転写ローラ40間に生ずることになる。そのため、シートの先端の2次転写ニップ到達時から継続して電位差が大きい状態が続きまた粘性の高いキャリア液が2次転写ローラ42や中間転写ベルト21に付着しているので、搬送等により静電気を帯びたシートが2次転写ローラ40や中間転写ベルト81(駆動ローラ82)に巻き付きやすくなる。この用紙の巻きつきはジャムの原因になりうる。又、シートの先端のニップ到達時から継続して電位差が大きい状態が続き、搬送等により静電気を帯びたシートが2次転写ローラ40や中間転写ベルト81(駆動ローラ82)に巻き付きやすく、ジャムを発生する原因になる。
従って、余白部分が狭小の場合、極性反転開始を早めた場合、先頭部分が欠けることなく画像形成を行えても、ジャム発生など、多くの弊害が存在した。尚、図8の「2次転写バイアス(1)」及び「2次転写バイアス(2)」における一点鎖線は、駆動ローラ82へのバイアス印加は従来なかったので、グランドを示す。
本発明はこれらの弊害を一挙に解決するものであり、そのことを図7に戻り説明する。
図7で「2次転写バイアス及び駆動ローラバイアス」と示されるラインは、図6におけるそれぞれのラインを重ねて拡大したものである。そして、図7の網掛で示す領域は、2次転写ローラ40のバイアスの極性反転が行われた後も、駆動ローラ82に印加され続ける駆動ローラバイアスと2次転写バイアスとの差分を示している。このように2次転写ローラ40へ印加するバイアスの極性反転(正→負)後も、駆動ローラバイアス(正極性)を印加するので、駆動ローラバイアスを印加しない場合に比べ(図8参照)、駆動ローラ82と2次転写ローラ40の電位差を大きくとることができる。
言い換えると、図8に示す従来例よりも、2次転写ニップにシートが進入後の図7において網掛で示す領域における時間では(t3〜ta)、2次転写ローラ40と駆動ローラ82の電位差が大きくなる。そうすると、余白部分が狭小な画像を形成する場合でも、図7に示すように、2次転写ローラ40のバイアス電圧の極性反転開始を早めず、余白が十分ある場合(通常余白)と同じタイミングで極性反転を開始しても、2次転写を適切に行うだけの電位差は確保されており(図7において、電位差V1として図示)、画像に余白が十分ある場合と同じタイミングで極性反転を開始すればよいことになる。即ち、図7で示すように、時間Taにおける2次転写ローラ40と駆動ローラ82の間の電位差V1を、t4〜t5間の電位差V2(2次転写を行うのに十分なバイアスが印加されている状態)に近づけることができる。従って、極性反転のタイミングを早めることによって生ずる上記弊害は全て解消される。しかも、図9(a)に示すように、余白が狭小でも画像の先端部分が欠けてしまうこともない。
このようにして、本構成によれば、第1バイアス印加部91の逆転写バイアスから転写バイアスへの極性反転の遷移時間中に、例えば、第2バイアス印加部92が逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを駆動ローラ82に印加することで、2次転写ローラ40とこれに対向する回転体(駆動ローラ82)の間の電位差を2次転写に最適な値に確保することができるから、余白が少ない画像を形成する場合でも、極性反転を早めずに、画像の先端部分が欠けること無く画像形成を行うことができる。又、余白が狭小の場合、従来、極性反転の早期開始を早めることで、シートが2次転写ローラ40と中間転写体(中間転写ベルト81)のニップに進入した際に、通常より大きなバイアスが2次転写ローラ40に印加されていることや、2次転写ローラ40や中間転写ベルト21に付着しているキャリア液の粘性が高いことに起因して、2次転写ローラ40等にシートが巻き付きやすくなり、ジャムが多発していたが、この構成によれば、2次転写ローラ40のバイアスの極性反転を早める必要がないから、極性反転を早めることに起因する2次転写ローラ40等への巻き付きによるジャムの発生をなくすことができる。
又、重畳されたトナー像からキャリア液を除去するキャリア除去ローラ41は、無端状ベルトを挟み込むようローラ対で設けられていたが、この構成によれば、キャリア除去ローラ41を2次転写ローラ40と無端状ベルトを介して当接される中間転写ベルト駆動ローラ82に当接させて設けるので、設置するローラを1本減らすことができる。従って、キャリア除去機構の省スペース化や低コスト化を図ることができる。又、このキャリア除去ローラ41には、第3バイアス印加部93が設けられるので、トナー像がキャリア除去ローラ41に移動してしまうこともない。
この構成によれば、シートが無端状ベルト(中間転写ベルト81)と2次転写ローラ40のニップに進入すると同時に第2バイアス印加部92が、バイアス印加をオフすると、第2バイアス印加部92の印加バイアスは減衰していくものの、第2バイアス印加部92により回転体(駆動ローラ82)にバイアスを印加しない従来に比べ、減衰しきるまでの間、2次転写ローラ40とこれに対向する回転体の間の電位差を大きくとることができ、必要以上に電位差が大きくなることを防ぐこともできる。尚、この構成は、好適なバイアス印加制御の一例を示す。
又、第2バイアス印加部92は、非2次転写時に、第1バイアス印加部91の逆転写バイアスよりも小さなバイアスを印加するので無端状ベルト上の残留トナーが2次転写ローラ40に移動してしまうこともない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
本発明の実施形態に係るプリンタの構成を示す正面模型的断面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成ユニットの拡大模型的断面図である。 本発明の実施形態に係る2次転写部を説明するための斜視図である。 本発明の実施形態に係る2次転写部の拡大模型的断面図であり、(a)が本発明の実施形態に係る2次転写部を示し、(b)が従来例を示すものである。 本発明の実施形態に係るプリンタのブロック図である。 本発明の実施形態に係る2次転写のバイアス印加のタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る2次転写の特徴を説明するためのタイミングチャートである。 従来の画像形成装置の2次転写でのバイアス印加のタイミングチャートである。 (a)が本実施形態での余白部分が少ない場合の画像形成結果を示すものであり、(b)は、従来例での余白部分が少ない場合の画像形成結果を示す図である。
符号の説明
1 プリンタ(画像形成装置) 8 中間転写部
4 2次転写部 81 中間転写ベルト(無端状ベルト)
40 2次転写ローラ 82 駆動ローラ(回転体の1つ)
41 キャリア除去ローラ 91 第1バイアス印加部
7 画像形成部 92 第2バイアス印加部
71 画像形成ユニット 93 第3バイアス印加部
72 感光体ドラム(像担持体)

Claims (4)

  1. キャリア液にトナーを分散させた液体現像剤により1又は複数の像担持体上にトナー像を形成する画像形成部と、
    前記像担持体上に形成されたトナー像が1次転写される無端状ベルトと、前記無端状ベルトを張架し、周回させるための複数の回転体を有する中間転写部と、
    複数の前記回転体のうちの1つに対向して配され、前記無端状ベルトに当接されニップを形成する2次転写ローラと、
    前記2次転写ローラに接続され、前記ニップを通過するシートに前記無端状ベルト上のトナー像を2次転写する場合は転写バイアスを、2次転写を行っていない状態では、転写バイアスと逆極性の逆転写バイアスを、前記2次転写ローラに印加可能な第1バイアス印加部と、
    前記2次転写ローラに対向する前記回転体に接続され、バイアスを印加する第2バイアス印加部と、を有し、
    前記第2バイアス印加部は、前記第1バイアス印加部が逆転写バイアスから転写バイアスへの極性変化開始から、2次転写に必要なバイアス電圧又は電流に到るまでの遷移時間内において、前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。
  2. 1次転写後、2次転写前のトナー像からのキャリア液除去のため、前記2次転写ローラよりも前記無端状ベルトの周回方向上流側で、前記2次転写ローラに対向する前記回転体に対向して配されるとともに、前記無端状ベルトに当接されるキャリア除去ローラと、
    前記キャリア除去ローラに接続される前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスと同じ極性のバイアスを印加する第3バイアス印加部を備え、
    前記第3バイアス印加部は、前記第2バイアス印加部が印加するバイアス以上の絶対値を有するバイアスをキャリア除去ローラに印加することを特徴とする請求項記載の画像形成装置。
  3. 前記第2バイアス印加部は、前記ニップにシートが進入すると同時に、バイアス印加をオフすることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記第2バイアス印加部は、前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスから転写バイアスへの極性変化開始前から前記第1バイアス印加部の逆転写バイアスよりも小さなバイアスを印加することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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