JP5531802B2 - 電子写真方式の画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置および画像形成方法に関し、特にシート状の記録媒体の剛性を検知してそれを利用する画像形成装置および画像形成方法に関する。

複写機などのトナーを用いた電子写真方式の画像形成装置が知られている。
この画像形成装置では、感光体に光による書き込みを行って像（潜像）を形成した後に、トナーを用いて前記した潜像をトナー像として第１の像担持体である感光体上に現像する。そして、この感光体上に形成されたトナー像を第２の像担持体である転写体に写した後に、転写体から所定大きさ（たとえばＡ４版）の紙など（以下、シート状の記録媒体と言う）に転写し、この転写されたトナー像を第３の像担持体である前記記録媒体ごと加熱等して定着して定着画像が得られるのが一般的である。
このような電子写真方式の画像形成装置では、第２の像担持体である転写体から、前記したシート状の記録媒体に転写する際にその記録媒体の厚み、物性などが変わると、転写圧が微妙に変化し、強すぎると白抜けが生じ、弱すぎると転写不足が生ずるなど、問題があった。

上記した問題点を解決するために、使用するシート状の記録媒体の種類が変わると、それに応じて転写圧を変えて対処する発明が知られている（たとえば特許文献１参照）。
この発明によって、必要に応じて転写圧や転写電界の条件を変えられ、良好な転写画像を得ることができるようになった。
このような転写圧や転写電界の転写条件を変更するには、転写条件変更手段が、環境条件の変化あるいは記録媒体の種類に応じて制御することとしている。ただしこの発明では、使用する紙種は、画像作成を行うユーザの使用する紙種について指示入力することによって行われる。

このような第３の像担持体である記録媒体の種類に応じて転写圧を変更し、さらに温湿度センサの検出値に応じて、転写圧の補正に記録媒体の厚さの区分や温湿度の他に、記録媒体に対する最適な転写圧を決定する要因が存在する。その要因として本願発明者は記録媒体の剛性が重要であると考えている。剛性が高い記録媒体の場合、転写部のニップでの密着不足から白抜けなどの異常画像が発生し、あるいは異常画像を回避するため転写圧を大きくすると転写ローラの磨耗負荷が大きいという問題が、依然として存在する。

このような記録媒体の剛性に着目した発明に関し、本願出願人による特許文献２の発明も知られている。
この特許文献２には、剛性検出手段が開示されており、この剛性検出手段では、記録媒体を停止部材に突き当てて停止させ、その際の記録媒体の湾曲を圧力検知手段により測定し、この検出結果から記録媒体の剛性を検出している。そのため、特許文献２に記載の発明では、記録媒体の停止が必要であり、更なる改良の余地がある。

本発明は、上記した従来技術における問題点に鑑みて成されたものであって、使用されるシート状の記録媒体の剛性を正確かつ容易に検知して、転写ローラの磨耗負荷の軽減を図りつつ、記録媒体に応じて転写圧を調整し、良好な印刷結果が得られる画像形成装置を提供することを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明は、以下の解決手段を有することを特徴として
いる。
（１）像担持体に付着したトナー像をシート状の記録媒体に転写する転写部と、前記記録媒体を前記転写部に搬送する搬送ローラと、前記転写部と前記搬送ローラとの間であって、前記搬送ローラから前記記録媒体の搬送方向へ一定距離だけ離れた剛性検出位置に配置された記録媒体の剛性を検知する剛性検出器と、を備えた電子写真方式の画像形成装置であって、前記剛性検出器は、前記剛性検出位置における記録媒体の経路中に前記経路と交差して、光を照射する光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段を有し、前記剛性検出位置における記録媒体の自重による撓み量を検知し、前記剛性検出器からの剛性検知結果に基いて前記転写部の転写圧を制御する制御部を有する電子写真方式の画像形成装置を特徴とする。
（２）前記（１）に記載の画像形成装置において、前記剛性検出器は、光源アレイと、前記光源アレイからの光を結像させるＧＲＩＮレンズアレイと、前記結像された光を検知
するラインセンサとを有することを特徴とする。
（３）前記（１）に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記剛性検知結果を用いて前記転写部の転写圧をフィードフォワード処理して制御することを特徴とする。
（４）前記（１）または（２）に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記剛性検出器からの複数回の剛性検知結果を入力して平均処理する平均処理部をさらに有し、さ前記平均処理部は平均化した剛性平均値を用いて前記転写部の転写圧の調整を制御することを特徴とする。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の画像形成装置において、画像形成装置の内部環境を検知する内部検知センサを有し、前記制御部は、前記画像形成装置の起動時あるいは内部環境が変化した場合に、前記内部検知センサからの情報を反映させて前記転写圧を調整することを特徴とする。
（６）像担持体に付着したトナー像をシート状の記録媒体に転写する転写部に前記記録媒体を搬送ローラにより搬送し、前記転写部と前記搬送ローラとの間であって、前記搬送ローラから前記記録媒体の搬送方向へ一定距離だけ離れた剛性検出位置に配置された記録媒体の剛性検出器からの剛性検知結果に基いて前記転写部の転写圧力を制御する画像形成方法であって、前記剛性検出器は、前記剛性検出位置における記録媒体の移動方向と直交する方向に設けられた光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段とにより、前記剛性検出位置における記録媒体の自重による折れ曲がり測定して、前記転写圧力を調整する画像形成方法を特徴とする。

本発明の画像形成装置は、記録媒体の搬送経路上に、前記記録媒体の剛性を検知し、厚さ区分毎の剛性基準値と、検知した前記記録媒体の剛性情報との比較情報に基づき、前記転写部の転写圧を制御している。これによって記録媒体の剛性に応じて転写圧が調整され、良好な印刷結果を得ることができる。また、転写圧の調整は記録媒体に応じて行われるため、同じ厚さ区分に属する記録媒体を使用する場合でも、転写圧を適正な値に調整して転写体から記録媒体への転写を行うことが可能である。このため、予め剛性の高い記録媒体であることを想定し、必要以上に転写圧を高める必要がない。したがって、転写ローラの磨耗負荷を軽減することが可能となる。また、記録媒体の剛性検知は搬送経路上において連続的に行われるため、高速の画像形成装置にも適用が可能である。

本発明を適用した画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置の要部の概略構成図である。 （Ａ）は本発明の画像形成装置が有する制御部を主としたハードウェア構成図であり、（Ｂ）は制御部を主とした機能ブロック構成図である。

図１は、本発明による画像形成装置１の全体構成を示す構成概略図である。
本実施形態の画像形成装置１は、電子写真方式のものである。本実施形態の画像形成装置１は、第２の像担持体３１に付着したトナー像を第３の像担持体であるシート状の記録媒体４に転写する転写部３０１を有する。シート状の記録媒体４は、剛性検出器７０が以下の位置に配置されることにより、この記録媒体４の剛性が、搬送しながら検知可能である。剛性検出器７０は、記録媒体４が収納されているトレイからトナー像を転写する転写位置（転写ローラ３０、３１で形成されるニップ）までの移動経路中に、記録媒体４の経路と交差して配置される。剛性検出器７０は、光を照射する光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段を有している。この配置される剛性検出器７０により、記録媒体４の剛性が検知可能である。

この剛性検出器７０は、好ましくは、光源アレイと前記光源アレイからの光を結像させるＧＲＩＮレンズアレイからなる発光部（光照射手段）７１と、前記結像された光を検知するラインセンサを有する受光部（光検出手段）７２とから構成される。
まず本実施形態の画像形成装置１の構成全体について説明する。本実施形態の画像形成装置１では、第１の像担持体である作像部５０１〜５０４を複数有する（図１参照）。また第２の像担持体である中間転写体２０と、第３の像担持体である記録媒体４をトレイから転写部まで搬送する搬送手段と、記録媒体４に転写されたトナー像が定着される定着部６０を有する。

複数の作像部５０１〜５０４は、使用するトナーが異なるが、同一の構成を有する。この作像部５０１〜５０４では、ドラム状の感光体５４と、前記感光体５４を帯電する帯電器５５とを有する。さらに光書込器５６と、現像器５７と、一次転写器５８と、除電器５３を有する。
光書込器５６は図示しない半導体レーザーの光源からの光線を走査することにより、記録されるべき画像情報に対応した静電潜像を感光体５４上に形成することができる。現像器５７は、前記静電潜像にトナーを付着して第１の像担持体である感光体５４上にトナー像を形成することができる。一次転写器５８は、感光体上のトナー像に対し、感光体５４上のトナー像と逆極性のバイアスを印加して、感光体５４上のトナー像を中間転写体２０上に転写することができる。除電器５３は、転写後の感光体５４を除電・清掃することができる。第１の像担持体である前記作像部５０１〜５０４は第２の像担持体である中間転写体２０の進行方向に沿って配置されている。
第２の像担持体である中間転写体２０上に並列した第１の像担持体である前記作像機構部５０１〜５０４により形成され、その順に転写されたトナー像は駆動ローラ２１、２２、２３の回転により二次転写器３０１に到る。

第３の像担持体である記録媒体４はピックアップローラ９と搬送ローラ１１、１２により搬送され、搬送経路上に設けられた剛性検出器７０により、記録媒体４の剛性が検出される。さらに、記録媒体４は搬送ローラ１３により搬送され、二次転写器３０１に達する。そして前記中間転写体２０上のトナー像と逆極性の二次転写バイアスが印加され、前記中間転写体２０上のトナー像が第３の像担持体である前記記録媒体４上に転写される。なお記録媒体の転写部３０１までの搬送手段は、ピックアップローラ９、搬送ローラ１１、１２および搬送ローラ１３により構成される。

二次転写器３０１の転写ローラ３１と、転写ローラ３０との間で二次転写バイアスが印加されている。転写ローラ３０は偏芯カム３２の回転角が、この偏芯カム３２と機械的に接続された転写圧調整手段としてのステッピングモータ３３により調整可能となっている。これによって転写ローラ３１に対して転写圧が調整できる。

さらに、トナー像が転写された記録媒体４は搬送ベルト８により、定着器６０に達する。定着器６０は定着ベルト６１、駆動ロール６２、加熱ロール６３およびバックアップロール６４で構成される。加熱ロールには図示しないヒータが設けられ、ここで記録媒体４上に転写されたトナー像を加熱溶融して定着させる。トナー定着後、記録媒体４は該画像形成装置１より排出される。

次に記録媒体４の剛性を検知する剛性検出器７０の構成について、図２を参照しながら説明する。
搬送ローラ１２の後段の、前記搬送ローラ１２のニップの出口から、記録媒体４の搬送方向へ一定距離Ｌだけ離れた位置に、記録媒体４の搬送方向に対して直交する方向、すなわち記録媒体４を挟む方向に、発光部７１と受光部７２が配されている。前記発光部７１は、図示しない発光ダイオードアレイなどからなる光源と、セルフォックレンズアレイなどからなるＧＲＩＮレンズアレイで構成され、前記光源からの複数の光線を、それぞれ対応する受光部７２のラインセンサ７３上に結像させている。ここで用いられるＧＲＩＮレンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘレンズ）は、レンズ内部の屈折率が不均一になっているレンズのことである。なお前記した「それぞれ対応する受光部」というのは、ある１つの光源から最短の位置にある受光部を指すものとする。上記説明において、ＧＲＩＮレンズを光源側に有する構成を例示したが、受光部側に有する構成とすることもできる。またラインセンサにおける記録媒体４の搬送方向の長さは、記録媒体４の剛性が測定できればよく、特に限定されない。

搬送ローラ１２を通過後の記録媒体４の先端は、前記記録媒体４の剛性により、前記搬送ローラ１２のニップ出口から、前記記録媒体４の搬送方向への一定距離Ｌだけ離れた位置において、自然撓み量が異なる。記録媒体の剛性の測定原理について記載すると、記録媒体４の剛性が低い場合には、前記発光部７１の光源アレイの複数の光束線のうち、より下流側の光束が前記記録媒体４に遮られる。一方、記録媒体４の剛性が高い場合には、前記発光部７１の光源アレイの複数の光束のうち、より上流側の光束が記録媒体４により遮られる。

このように、前記発光部７１の光源アレイから発光された複数の光束のうち、記録媒体４により遮られる位置を、受光部７２のラインセンサ７３で検出する。これにより、記録媒体４の剛性を連続的に、あるいは搬送（移動）しながら検知することが可能である。

次に、記録媒体４の剛性の検知と転写圧との調整の機構について、図３を用いて説明する。
図３（Ａ）は、制御部３５０のハードウェア構成を示した図である。
本実施形態の画像形成装置１における制御部３５０は、コンピュータ機能を有している。すなわち制御部３５０は、ＣＰＵ３５と、画像形成装置１を制御するためのプログラム、各種データが格納されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３６と、このＲＯＭ３６からのプログラム、データなどを読み取り、プログラムを展開し、読み取ったデータを用いて各種の機能を発揮させるためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３７とを含んで構成されている。なお制御部３５０と剛性検出器７０とは、Ｉ／Ｏポートを介して接続され、またステッピングモータ３３はドライバ（Ｄｒｖ）を介して制御部３５０と接続されている。

図３（Ｂ）は、このような本実施形態の画像形成装置１における制御部３５０を、機能ブロックとして表したものである。図３（Ｂ）において、第１記憶部３６１はＲＯＭ３６などに記憶されている規定の剛性基準値の情報を記憶する部である。また第２記憶部３６２は規定の転写圧が記憶されている記憶部である。

このような図３（Ｂ）を用いて、本実施形態の転写圧の制御について、説明する。
まず、初期状態における記録媒体４への転写圧について説明する。
転写部３０１における初期状態の転写圧は、記録媒体４の厚さによる区分に応じて規定される。これに対応する偏芯カム３２の回転角を実現するため、ステッピングモータ３３のステップ角に関する情報が、図３（Ａ）に示すＲＯＭ３６に格納されている。この記憶部を第２記憶部３６２として図３（Ｂ）に表す。
このような制御部３５０におけるＲＯＭ３６には、記録媒体４の厚さ区分毎の剛性基準値が第１記憶部３６１に格納されている。

制御部３５０では、初期設定を用い、記録媒体４の種類の指定から、規定の転写圧を第２記憶部３６２に記憶されている初期値を用いてステッピングモータ３３を制御するようにして、転写部３０１における初期ニップ圧を制御する。
次いで、制御部３５０では、画像が形成されて記録媒体４が送られてくると、剛性検出器７０による記録媒体４の剛性の検知を開始する。この検知後、剛性検出器７０で得られた剛性情報は図３（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）部３５に送られてくる。ＣＰＵ部３５では、送られてきた記録媒体４の剛性情報と、第１記憶部３６１（ＲＯＭ３６）から読み出した記録媒体４の厚さ区分毎の剛性基準値とを図３（Ｂ）に示す比較部３５１で比較し、剛性基準値と剛性検出器７０で検知した剛性情報との差を図３（Ｂ）に示す比較部３５１で算出し、ＲＡＭ３７などに保存する。そして算出された差に応じて、前記ＣＰＵ部では、第２記憶部３６２の規定の転写圧を参照して、接続されたステッピングモータ３３のステップ角を変更するか否かを加算部３５２で判断し、変更する場合には制御信号をステッピングモータ３３に送る。これにより偏芯カムの回転角を変え、転写圧の調整が行われる。

剛性検出器７０で検出した剛性情報が基準値より大きい場合、制御部３５０（制御部３５０内の加算部３５２）により転写圧が増大する方向に調整が行われる。一方、剛性検出器７０で検知した剛性情報が基準値より小さい場合には、転写圧を減少する方向に制御部３５０により調整が行われる。なお上記図３（Ｂ）の第１記憶部、第２記憶部は上書き可能でも不可でもよく、また揮発性でも不揮発性のメモリでもよい。

尚、剛性検出器７０における記録媒体４の剛性検知結果に基づく転写圧の調整は上述したフィードフォワード制御で良い。また本実施形態では、複数回の剛性検知結果を平均処理した値を用い、転写圧の調整を実行する制御をこのフィードフォワード制御に反映させても良い。たとえば加算部３５２により記録媒体４の剛性の検知を複数回行った結果を記憶部（第１又は第２記憶部以外でもよい）に一時的に保存し、これを読み出して平均化処理を行い、この平均化処理による平均値を用いて制御部３５０では制御を行うことができる。

また、剛性検知と転写圧の調整は、記録媒体４の剛性が変化しない場合には連続して行わなくとも良い。しかしながら、画像形成装置１で使用される記録媒体４の種類が変更される場合には、剛性検知と転写圧の調整を行うことが必要である。
さらに、記録媒体４の剛性は、該画像形成装置１の内部環境で変化する可能性がある。このため、剛性検知と転写圧の調整は、該画像形成装置１の起動時や、内部環境が変化した場合に実施するといっそう効果的である。これらの情報は図３（Ｂ）に示す第１または第２記憶部に保存されていてもよい。また制御部３５０では、様々な学習機能を有することができる。
本発明では、当該画像形成装置１に学習機能を付与し、該画像形成装置１の起動時や、内部環境が変化した場合に検知した剛性とともにこれに加味するようにするか否かを、判断することもできる。

また本実施形態の画像形成装置１では、記録媒体４の搬送経路上において、記録媒体４の剛性を検知し、厚さ区分毎の剛性基準値と、検知した前記記録媒体の剛性情報との比較情報に基づき、前記転写部の転写圧を制御している。これによって記録媒体４の剛性に応じて転写圧が調整され、良好な印刷結果を得ることができる。また、転写圧の調整は記録媒体４に応じて行われるため、同じ厚さ区分に属する記録媒体４を使用する場合においても、転写圧を異なった適正な値に調整することが可能である。このため、予め剛性の高い記録媒体４を想定し、必要以上に転写圧を高める必要がない。したがって、転写ローラ３０または３１の磨耗負荷を軽減することが可能となる。また本実施形態では、記録媒体４の剛性検知は搬送経路上において連続的に行うことが可能である。このため、印刷速度が高速な画像形成装置１にも適用が可能である。

さらに、本発明の画像形成装置１では、画像形成装置１の起動時や、内部環境が変化した場合に、剛性検知と転写圧の調整を行うことができるため、画像形成装置１の環境影響を受け、記録媒体の剛性が変化した場合であっても、転写圧の調整を確実に行うことができ、いっそう良好な印刷結果を得ることが可能である。

また本発明の画像形成方法では、シート状の記録媒体４の移動方向と直交する方向に設けられた光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段とを有する剛性検出器を用いて画像形成方法を実行している。これにより、シート状の記録媒体を前記した移動方向に移動しながらその自重による折れ曲がりを測定し、シート状の記録媒体の剛性を検出し、その検出結果を用いて、前記シート状の記録媒体への転写圧力を調整することができる。

４ 記録媒体（第３の像担持体）、２０ 中間転写体（第２の像担持体）、３０〜３１転写ローラ、５４ 感光体（第１の像担持体）、７０剛性検出器、７１ 発光部、７２ 受光部、３５０ 制御部、５０１〜５０４ 作像部

特開２００４−１０９４９３（Ｐ２００４−１０９４９３Ａ） 特開平７−２０９９２８

Claims (6)

1. 像担持体に付着したトナー像をシート状の記録媒体に転写する転写部と、
   前記記録媒体を前記転写部に搬送する搬送ローラと、
   前記転写部と前記搬送ローラとの間であって、前記搬送ローラから前記記録媒体の搬送方向へ一定距離だけ離れた剛性検出位置に配置された記録媒体の剛性を検知する剛性検出器と、
   を備えた電子写真方式の画像形成装置であって、
   前記剛性検出器は、前記剛性検出位置における記録媒体の経路中に前記経路と交差して、光を照射する光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段を有し、前記剛性検出位置における記録媒体の自重による撓み量を検知し、
   前記剛性検出器からの剛性検知結果に基いて前記転写部の転写圧を制御する制御部を有することを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
2. 前記剛性検出器は、光源アレイと、前記光源アレイからの光を結像させるＧＲＩＮレン
   ズアレイと、前記結像された光を検知するラインセンサとを有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. 前記制御部は、前記剛性検知結果を用いて前記転写部の転写圧をフィードフォワード処
   理して制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記剛性検出器からの複数回の剛性検知結果を入力して平均処理する平
   均処理部をさらに有し、さ前記平均処理部は平均化した剛性平均値を用いて前記転写部の転写圧の調整を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 画像形成装置の内部環境を検知する内部検知センサを有し、前記制御部は、前記画像形成装置の起動時あるいは内部環境が変化した場合に、前記内部検知センサからの情報を反映させて前記転写圧を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 像担持体に付着したトナー像をシート状の記録媒体に転写する転写部に前記記録媒体を搬送ローラにより搬送し、
   前記転写部と前記搬送ローラとの間であって、前記搬送ローラから前記記録媒体の搬送方向へ一定距離だけ離れた剛性検出位置に配置された記録媒体の剛性検出器からの剛性検知結果に基いて前記転写部の転写圧力を制御する画像形成方法であって、
   前記剛性検出器は、前記剛性検出位置における記録媒体の移動方向と直交する方向に設けられた光照射手段と、前記光照射手段からの光を検知する光検知手段とにより、前記剛性検出位置における記録媒体の自重による折れ曲がり測定して、前記転写圧力を調整することを特徴とする画像形成方法。

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