以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例1
本発明に係る画像形成装置の一実施例を図面を参照しながら説明する。ただしこの実施例に記載の構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。
図1は、本実施例の電子写真方式のロータリー型フルカラー画像形成装置100(1ドラム系)の一例を示す概略構成図である。本実施例の画像形成装置100で出力可能な最大長さはA4タテ(297mm)長さである。
画像形成装置100は、各色のトナー像を順次形成する感光ドラム1を備え、周囲に帯電部材2、露光装置3、現像装置4および1次転写残トナーを回収する像担持体クリーニング装置5が配置されている。各現像装置4a、4b、4c、4dには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。
感光ドラム1は、本実施例では負帯電の有機感光体でアルミニウム等のドラム基体(不図示)上に感光層(不図示)を有しており、駆動装置(不図示)によって所定のプロセススピードで回転駆動される。
帯電部材2は、感光ドラム1に所定の圧接力で接触し、帯電バイアス電源(不図示)から印加される帯電バイアスによって感光ドラム1表面を所定の極性、電位に均一に帯電する。
露光装置3は、ホストコンピュータ(不図示)からそれぞれ入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光がレーザ出力部(不図示)から出力され、感光ドラム1表面を露光する。それにより、帯電部材2で帯電された感光ドラム1表面(像担持体上)に画像情報に応じた静電潜像を形成する。
現像装置4a、4b、4c、4dは、露光装置3により感光ドラム1上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像(可視像化)する。
中間転写体6は、限定されるものではないが本実施例では無端状のベルトとされ、駆動機能を兼ねた2次転写対向ローラ11、テンションローラ12間に張架されている(以下、これら2本のローラ11、12を合わせて、「張架ローラ」という。)。中間転写体6は、モータ(不図示)が接続された2次転写対向ローラ11の駆動によって矢印方向(時計方向)に回転(移動)される。2次転写対向ローラ11は、中間転写体6を駆動するために表層に高摩擦のゴム層を設け、ゴム層の体積抵抗率が105Ω・cm以下の導電性を有する。2次転写対向ローラ11は、中間転写体6を介して2次転写ローラ7(2次転写部材)と当接して2次転写部T2を形成している。テンションローラ12は、金属ローラからなり、総圧60Nの張力を中間転写体6に付与し、中間転写体6に従動して回転する。また、詳しく後述するが、中間転写体6にバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部材10が配置されている。
2次転写対向ローラ11、テンションローラ12は、1個の1GΩ抵抗30を介して接地している。2次転写対向ローラ11のゴム層の抵抗は1GΩに比べて十分小さいため、電気的影響を無視することができる。
本実施例は、感光ドラム1から中間転写体6へのトナー像の1次転写を、1次転写ローラを用いずに、中間転写体6への2次転写ローラ7からの電流供給で行う画像形成装置である。そのため、中間転写体6の長さ、感光ドラム1と2次転写ローラ7とバイアス供給部材10の位置関係に特別な条件が必要となる。つまり、中間転写体6の長さや、感光ドラム1と2次転写ローラ7、バイアス供給部材10の位置関係が適切でない場合に、装置の大型化や、すでに転写したトナー像を乱すとともに2次転写ローラ7を汚すという問題が発生する。このような問題を回避するために中間転写体6の長さ、感光ドラム1と中間転写体移動方向下流方向に順次配置される2次転写ローラ7、バイアス供給部材10の位置関係には特別な条件が必要となる。
以下、中間転写体6の長さ、感光ドラム1と2次転写ローラ7、及びバイアス供給部材10の位置関係について述べる。
バイアス供給部材10は、中間転写体6の回転移動方向の、2次転写ローラ7の下流側に配置され、2次転写ローラ7に電圧を印加する2次転写用電源である2次転写バイアス電源8も接続されている。感光ドラム1と中間転写体6とが接触する1次転写部T1からバイアス供給部材10接触部までの中間転写体6の長さ(中間転写体外周面距離DI)は、以下の長さが必要である。それは、1次転写部T1での1次転写と、1次転写されたトナー画像とバイアス供給部材10との干渉を防止できる長さである。つまり、感光ドラム1上のトナー画像の中間転写体6上への1次転写実施と、中間転写体6上に1次転写されたトナー画像とバイアス供給部材10との干渉の防止を両立するため、本実施例の画像形成装置100で出力可能な転写材PのA4サイズで297mm(最大長さM)の長さよりも長い必要がある(DI>M)。本実施例では、バイアス供給部材10の接離動作時間と2次転写バイアス電源8の立ち上がり時間の間に中間転写体6が移動する距離を勘案してDI=360mmとしている。ただし、接離動作時間などを本実施例よりもさらに短くできれば、長さをより短くできる。また、2次転写部T2から中間転写体移動方向下流方向にて1次転写部T1までの中間転写体6の長さ(中間転写体外周面距離SD)も、中間転写体6上に1次転写された画像と2次転写ローラ7との干渉を防止するため、出力可能な転写材Pの長さよりも長い必要がある(SD>M)。本実施例では、出力可能な最長転写材Pの長さがA4サイズで297mmであり、2次転写ローラ7の接離動作時間と2次転写バイアス電源8の立ち上がり時間の間に中間転写体6が移動する距離を勘案してSD=360mmとしている。また、バイアス供給部材10接触部から中間転写体移動方向下流方向にて2次転写部T2までの中間転写体6の長さ(中間転写体外周面距離IS)も、中間転写体6上に1次転写された画像と2次転写ローラ7およびバイアス供給部材10との干渉を防止するため、出力可能な最長転写材の長さよりも長い必要がある(IS>M)。そのため上記と同様の理由からIS=380mmとしている。よって、中間転写体6の全体の長さ(周長L=(DI+SD+IS)/2、L>3M/2)は、本実施例の画像形成装置では550mmとなっている。
2次転写ローラ7は、不図示の芯金表面に体積抵抗率が107〜109Ω・cmの中抵抗の抵抗値を有し、ゴム硬度30°(アスカ―C硬度)のEPDM発泡層等の弾性層を被覆して構成されている。また、2次転写ローラ7は中間転写体6を介して2次転写対向ローラ11に対し総圧約39.2Nで押圧される。2次転写ローラ7は中間転写体6の回転に伴い、従動して回転する。また、2次転写ローラ7には、2次転写バイアス電源(高圧電源)8が接続されている。
バイアス供給部材10は、2次転写ローラ7と同じローラを使用し、中間転写体6への接触時には、中間転写体6に対し2mm侵入する設定となっている。また、中間転写体6の回転に伴い、従動して回転する。
中間転写体6の外側には、中間転写体上に残った2次転写残トナーを除去して回収する中間転写体クリーニング装置9が、テンションローラ12に対向して設置されている。
2次転写対向ローラ11と2次転写ローラ7とが当接する2次転写部T2の転写材Pの搬送方向下流側には、定着ローラ13aと加圧ローラ13bを有する定着装置13が設置されている。
次に、上記した画像形成装置による画像形成動作について、A4フルカラー画像を1枚出力する場合に沿って説明する。
画像形成動作開始信号が発せられると、カセット(不図示)から転写材(用紙)Pが一枚ずつ送り出され、レジストローラ(不図示)まで搬送される。その時、レジストローラ(不図示)は停止されており、転写材Pの先端は2次転写部T2の直前で待機している。
一方、画像形成動作開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される感光ドラム1は、帯電部材2によって一様に、本実施例では負極性に帯電される。そして、露光装置3は、ホストコンピュータ(不図示)から入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部(不図示)にて光信号にそれぞれ変換する。変換された光信号であるレーザ光を、帯電された感光ドラム1上に走査露光して、順次各色に対応した静電潜像を形成する。感光ドラム1の電位は、帯電部材2により帯電された後の電位が−450V、露光装置3により露光された後の電位(画像部)が−100Vとなるように帯電量、露光量を調整し、現像バイアスを−300Vとしている。またプロセススピードは60mm/secである。転写材Pの搬送方向(中間転写ベルトの回転方向)と垂直方向の長さである画像形成幅は215mm、トナー帯電量は−40μC/g、画像ベタ部の感光ドラム上のトナー量は0.4mg/cm2となるよう設定している。
先ず感光ドラム1上に形成された1枚目の1色目(以後、単に「1枚目1色目」のように記載する。)であるイエローの静電潜像に、感光ドラム1の帯電極性(本実施例では負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aによりイエローのトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。
接離機構(不図示)により中間転写体6に接触したバイアス供給部材10(バイアス供給部材10aの状態)へ、2次転写バイアス電源8からバイアス(トナー極性と逆極性(本実施例では正極性))が印加される。このバイアス供給部材10からの電流により、中間転写体6に電流が流れる。そして、イエロートナー像は回転している中間転写体6上に1次転写される。本実施例においては、2次転写バイアス電源8から1.2kVの電圧が供給されているが、この値は転写材Pである紙や環境により、最適値に設定される。
以降、図2に示す画像形成装置100の一連動作での各構成要素の時系列の動作を説明する。
イエロートナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエロートナー像先端がバイアス供給部材接触部に到達前に、バイアス供給部材10へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりバイアス供給部材10は離間状態(バイアス供給部材10bの状態)となる。転写された中間転写体6上のイエロートナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエロートナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエロートナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8からバイアスが印加される。イエロートナー像形成終了後、現像装置4のロータリー回転により、マゼンタトナー現像器4bが、感光ドラム1の対向部に移動する。それとともに、感光ドラム1上に形成された静電潜像を、1枚目2色目であるマゼンタトナーにより現像する。感光ドラム1上に形成されたマゼンタトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエロートナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエロートナー像後端がバイアス供給部材接触部を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が2次転写部T2に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したバイアス供給部材10(バイアス供給部材10aの状態)へ、2次転写バイアス電源8からバイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態となる(2次転写ローラ7bの状態)。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端がバイアス供給部材接触部に到達前に、バイアス供給部材10へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりバイアス供給部材10は離間状態となる(バイアス供給部材10bの状態)。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8からバイアスが印加される。感光ドラム1上に、次に形成された1枚目3色目のシアントナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエローとマゼンタのトナー像後端がバイアス供給部材接触部を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が2次転写部T2に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したバイアス供給部材10(バイアス供給部材10a)へ、2次転写バイアス電源8からバイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態となる(2次転写ローラ7bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端がバイアス供給部材接触部に到達前に、バイアス供給部材10へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりバイアス供給部材10は離間状態となる(バイアス供給部材10bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が1次転写部に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8からバイアスが印加される。感光ドラム1上に、次に形成された1枚目4色目のブラックトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタとシアンのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエローとマゼンタとシアンとブラックのトナー像先端が2次転写部T2に到達するのに合わせ、レジストローラ(不図示)により転写材Pをこの2次転写部T2に搬送する。そして、この転写材Pに、バイアスが印加された2次転写ローラ7によりフルカラーのトナー像が一括して2次転写される。
中間転写体6上に残留している2次転写残トナー先端が、バイアス供給部材接触部に到達前に、接離機構(不図示)により中間転写体6に中間転写体クリーニング装置9が接触状態となる。中間転写体6の回転に伴い、中間転写体クリーニング装置9に到達した2次転写残トナーが回収される
フルカラーのトナー像が形成された転写材Pは定着装置13に搬送されて、定着ローラ13aと加圧ローラ13b間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して転写材P表面に熱定着した後に外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。
なお、上記した各1次転写時において、感光ドラム1上に残留している1次転写残トナーは、それぞれ像担持体クリーニング装置5によって除去されて回収される。
ここで、本実施例の画像形成装置100において、用いた中間転写体6について述べる。
以下に本実施例の画像形成装置100において、1次転写ローラを用いず、感光ドラム1から中間転写体6へのトナー像の1次転写を行うために必要な、中間転写体6に用いるベルトの特性を説明するために、ベルトの周方向抵抗の定義と測定方法について述べる。
本実施例の中間転写体6に用いたベルトは、厚み100μmのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂にカーボンを分散させて電気抵抗を調整したものを基層としている。尚、使用される樹脂は、ポリイミド(PI)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等でもよい。
次にベルトの基層の製造方法について説明する。本実施例では、インフレーション成形法による製造方法を用いている。基材となるPPSと、導電体粉であるカーボンブラックなどの配合成分を二軸混練機により溶融混練する。得られた混練物を環状ダイスによって押出し成形することによりエンドレスベルト状(無端状ベルト)の基層を製造している。
本実施例では、導電体粉としてカーボンブラックを用いている。中間転写体6の電気抵抗値を調節するために混合する添加剤は特に制限されるものではない。例えば、抵抗を調整する導電性フィラーとしてはカーボンブラックや各種の導電性金属酸化物等がある。非フィラー系抵抗調整剤としては各種金属塩やグリコール類等の低分子量のイオン導電材やエーテル結合や水酸基等を分子内に含んだ帯電防止樹脂または電子導電性を示す有機高分子化合物等である。
添加するカーボン量を増やすと基層ベルトは低抵抗化するが、増やしすぎると基層ベルト自体の強度が不足し、割れやすくなってくる。本実施例では、基層ベルト強度が画像形成装置に使用できるように、基層ベルトを低抵抗化している。
本実施例のベルトのヤング率は3000MPa程度である。ヤング率測定は、JIS−K7127の引張弾性率測定方法に準拠し、測定試料の厚みは100μmとした。
表1に、基層に対するカーボン量の相対比率を変更したベルトを示す。
表1には、添加したカーボン量と表層の表面コート層の有無を示している。例えば、ベルトBはベルトAに対してカーボン量が1.5倍、ベルトCはベルトAに対してカーボン量が2倍であることを示している。また、ベルトA、ベルトB、ベルトCには表層を設けており、ベルトD、ベルトEは単層のベルトである。ベルトBとベルトDのカーボン量の相対比率は同じで、ベルトCとベルトEのカーボン量の相対比率も同じである。
表面コート層は高抵抗のアクリル樹脂で、成形したエンドレスベルトの表面に紫外線硬化樹脂をスプレーコーティングし、乾燥後、紫外線照射により硬化させて形成している。コート層は厚すぎると、割れやすくなるため0.5〜3μmの範囲となるよう塗布量を調整する必要がある。
また比較用のベルトとしてカーボン量の相対比率を変えて、抵抗調整したポリイミドの比較例ベルトを製造した。比較例ベルトは、カーボン量の相対比率が0.5であり、体積抵抗率も1010〜1011Ω・cmである。この比較例ベルトは、中間転写体に採用されるベルトとしては一般的な抵抗値を有するベルトである。
本実施例では、低抵抗化したベルトの抵抗値を図3で示す方法で測定している。ベルトを2本の支持部材間(電気的に絶縁)に張架し、測定用電源である高圧電源20から外面ローラ21(第1の金属ローラ)に一定電圧(測定用電圧)を印加する。この時に、外面ローラ22(第2の金属ローラ)に繋いだ電流検知手段である電流計へ流れる電流を検知する。この検知した電流値から、外面ローラ21が接触する位置から外面ローラ22が接触する位置の間のベルトの電気抵抗を求める方法を用いている。即ち、この方法によってベルトの周方向(回転方向)に流れる電流を測定し、その測定した電流値で測定用電圧を割ることで、ベルトの抵抗を算出している。この時、ベルト以外の抵抗の影響を無くすため、外面ローラ21,22は金属(アルミニウム)のみからなるものを用いている。本実施例では、外面ローラ21当接部から外面ローラ22当接部の距離はベルト上面側が275mm、ベルト下面側が275mmである。
以上の測定方法で、印加電圧を変更してベルトA〜Eを測定した結果が図4である。この測定方法ではベルトの回転方向である周方向の抵抗を測定している。よって、本実施例では、この測定方法で測定した中間転写体6の抵抗を周方向抵抗[Ω]と称している。
全てのベルトで印加電圧を上げていくと抵抗が少しずつ低下していく傾向があるが、これは樹脂にカーボンを分散したベルトの特徴である。
ベルトA〜Eでは、図3で示す方法で抵抗測定できるが、比較例ベルトでは抵抗測定できなかった。比較例ベルトは、図5で示すような各1次転写ローラ41、42、43、44に夫々電圧電源が接続された構成の画像形成装置100で使用される中間転写体6であるベルトである。画像形成装置100は、4つの即ち、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の画像形成ステーションS(SY、SM、SC、SK)を備えている。各画像形成ステーションSは、画像形成手段を構成する像担持体としての電子写真感光体である感光ドラム1(1a、1b、1c、1d)、露光装置3(3a、3b、3c、3d)を備えている。各感光ドラム1のまわりには画像形成手段としての1次帯電手段を構成する帯電ローラ2(2a、2b、2c、2d)、現像手段4(4a、4b、4c、4d)、像担持体クリーニング手段5(5a、5b、5c、5d)を備えている。また、画像形成装置100は、中間転写体6、1次転写手段としての41、42、43、44、2次転写手段としての2次転写ローラ7を備え、中間転写体6との間に2次転写部T2を形成している。中間転写体6は無端ベルト状であり、駆動ローラ、2次転写対向ローラ、テンションローラである張架部材10、11、12により張架されている。画像形成装置100において画像形成動作開始信号が発せられると、感光ドラム1の表面を帯電手段2によって一様に帯電される。画像信号に応じて、露光手段3によって、感光ドラム1の表面が露光され、静電潜像が形成される。感光ドラム1上に形成された静電潜像は現像手段4によってトナー画像に現像され、それぞれの色のトナー画像が中間転写体6上に1次転写される。それぞれの色のトナー画像を中間転写体6上に1次転写するために、41、42、43、44に1次転写バイアスが印加される。その後、中間転写体6上に重畳画像として転写されたフルカラートナー画像は2次転写部T2で2次転写手段によって転写材P上に転写され、定着手段13によって定着される。
斯かる画像形成装置100において、中間転写体6は4つの隣り合う電圧電源が中間転写体6を介してお互いに流れ込む電流によって影響を受けないように(干渉しないように)、中間転写体6の体積抵抗、表面抵抗は高く設計されている。つまり、比較例ベルトは、各1次転写ローラ41、42、43、44に電圧を印加しても各1次転写部間で干渉しない程度の抵抗を持つベルトであり、周方向に電流が流れにくい性能を持つベルトとして設計されている。比較例ベルトのようなベルトを高抵抗ベルト、ベルトA〜Eのような周方向に電流が流れるベルトを導電性ベルトと定義する。
本実施例で、中間転写体6として使用できるベルトは、導電性ベルトとされ上記周方向抵抗で104Ω以上、且つ、108Ω以下である。さらに小サイズ紙の2次転写性を高めるためには、基層の外面に高抵抗コート層のある多層構成のものが好ましい。2次転写部T2の長手方向で通紙域と非通紙領域の電流差を少なくするためである。
本実施例の画像形成装置100において、このベルトを使用した場合、周方向抵抗が低いため、2次転写ローラ7やバイアス供給部材10から電流供給をすると、ベルト表面電位は全周でほぼ同じとなる。そして、本実施例の画像形成装置100において1次転写性を確保するには、200V以上のベルト電位が必要となる。また、本実施例の画像形成装置100において、転写材Pとして上質紙(坪量75g/m2)を用いた場合に、2次転写に必要な2次転写電圧は1kV以上である。例えば本実施例の画像形成装置100において、2次転写バイアス電源8の出力を常に1.2kVとした場合のベルト電位は200V以上となり、1次転写、2次転写とも問題のないレベルであった。
以上のような構成と動作により、画像形成を良好に行い、2次転写ローラ7とバイアス供給部材10のトナー汚れを防ぐとともに、中間転写体6の長さを短くし、装置の小型化が可能となる。
実施例2
次に、第二の実施例について、図6〜図12に基づいて説明する。
実施例2は、1次転写時に2次転写が同時に行われるという点で実施例1と異なる。
つまり、本実施例においても図1を参照して説明した画像形成装置が援用される。従って、実施例1の説明を援用し、画像形成装置の全体構成についての詳細は省略する。ここでは、実施例1と異なる部分のみ説明する。
実施例1では1次転写時に、2次転写が同時に行われず、2次転写部に転写材Pがない場合の説明であった。
上述した周方向抵抗で104Ω以上、且つ、108Ω以下のベルトを使用した本実施例のフルカラー画像形成装置100において、A4フルカラー画像を連続通紙する場合(連続出力する場合)の各構成要素の時系列の動作を図6に示す。
連続プリント時には図6の斜線部に示すように、中間転写体6上のフルカラー画像を転写材Pに2次転写すると同時に次の画像の1色目画像を感光ドラム1から中間転写体6へ1次転写することがある。
ここで、1次転写のみを行う場合の2次転写ローラ7とバイアス供給部材10への印加電圧と、1次転写と2次転写を同時に行う場合の2次転写ローラ7への印加電圧を、どちらも1.2kVとする。そうすることで、ベルト電位は200V以上を保持し、1次転写、2次転写とも問題のない出力が可能である。
しかし、2次転写部に転写材Pがある場合とない場合では、系の全体抵抗が変化するため、流れる電流が変化し、それに合わせてベルト電位が変化してしまい、1次転写の安定性の観点からすると、ベルト電位が変化しないことが好ましい。
そこで本実施例の変更実施例では実施例1で用いたような1GΩの抵抗素子ではなく、張架部材を閾値を持つ定電圧素子を介して接地する。本実施例を図7〜図9に示す。
図7には、定電圧素子(例えば、ツェナーダイオードや、バリスタ等である)を接続した場合の2次転写電圧とベルト電位の関係を示している。
図7の横方向点線は、ツェナー電位又はバリスタ電位である。
図8はツェナーダイオードを各支持部材に接続した状態を説明する図、図9はバリスタを各支持部材に接続した状態を説明する図である。
実施例1で用いたような抵抗体の場合は、2次転写電圧を大きくするとベルト電位も上昇していた。
しかし、本実施例で用いるようなツェナーダイオードまたはバリスタの場合、ツェナー電位またはバリスタ電位を超えると定電圧素子に電流が流れて、ツェナー電位またはバリスタ電位を保つ特性を持つ。このため、2次転写電圧を上げても、ツェナー電位またはバリスタ電位以上に中間転写体6のベルト電位が上昇することはない。このため、ベルト電位を一定に保つことができ、1次転写部T1での1次転写性をより安定させることができる。また、1次転写部T1でのベルト電位が2次転写電圧を上げても一定であるため、2次転写ローラ7に印加できる2次転写電圧は設定範囲が広くなり、2次転写電圧設定の自由度が大きくなる。ここで、本実施例では、ツェナー電位またはバリスタの電位を200vとする。
このように構成することで、1次転写性を安定させつつ、2次転写電位設定を1次転写と独立に最適化することができる。つまり、ツェナー電位又はバリスタ電位で1次転写のための中間転写体6の表面電位を決定できるので、2次転写電圧の設定の幅が広がり、1次転写、2次転写のための印加バイアスを最適化できる。
このように、導電性のベルト状の中間転写体6を用い、各ベルト支持部材に、所定電位を維持するツェナーダイオードまたはバリスタを接続し、2次転写バイアス電源8から電圧を印加する構成により、以下のことが可能になる。つまり、転写材Pの有無や転写材の存在による抵抗の変化に関わらず、中間転写体6の表面電位を所定電位に保つことが可能であり、1次転写と2次転写を同じタイミングで実行することが可能である。
上記変更実施例では、ベルト支持部材それぞれにツェナーダイオード、バリスタ等を接続する構成としたが、図10、11のように、全ての支持ローラに共通のツェナーダイオード、バリスタ等の定電圧素子を接続する構成であっても良い。複数の支持ローラに接続する定電圧素子を共通化することで、定電圧素子の数を減らすことが可能である。
また、図12のように、1次転写部の当接をより安定化させるため、電気的に絶縁された1次転写部対向ローラ51を設けてもよい。
実施例3
次に、第三の実施例について、図13〜図19に基づいて説明する。
実施例3は、バイアス供給部材10がトナー逆極性帯電部材61に変わった点と、中間転写体クリーニング装置9がなくなった点と、1GΩの抵抗を200Vの閾値を持つツェナーダイオードに替えた、という点で実施例1と異なる。
尚、本実施例の画像形成装置100の大部分の構成は、実施例1と同様であるので、同一の構成部品は同一符号で示し、実施例1の説明を援用し、詳細は省略する。ここでは、実施例1と異なる部分のみ説明する。
図13に本実施例の概略構成図を示す。本実施例の画像形成装置100で出力可能な最大長さはA4タテ(297mm)長さである。
本実施例においては、トナー逆極性帯電部材61が、実施例1におけるバイアス供給部材10の電流供給の機能と、トナー逆極性帯電の機能を兼ね、中間転写体6に対する接離機構(不図示)を備えるとともに、高圧電源62に接続されている。つまり、トナー逆極性帯電部材61の中間転写体6との接触部に、2次転写残トナーがない場合には、1次転写のための電流供給部材として機能する。そして、2次転写残トナーがある場合には、2次転写残トナーを正規の帯電極性(負極性)と逆極性(正極性)に帯電させる機能を兼ねる。
画像形成時において発生した中間転写体6上の2次転写残トナーは、トナー逆極性帯電部材61により逆極性に帯電させられる。次に、中間転写体6上の逆極性に帯電した2次転写残トナーは、中間転写体6の移動に伴い、1次転写部T1に運ばれる。そして、1次転写部T2において1次転写電界の力(中間転写体6の表面電位はトナーの正規帯電極性(本実施例では負極性)と逆極性(正極性))で中間転写体6から感光ドラム1へ転写される。そして、像担持体クリーニング装置5で回収される。そのため本実施例では、実施例1における中間転写体クリーニング装置9が不要となる。
本実施例においては、限定されるものではないが、トナー逆極性帯電部材61には、106〜109Ωcmの導電性を有するナイロン製の繊維が略密となるように構成されたブラシを用いた。トナー逆極性帯電部材61の先端位置は、中間転写体6の表面に対して侵入量が1.0mmとなるように設定されている。トナー逆極性帯電部材61の長手方向(中間転写体6の回転移動方向と交差する方向)の長さは、中間転写体6上の画像形成可能領域の同方向の幅と略同じである。このように、トナー逆極性帯電部材61は中間転写体6の移動に伴って中間転写ベルト6の表面を摺擦する。
本実施例の中間転写体6には、2次転写部T2の長手方向で通紙域と非通紙領域の電流差を少なくして小サイズ紙の2次転写性が良化する効果を得るため、および中間転写体電位とトナー逆極性帯電部材61の干渉を避けるため、高抵抗の表層が形成されたベルトを使用している。そのため本実施例に用いるベルトは、高抵抗の表層を備え、周方向抵抗が104Ω以上、且つ、108Ω以下のものである。
次に、本実施例の画像形成装置100による画像形成動作について、A4サイズフルカラー画像を2枚連続出力する場合の動作に沿って説明する。
画像形成動作開始信号が発せられると、カセット(不図示)から転写材P(用紙)が一枚ずつ送り出され、レジストローラ(不図示)まで搬送される。その時、レジストローラ(不図示)は停止されており、転写材Pの先端は2次転写部T2の直前で待機している。
一方、画像形成動作開始信号が発せられると、所定のプロセススピードで回転駆動される感光ドラム1は、帯電部材2によって一様に、本実施例では負極性に帯電される。そして、露光装置3は、ホストコンピュータ(不図示)から入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部(不図示)にて光信号にそれぞれ変換する。そして、露光装置3は変換された光信号であるレーザ光を、帯電部材2より帯電された感光ドラム1上に走査露光して、順次各色に対応した静電潜像を形成する。感光ドラム1の電位は、帯電部材2により帯電された後の電位が−450V、露光装置3により露光された後の電位(画像部)が−100Vとなるように帯電量、露光量を調整し、現像バイアスを−300Vとしている。またプロセススピードは60mm/secである。感光ドラム1の移動方向(回転方向)と垂直方向の長さである画像形成幅は215mm、トナー帯電量は−40μC/g、画像ベタ部の感光ドラム1上のトナー量は0.4mg/cm2となるよう設定している。
図14に、2枚連続出力する場合の一連動作での各構成要素の時系列の動作を示す。
先ず感光ドラム1上に形成された1枚目1色目であるイエローの静電潜像に、感光ドラム1の帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aによりイエローのトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。
接離機構(不図示)により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61(トナー逆極性帯電部材61aの状態)へ、高圧電源62から逆極性帯電バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加される。トナー逆極性帯電部材61からの電流により、このイエロートナー像は回転している中間転写体6上に1次転写される。
イエロートナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエロートナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。転写された中間転写体6上のイエロートナー像は、中間転写体6の移動に伴い、トナー逆極性帯電部材接触部を通過する。イエロートナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエロートナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。イエロートナー像形成終了後、現像装置4の回転により、マゼンタトナー現像器4bが、感光ドラム1の対向部に移動するとともに、感光ドラム1上に形成された静電潜像を、1枚目2色目のマゼンタトナーにより現像する。感光ドラム1上に形成されたマゼンタトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエロートナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエロートナー像後端がトナー逆極性帯電部材接触部を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が2次転写部T2に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61(トナー逆極性帯電部材61aの状態)へ、高圧電源から逆極性帯電バイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態となる(2次転写ローラ7bの状態)。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、トナー逆極性帯電部材接触部を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。感光ドラム1上に形成された1枚目3色目のシアントナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエローとマゼンタのトナー像後端がトナー逆極性帯電部材接触部を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が2次転写部T2に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61へ、高圧電源から逆極性帯電バイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態となる(2次転写ローラ7bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。感光ドラム1上に形成された1枚目4色目のブラックトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタとシアンのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
ブラックトナー像を1次転写しつつ、イエローとマゼンタとシアンとブラックのトナー像先端が2次転写部T2に到達するのに合わせ、レジストローラ(不図示)により転写材Pをこの2次転写部T2に搬送する。この転写材Pに、2次転写バイアスが印加された2次転写ローラ7によりフルカラーのトナー像が一括して2次転写される。
中間転写体6上に残留している2次転写残トナー先端が、トナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61(トナー逆極性帯電部材61aの状態)へ、高圧電源より逆極性帯電バイアスが印加される。中間転写体6の回転に伴い、中間転写体6上の2次転写残トナーが、正規の帯電極性(負極性)と逆極性(正極性)に帯電する。逆極性に帯電した2次転写残トナーは、中間転写体6の移動に伴い、1次転写部T1へ運ばれる。そして、1次転写部T1において、1次転写電界の力(中間転写体6の表面電位はトナーの正規帯電極性(負極性)と逆極性(正極性))で中間転写体6から感光ドラム1へ転写されて、像担持体クリーニング装置5で回収される。
1枚目の2次転写中に、2枚目1色目のイエロートナー像の1次転写が開始される。
感光ドラム1への1枚目4色目のブラックトナー像形成が終了した後、T1(=T2+T3)sec以上経過後に、感光ドラム1への2枚目1色目のイエロートナー像形成が開始される。ここで、T2secは2次転写残後端がトナー逆極性帯電部材接触部から1次転写部T1まで移動するのに要する時間、T3secは2次転写残後端が感光ドラム1へ転写された後トナー逆極性帯電部材へのバイアス印加が停止し離間状態になるまでに要する時間である。
この時間間隔が必要となる理由を次に述べる。1枚目の2次転写残トナーを感光ドラム1へ完全に転写した後、トナー逆極性帯電部材61への高圧電源からのバイアス印加を停止する。そして、接離機構によりトナー逆極性帯電部材61を離間状態(トナー逆極性帯電部材61bの状態)とするまで、2枚目1色目画像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達しないようにするためである。つまり、トナー逆極性帯電部材61が接触状態(トナー逆極性帯電部材61aの状態)のままでトナー像が来ることによる、画像乱れと、トナー逆極性帯電部材61のトナー汚れを防止するためである。
そして、1枚目の2次転写終了後ただちに、2次転写ローラ7へのバイアス印加が、停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態(2次転写ローラ7bの状態)となる。イエロートナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。1枚目の2次転写残トナー後端が1次転写部T1に到達し、2枚目のイエロートナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエロートナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。イエロートナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエロートナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエロートナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。感光ドラム1上に形成された2枚目2色目のマゼンタトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエロートナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエロートナー像後端がトナー逆極性帯電部材接触部を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が2次転写部に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61へ、高圧電源から逆極性帯電バイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態(2次転写ローラ7bの状態)となる。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。イエローとマゼンタのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、トナー逆極性帯電部材接触部を通過する。イエローとマゼンタのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタのトナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7(2次転写ローラ7aの状態)へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。感光ドラム1上に形成された2枚目3色目のシアントナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエローとマゼンタのトナー像後端がトナー逆極性帯電部材接触部を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が2次転写部T2に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61(トナー逆極性帯電部材61aの状態)へ、高圧電源から逆極性帯電バイアスが印加される。その直後に、2次転写ローラ7へのバイアス印加が停止するとともに接離機構により2次転写ローラ7は離間状態となる(2次転写ローラ7bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、2次転写部T2を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が1次転写部T1を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端がトナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、トナー逆極性帯電部材61へのバイアス印加が停止する。それとともに接離機構によりトナー逆極性帯電部材61は離間状態となる(トナー逆極性帯電部材61bの状態)。イエローとマゼンタとシアンのトナー像は、中間転写体6の移動に伴い、バイアス供給部材接触部を通過する。イエローとマゼンタとシアンのトナー像後端が2次転写部T2を抜け、イエローとマゼンタとシアンのトナー像先端が1次転写部T1に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触した2次転写ローラ7へ、2次転写バイアス電源8から2次転写バイアスが印加される。感光ドラム1上に形成された2枚目4色目のブラックトナー像が、2次転写ローラ7からの電流により、回転している中間転写体6上のイエローとマゼンタとシアンのトナー像に重ね合わせて1次転写が開始される。
イエローとマゼンタとシアンとブラックのトナー像先端が2次転写部T2に到達するのに合わせ、レジストローラ(不図示)により転写材Pをこの2次転写部T2に搬送して、この転写材に、2次転写バイアスが印加された2次転写ローラ7によりフルカラーのトナー像が一括して2次転写される。
中間転写体6上に残留している2次転写残トナー先端が、トナー逆極性帯電部材接触部に到達前に、接離機構により中間転写体6に接触したトナー逆極性帯電部材61へ、高圧電源より逆極性帯電バイアスが印加される。中間転写体6の回転に伴い、中間転写体6上の2次転写残トナーが、正規の帯電極性(負極性)と逆極性(正極性)に帯電する。逆極性に帯電した2次転写残トナーは、中間転写体6の移動に伴い、1次転写部T1へ運ばれる。そして、1次転写部T1において、1次転写電界の力(中間転写体6の表面電位はトナーの正規帯電極性(負極性)と逆極性(正極性))で中間転写体6から感光ドラム1へ転写されて、像担持体クリーニング装置5で回収される。
フルカラーのトナー像が形成された転写材Pは定着装置13に搬送されて、定着ローラ13aと加圧ローラ13b間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して転写材P表面に熱定着した後に外部に排出して、一連の画像形成動作を終了する。
なお、上記した各1次転写時において、感光ドラム1上に残留している1次転写残トナーは、それぞれ像担持体クリーニング装置5によって除去されて回収される。
本実施例の画像形成装置において、転写材として上質紙(坪量75g/m2)を用いた場合に、2次転写に必要な2次転写電圧は1kV以上である。例えば本実施例の画像形成装置において、2次転写バイアス電源8の出力を常に1.2kV、トナー逆極性帯電バイアスを1kVとした場合、ベルト電位は200Vとなり、1次転写、2次転写とも問題のないレベルであった。
本実施例においては、トナー逆極性帯電部材61としてブラシを用いたが、これに限定されるものではなく、残留トナーを所望の極性に帯電できるものであればローラ、ブラシとローラの組合せなどでもよい。
本実施例においては、各張架部材を定電圧素子であるツェナーダイオードを介して接地しているが、ツェナーダイオードの替りに1GΩの抵抗素子やバリスタなどの素子を用いてもよい。
図15はバリスタを各支持部材に接続した状態を説明する図である。
さらに、図16、17、18のように、全ての支持ローラに共通の、ツェナーダイオード、バリスタ等の定電圧素子や抵抗素子を接続する構成であっても良い。共通化することで、素子の数を減らすことが可能である。
また、図19のように、1次転写部T1の当接をより安定化させるため、電気的に絶縁された1次転写部対向ローラ51を設けてもよい。
また、通常、1つの感光ドラムを備えた画像形成装置では、フルカラーモードだけではなく、単色モードを設ける場合が多い。例えば、ブラック単色モードでは、中間転写体6上に画像を重ねあわせる必要がない。このため、感光ドラム1上に順次形成されたブラックトナー像を、順次中間転写体6に1次転写し、中間転写体6上のブラックトナー像を、順次転写材Pに2次転写する。単色モード中の、画像形成動作中は、2次転写ローラ7とトナー逆極性帯電部材61を中間転写体6に常時接触させ、1次転写、2次転写、2次転写残トナーの感光ドラム1への転写を順次行う。