JP5930173B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

プリンタ、コピー、ファクシミリ装置などに代表される画像形成装置に関し、例えば特許文献１には、電子写真技術で中間転写方式を採用し、２次転写前に用紙に、トナーと同極性の電荷を付与するという技術が提案されている。

また、例えば特許文献２には、電子写真技術で直接転写方式を採用し、転写前に用紙に、トナーと同極性の電荷を付与するという技術が提案されている。

また、例えば特許文献３には、電子写真技術で中間転写方式を採用し、２次転写前に用紙に、トナーとは逆極性の電荷を付与するという技術が提案されている。

特開２００８−２６２０８５号公報 特開２００９−３００９２９号公報 特開２００８−１８５８９０号公報

本発明は、第２の転写器による転写性能が高い画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る画像形成装置は、
表面上に像が形成されてその像を保持する像保持体と、
上記像保持体上に帯電したトナーで像を形成する像形成器と、
上記像保持体表面から上記トナーの像を第１の転写位置で被転写体上に転写する第１の転写器と、
上記被転写体上から上記トナーの像を第２の転写位置で記録媒体上に転写する第２の転写器と、
上記第２の転写位置を経由して移動する帯状の搬送部材を有し、上記記録媒体を該搬送部材に吸着させてその第２の転写器へと搬送する搬送器と、
上記搬送器によって上記第２の転写器へ向けて搬送されていく記録媒体に対し、上記トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を付与する電荷付与器と、
上記記録媒体上の上記トナーの像をその記録媒体上に定着させる定着器と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る画像形成装置は、
上記電荷付与器が、上記記録媒体の表面に接触するブラシ電極を有し、そのブラシ電極を介してその記録媒体に電荷を付与するものであることを特徴とする。

請求項３に係る画像形成装置は、
上記搬送器が、上記搬送部材として、体積抵抗率が９ＬｏｇΩ・ｃｍ以上の搬送部材を有するものであることを特徴とする。

請求項１に係る画像形成装置によれば、上記搬送器および上記電荷付与部を備えていない場合に比較して、第２の転写器による転写性能が高い。

請求項２に係る画像形成装置によれば、ブラシ電極を有さない場合に比較して転写ムラが少ない。

請求項３に係る画像形成装置によれば、上記の体積抵抗率以外の体積抵抗率である場合に比較して、第２の転写器による転写が安定している。

本発明の一実施形態としての画像形成装置の概略構成図である。 二次転写位置付近の構造を模式的に表した図である。 用紙の凹部における電位状態を表したグラフである。 別の実施形態における二次転写位置付近の構造を模式的に表した図である。 体積抵抗率が異なる複数種類の搬送ベルトについて用紙凹部における電位を表したグラフである。 搬送ベルトの残留電位と次の転写における画質との関係を表した図である。 搬送ベルトの残留電位と体積抵抗率との関係を表したグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての画像形成装置の概略構成図である。

この画像形成装置１００は、タンデム型のカラープリンタであり、下部には給紙台１０を備え、その給紙台１０には用紙Ｐが積み重ねられた状態に収容されている。画像形成にあたっては、ピックアップロール１１によりその給紙台１０から用紙Ｐが１枚送り出され、搬送ロール１２により搬送路１２１上を矢印Ａ方向に搬送される。そして、用紙Ｐは、待機ロール１３によりそれ以降の搬送のタイミングが調整されてさらに搬送される。この待機ロール１３以降の搬送については後述する。

また、この画像形成装置１００には、４台の画像形成エンジン２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋが配置されている。各画像形成エンジン２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、それぞれ、イエロー（Ｙ）色のトナー、マゼンタ（Ｍ）色のトナー、シアン（Ｃ）色のトナー、および黒（Ｋ）色のトナーを用いてトナー像を形成するエンジンである。これら４台の画像形成エンジン２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、使用されるトナーが異なる点を除き、いずれも同一の構成を有する。ここでは、それら４台の画像形成エンジン２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを代表させて、１台の画像形成エンジン２０Ｙを取り挙げてその構成を説明する。

画像形成エンジン２０Ｙは、感光体２１Ｙを有し、その感光体２１Ｙの周囲に、帯電器２２Ｙ、露光器２３Ｙ、現像器２４Ｙ、転写器２５Ｙ、除電ランプ２６Ｙ、およびクリーナ２７Ｙが配置されている。ここで、転写器２５Ｙは、感光体２１Ｙとの間に後述する中間転写ベルト３１を挟んだ位置に配置されている。

感光体２１Ｙは、円筒形状を有し、矢印Ｂ方向に回転しながら、その表面に、帯電を受け露光を受けて静電潜像が形成される。この感光体２１Ｙが、本発明にいう像保持体の一例に相当する。

帯電器２２Ｙは、感光体２１Ｙに接触した状態で回転しながら感光体２１Ｙを帯電する接触帯電ロール２２Ｙ＿１を有する。接触帯電ロール２２Ｙ＿１は、電源６０から−１０００Ｖの電位バイアスの印加を受けて感光体２１Ｙを帯電する。また、帯電器２２Ｙは、接触帯電ロール２２Ｙ＿１に付着したトナーや外添剤等の汚れを除去する帯電器用クリーナ２２Ｙ＿２を有している。

また、この帯電の際には、感光体２１Ｙの回転方向について、この帯電器２２Ｙよりも上流側に位置する除電ランプ２６Ｙが点灯状態にある。除電ランプ２６Ｙからの光は、感光体２１Ｙの表面電位を接地電位に近づける働きを担っている。−１０００Ｖの電位バイアスの印加を受けた接触帯電ロール２２Ｙ＿１によって帯電された感光体２１の表面電位は、除電ランプ２６Ｙからの光の作用と相俟って−４００Ｖとなる。

露光器２３Ｙには、後述する制御部５０から画像データが入力され、露光器２３Ｙからは、その入力された画像データに応じて変調された露光光２３１Ｙが出力される。感光体２１Ｙは、帯電器２２Ｙによる帯電を受けた後で露光器２３Ｙからの露光光２３１Ｙの照射を受ける。照射を受けた部分の電位は、若干接地電位に近づいておよそ−２００Ｖの電位となる。これにより、感光体２１Ｙの表面には、−４００Ｖの電位の部分と−２００Ｖの電位の部分とが上記の画像データに従って分布した静電潜像が形成される。

感光体２１Ｙは、露光光２３１Ｙの照射を受けて表面に静電潜像が形成された後、現像器２４Ｙにより現像され、その感光体２１Ｙの表面にトナー像が形成される。

現像器２４Ｙは、内部にトナーと磁性キャリアとからなる現像剤を収容したケース２４１内に、現像剤を攪拌する２本のオーガ２４２と、現像剤を感光体２１Ｙに対向した位置に運ぶ現像ロール２４３とを有する。収容したケース２４１内では、２本のオーガ２４２の撹拌によって、トナーが磁性キャリアとの間で摩擦帯電する。この摩擦帯電により、トナーは負電荷、磁性キャリアは正電荷を帯びる。現像ロール２４３は磁性を帯びており、摩擦帯電によって静電的にトナーが付着した状態の磁性キャリアが、この現像ロール２４３が有する磁力によって現像ロール２４３上に保持される。

感光体２１Ｙ上に形成された静電潜像の現像にあたっては、現像ロール２４３に−３００Ｖの電位バイアスが印加される。その電位バイアスの作用により、現像剤中のトナーが、感光体２１Ｙ上に形成された静電潜像における、−２００Ｖの電位を有する部分に付着し、トナー像が形成される。

帯電器２２Ｙと露光器２３Ｙと現像器２４Ｙとを合わせたものが、本発明にいう像形成器の一例に相当する。

現像器２４Ｙによる現像により感光体２１Ｙ上に形成されたトナー像は、転写器２５Ｙにより中間転写ベルト３１上に転写される。トナー像の転写にあたっては、転写器２５Ｙに電源６０から電位バイアスが印加される。転写器２５Ｙが、本発明にいう第１の転写器の一例に相当する。

トナー像の転写後の感光体２１Ｙの表面は、除電ランプ２６Ｙからの光の作用により一様に接地電位に近づけられる。これにより、転写後の感光体２１Ｙの表面から静電潜像の履歴が消去される。続いて、感光体２１Ｙ上に残留する残留トナー等が、クリーナ２７Ｙによって感光体２１Ｙ上から除去される。

中間転写ベルト３１は、駆動ロール３２やその他の複数のロール３３に架け回された、無端の、矢印Ｃ方向に循環移動するベルトである。中間転写ベルト３１が、本発明にいう被転写体の一例に相当する。

画像形成エンジン２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのそれぞれで形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各トナーによるトナー像は、画像形成エンジン２０Ｙで形成されたＹトナーによるトナー像を最下層として順次重なるように中間転写ベルト３１上に転写される。そして、二次転写器３４が配置された二次転写位置に搬送される。これと同期して、待機ロール１３にまで搬送されてきていた用紙が二次転写位置に搬送され、二次転写器３４により、中間転写ベルト３１上のトナー像が、搬送されてきた用紙上に転写される。二次転写器３４が、本発明にいう第２の転写器の一例に相当する。

二次転写位置でのトナー像転写の詳細は後述するが、二次転写位置の近辺には搬送ベルト７１と電荷付与ブラシ７２が設けられている。搬送ベルト７１によって用紙が二次転写位置へと搬送され、電荷付与ブラシ７２によって用紙に正電荷が付与される。電荷付与ブラシ７２が付与した正電荷は、二次転写器３４によるトナー像の転写を助けるものとなる。

トナー像の転写を受けた用紙は、搬送ベルト１４上を矢印Ｄ方向にさらに搬送され、定着器４０による加圧および加熱により用紙上のトナー像がその用紙上に定着される。これにより、定着されたトナー像からなる画像が用紙上に形成される。定着器４０が、本発明にいう定着器の一例に相当する。

画像が形成された用紙は、搬送ベルト１５により矢印Ｅ方向に搬送されて、この画像形成装置１００の外部に排出される。

二次転写器３４によりトナー像を用紙上に転写した後の中間転写ベルト３１はさらに循環移動し、その表面に残存するトナーがクリーナ３５によって中間転写ベルト３１上から取り除かれる。

また、この画像形成装置１００には、制御部５０と操作・表示部５０１と電源６０とが設けられている。制御部５０には、画像データＣｉｎが入力される。そして、制御部５０では、画像データＣｉｎとともに入力されてきた制御データに従って、あるいは操作・表示部５０１からの指示に従って、その画像データＣｉｎが処理される。これにより、画像データＣｉｎは、各露光器２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋにおける露光光２３１Ｙ，２３１Ｍ，２３１Ｃ，２３１Ｋの照射に適した画像データに変換される。この変換後の画像データは、各露光器２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋに送信される。各露光器２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋでは、入力されてきたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応した各画像データに従って各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋに各露光光を照射する。

操作・表示部５０１は、ユーザに向けてこの画像形成装置１００に関する様々なメッセージを表示し、また、様々な操作ボタンを表示してユーザからの画像形成に関する指示等の操作を受け付けるマン・マシンインタフェースである。

電源６０は、制御部５０によって出力レベルが制御され、その制御された出力レベルの電圧を、この画像形成装置１００の各要素に印加する。

以下、二次転写位置でのトナー像転写の詳細について説明する。

図２は、二次転写位置付近の構造を模式的に表した図である。

上述したように、二次転写位置には二次転写器３４が配置されており、その二次転写位置付近には搬送ベルト７１と電荷付与ブラシ７２が設けられている。さらに、搬送ベルト７１を駆動する駆動ロール７３が、搬送ベルト７１を挟んで電荷付与ブラシ７２に対向する位置に備えられている。搬送ベルト７１は駆動ロール７３と二次転写器３４とに架け回されていて、駆動ロール７３によって駆動されることで矢印Ｆ方向に循環移動する。電荷付与ブラシ７２は搬送ベルト７１に接触しており、図示しないモータで駆動されることで矢印Ｇ方向に回転する。

中間転写ベルト３１が架け回されたロール３３の１つは、二次転写位置に、中間転写ベルト３１を挟んで二次転写器３４に対向するように配置されている。二次転写器３４によるトナー像の転写は電位バイアスによって実現されるが、二次転写器３４自体は接地電位となっており、二次転写器３４に対向したロール３３に対して電源６０(図１参照)によって−２０００Ｖの電位バイアスが印加されている。

また、電荷付与ブラシ７２には電源６０によって＋２０００Ｖの電位バイアスが印加されており、電荷付与ブラシ７２に対向した駆動ロール７３は接地電位となっている。このような電位バイアスによって電荷付与ブラシ７２はブラシ電極として機能する。また、電荷付与ブラシ７２は、搬送されてきた用紙Ｐの表面に、矢印Ｇ方向に回転しながら接触し、この用紙Ｐに、トナーの帯電極性とは逆極性である正電荷を付与する。電荷付与ブラシ７２は、用紙Ｐがエンボス紙などのように表面に凹凸を有するものであってもその表面に追随する。そして、用紙Ｐの表面にはムラなく電荷が付与される。

用紙Ｐに付与された電荷は用紙Ｐを搬送ベルト７１に吸着させる。搬送ベルト７１は、用紙Ｐを吸着した状態で駆動ロール７３によって駆動されることで用紙Ｐを二次転写位置へと搬送する。

電荷付与ブラシ７２と上記電源６０とを合わせたものが、本発明にいう電荷付与器の一例に相当し、電荷付与ブラシ７２が、本発明にいうブラシ電極の一例に相当する。また、搬送ベルト７１と駆動ロール７３とを合わせたものが、本発明にいう搬送器の一例に相当し、搬送ベルト７１が、本発明にいう搬送部材の一例に相当する。なお、本発明にいう電荷付与器としては、ブラシ電極を有するものの他に、用紙の表面に沿って延びたワイヤー電極を有するものや、用紙の表面に向かって突き出した針電極を有するものや、用紙の表面に周面が接触するロール電極を有するものなども採用され得る。

二次転写位置では、電位バイアスによって中間転写ベルト３１上のトナー像が用紙Ｐの表面に転写される。このとき、用紙Ｐに付与されている正電荷は、電位バイアスによる転写を静電的に補助することになる。その結果、用紙Ｐがエンボス紙などのように凹凸を有するものであっても、凹部における転写不良が回避されて高い転写性能が得られる。

図３は、用紙の凹部における電位状態を表したグラフである。

図３に示すグラフの縦軸は用紙の凹部における電位を示し、横軸は電荷付与後の経過時間を示している。このグラフは、用紙Ｐに２０００Ｖの電位バイアスによって電荷が付与された後の、用紙凹部における電位変化を表しており、四角マークが付されたグラフ曲線は、本実施形態のように搬送ベルトを備えている場合の電位変化を表し、三角マークが付されたグラフ曲線は、搬送ベルトを備えていない場合の電位変化を表している。

グラフで示されているように、搬送ベルトを備えていない場合には、用紙の凹部における電位は急激に減少する。例えばプロセス速度が２５０ｍｍ／ｓで電荷付与ブラシ７２から二次転写位置までの距離が５０ｍｍ程度であると想定するならば、電荷が付与されてから二次転写位置まで到達するのに０．２秒程度を要することになるが、搬送ベルトを備えていない場合には、二次転写位置に到達するまでに凹部における電位は４分の１程度になってしまう。このように凹部の電位が減少すると、二次転写位置における電位バイアスではトナー像転写のための電界が用紙の凹部で不足する恐れがある。

これに対し、搬送ベルトを備えている場合には、グラフで示されているように電位が下げ止まる傾向があり、電荷が付与されて約１秒経過した後であっても、付与電荷による電位の４分の３以上を保っている。このように凹部における電位が保たれることによって、二次転写位置における転写では用紙Ｐの凹部でもトナー像がきちんと転写されることとなる。つまり、搬送ベルトを備えている場合は搬送ベルトを備えていない場合よりも転写性能が高い。

実際に、表面に凹凸を有する紙(レザック６６)を用紙として用いた実施例について説明する。画像形成時の条件は、プロセス速度が２５０ｍｍ／ｓ、電荷付与ブラシ７２から二次転写位置までの距離が５０ｍｍ、二次転写器３４におけるニップ幅が６ｍｍ、二次転写器３４の回転軸方向のニップ長が３５０ｍｍ、搬送ベルト７１の厚さが４５０μｍ、搬送ベルト７１は導電性カーボンブラック含有のクロロプレンから成り体積抵抗率が１３．６ＬｏｇΩ・ｃｍを用いた。また、電荷付与ブラシ７２としては、直径２６ｍｍ、毛の長さ７ｍｍ、毛の密度１８００本／ｉｎｃｈ^２のものを用い、＋２０００Ｖの電位バイアスを印加した。この結果、１５０ｇ／ｍ^２、２０３ｇ／ｍ^２、２５０ｇ／ｍ^２といういずれの厚さの用紙についても転写不良は生じず、良好な転写画像が得られた。

このような高い転写性能は、本発明にいう電荷付与器がどのようなタイプであっても得られるが、本実施形態のようにブラシ電極を有するタイプは、用紙表面への追随性が高く用紙Ｐ表面にムラなく電荷が付与されることで転写ムラが少ないので特に好ましい。

ここで、本発明の別の実施形態について説明する。この別の実施形態は、上述した実施形態に対し、本発明にいう搬送器の構造が異なる点を除くと同等であるので、重複説明は省略して、相違点のみに着目して説明する。

図４は、別の実施形態における二次転写位置付近の構造を模式的に表した図である。

この別の実施形態では、図２に示す搬送ベルト７１に替えてもっと長い搬送ベルト７４が採用されている。そして、搬送ベルト７４は、駆動ロール７３および二次転写器３４に架け回されていると共に、二次転写位置を越えた位置に配置されたロール７５にも架け回されている。そのため図３に示す搬送ベルト７４は、用紙Ｐを、二次転写位置へと搬送すると共に、その二次転写位置から先へも案内する。このように用紙Ｐが、二次転写位置までと二次転写位置から先とを同一の搬送ベルト７４で案内されることにより、二次転写位置での用紙Ｐの移動が安定し、その結果、二次転写器３４による転写が安定する。

以上説明した各実施形態で採用される搬送ベルト７１，７４として好適な搬送ベルトの物性値に関し、以下検討する。

図５は、体積抵抗率が異なる複数種類の搬送ベルトについて用紙凹部における電位を表したグラフである。

図５に示すグラフの縦軸は用紙の凹部における電位を示し、横軸は搬送ベルトの体積抵抗率（ＬｏｇΩ・ｃｍ）を示している。このグラフは、２０００Ｖの電位バイアスで電荷が付与された後０．２秒が経過した時の用紙凹部における電位を表している。グラフで示されているように、搬送ベルトの体積抵抗率が高いほど用紙の凹部における電位は高いが、搬送ベルトの体積抵抗率が９ＬｏｇΩ・ｃｍ以上になると電位が頭打ちとなる傾向がある。また、用紙凹部における電位が１５００Ｖ未満であると用紙の凹部における転写不良が場合によっては生じる恐れがある。従って、搬送ベルトの体積抵抗率は９ＬｏｇΩ・ｃｍ以上であることが望ましい。

一方、搬送ベルトの体積抵抗率が高すぎる場合には、二次転写器３４によるトナー像の転写に伴って搬送ベルトに付与される電位の除電が少なすぎることとなり、循環移動によって搬送ベルトが二次転写位置まで戻って来たときに次の転写に影響を及ぼす。

図６は、搬送ベルトの残留電位と次の転写における画質との関係を表した図である。

二次転写器３４による転写のための電位バイアスが２０００Ｖである場合には、搬送ベルトが二次転写位置まで戻って来たときの残留電位が２００Ｖ以下であると次の転写における画質には特に影響はない。しかし、残留電位が２００Ｖを越えると次の転写における画質に影響することになる。

図７は、搬送ベルトの残留電位と体積抵抗率との関係を表したグラフである。

図７のグラフの縦軸は搬送ベルトの残留電位を示しており、横軸は二次転写器３４による転写からの経過時間を示している。このグラフには、体積抵抗率が異なる４種類の搬送ベルトそれぞれのグラフ曲線が示されているが、いずれのグラフ曲線でも、除電が進むのは次転写器３４による転写から短時間の間だけで、その後はほぼ一定の残留電位となる。そして、残留電位を２００Ｖ以下に抑えるためには搬送ベルトの体積抵抗率は１３ＬｏｇΩ・ｃｍ以下が望ましいことが解る。

但し、図７のグラフに示された残留電位は、電荷付与ブラシ７２による電荷付与を考慮しない残留電位であり、電荷付与ブラシ７２による電荷付与は、搬送ベルトの除電を促進する方向に働く。このため、上記各実施形態では搬送ベルト７１，７４における体積抵抗率の上限は１３ＬｏｇΩ・ｃｍよりも高く、図３を参照して説明した電位バイアスの例であれば体積抵抗率が１５ＬｏｇΩ・ｃｍの搬送ベルトであっても残留電位は次の転写における画質に影響しない。なお、搬送ベルトの残留電位は体積抵抗率のみで決まるものではないが、電荷付与ブラシ７２による電荷付与によって体積抵抗率の上限が上がることは間違いない。一方で、種々の他の理由から、搬送ベルトの体積抵抗率の上限はせいぜい１６ＬｏｇΩ・ｃｍ程度と言われているので、図３，４に示す構成は、搬送ベルトの体積抵抗率に関し特段の上限値を生じないと言える。

なお、上述した各実施形態では、画像形成装置の一例としてプリンタを示して説明したが、本発明の画像形成装置はファクシミリやコピー機や複合機であってもよい。

また、上述した各実施形態では、本発明にいう像形成器として、いわゆる電子写真方式でトナー像を形成するものを例示したが、本発明にいう像形成器としては、像保持体上に潜像を形成せずに直接にトナーを付着させてトナー像を形成するものも採用され得る。

１００ 画像形成装置
２０Ｙ 画像形成エンジン
２１Ｙ 感光体
２２Ｙ 帯電器
２３Ｙ 露光器
２４Ｙ 現像器
２５Ｙ 転写器
３１ 中間転写ベルト
３４ 二次転写器
６０ 電源
７１，７４ 搬送ベルト
７２ 電荷付与ブラシ
７３ 駆動ロール
７５ ロール

Claims (3)

1. 表面上に像が形成されて該像を保持する像保持体と、
   前記像保持体上に帯電したトナーで像を形成する像形成器と、
   前記像保持体表面から前記トナーの像を第１の転写位置で被転写体上に転写する第１の転写器と、
   前記被転写体上から前記トナーの像を第２の転写位置で記録媒体上に転写する第２の転写器と、
   前記第２の転写位置を経由して移動する帯状の搬送部材を有し、前記記録媒体を該搬送部材に吸着させて該第２の転写器へと搬送する搬送器と、
   前記搬送器によって前記第２の転写器へ向けて搬送されていく記録媒体に対し、前記トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を付与する電荷付与器と、
   前記記録媒体上の前記トナーの像を該記録媒体上に定着させる定着器と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電荷付与器は、前記記録媒体の表面に接触するブラシ電極を有し、該ブラシ電極を介して該記録媒体に電荷を付与するものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記搬送器は、前記搬送部材として、体積抵抗率が９ＬｏｇΩ・ｃｍ以上の搬送部材を有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。

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