JP6425043B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式の画像形成装置では、帯電装置によって感光体ドラムの表面を所定電位に帯電させ、帯電した感光体ドラムの表面に露光装置により光を照射することで静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

上記帯電装置としては帯電ローラー方式を採用したものが知られている。この帯電装置では、導電性の弾性部材からなる帯電ローラーを感光体ドラムの表面に当接させ、この状態で帯電ローラーに電圧を印加することで感光体ドラムを帯電させるようにしている。

上記現像装置による現像方式としては、トナーのみから成る一成分トナーを用いる方式と、トナーとキャリアを含む二成分トナーを用いる方式とが知られている。いずれの方式においても、現像ローラーに交流電圧を印加することで現像ローラーと感光体ドラムとの間に電界を形成し、この電界によって現像ローラーから感光体ドラムに向けてトナーを飛翔させる。これにより、感光体ドラムの表面の静電潜像が該飛翔したトナーにより現像される。

特開平５−２８９４４１号公報

上述した従来の画像形成装置では、現像ローラーに印加された交流電圧によって帯電ローラーの表面に交流電圧が誘起される場合がある。これは、現像ローラーと帯電ローラーとによって一種のコンデンサーが形成されるためと考えられる。特に、二成分現像剤を用いた現像装置では、現像ローラーと帯電ローラーとの距離が非常に近いので、帯電ローラーの表面に交流電圧が誘起され易い。この結果、感光体ドラムの表面の電位が帯電ローラー表面の誘起交流電圧によって乱されて、印刷画像の画質低下を招くという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現像ローラーに印加される交流電圧に起因して帯電ローラー表面に誘起される誘起交流電圧によって、感光体ドラムの表面の電位が乱されるのを防止することにある。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、該像担持体の表面に接触して該表面を所定電位に帯電させる接触帯電ローラーと、上記帯電した像担持体の表面に光を照射することで静電潜像を形成する露光部と、像担持体の周囲に設けられ、表面にトナーを担持する現像ローラーと、該現像ローラーと上記像担持体との間に交流の現像電圧を印加することで、上記現像ローラーの表面のトナーを上記像担持体に移動させて上記静電潜像をトナー像として現像する現像電圧印加部と、上記像担持体の周囲に設けられ、上記像担持体の表面のトナー像を被転写体に転写させる転写部材と、該転写部材に対して電圧を印加する電圧印加部とを備えている。

そして、上記転写電圧印加部は、上記現像ローラーに印加される交流電圧に起因して帯電ローラーに誘起される交流電圧とは逆位相の交流電圧が上記転写部材から上記像担持体に印加されるように、上記転写部材に対する印加電圧を制御する。

本発明によれば、現像ローラーに印加される交流電圧に起因して帯電ローラーに誘起される誘起交流電圧によって感光体ドラムの表面の電位が乱されるのを防止し、延いては、印刷画像の画質低下を防止することができる。

図１は、本実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。 図２は、画像形成部を拡大して示す概略図である。 図３は、画像形成装置のバイアス電源系統の概略を示すブロック図である。 図４は、実験条件を示す表である。 図５は、図４の実験条件の続きと実験結果とを示す表である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

−全体構成−
図１は、実施形態における画像形成装置１を示している。この画像形成装置１は、タンデム方式のカラープリンターであって、中間転写ベルト７と、１次転写部８及び２次転写部９と、定着部１１と、光走査装置１５と、複数の画像形成部１６と、第１〜第４用紙搬送部２１〜２４とを備えている。

画像形成装置１の本体２の内部下方には、給紙カセット３が配置されている。給紙カセット３の内部には、印刷前のカットペーパー等の用紙（図示省略）が収容されている。そして、この用紙は、図１において給紙カセット３の左上方に向けて、１枚ずつ分離して送り出される。

第１用紙搬送部２１は、給紙カセット３の側方に設けられている。第１用紙搬送部２１は、本体２の左側面に沿って配置されている。そして、第１用紙搬送部２１は、給紙カセット３から送り出された用紙を受け取り、その用紙を本体２の左側面に沿って上方の２次転写部９へ搬送する。

給紙カセット３の右側には、手差し給紙部５が設けられている。手差し給紙部５には、給紙カセット３に入っていないサイズの用紙や、厚紙、或いはＯＨＰシート等が載置される。そして、手差し給紙部５の左方には第２用紙搬送部２２が設けられている。第２用紙搬送部２２は、手差し給紙部５から第１用紙搬送部２１まで略水平に延びて第１用紙搬送部２１に合流している。そして、第２用紙搬送部２２は、手差し給紙部５から送り出された用紙等を受け取って第１用紙搬送部２１へ搬送する。

光走査装置１５は、第２用紙搬送部２２の上方に配置されている。光走査装置１５は、所定の画像データ（例えば外部端末から受信した画像データ）に対応するレーザー光を画像形成部１６へ向けて照射する。

画像形成部１６は、光走査装置１５の上方に例えば４つ設けられている。各画像形成部１６の上方には、無端状の中間転写ベルト７が設けられている。中間転写ベルト７は、複数のローラーに巻き掛けられており、図示しない駆動装置によって回転駆動されるようになっている。

４つの画像形成部１６は、図１に示すように、中間転写ベルト７に沿って一列に配置されており、イエロー、マゼンタ、シアン、又はブラックのトナー像をそれぞれ形成する。すなわち、各画像形成部１６では、光走査装置１５によって照射されたレーザー光により原稿画像の静電潜像がそれぞれ形成され、この静電潜像を現像することによって各色のトナー像が形成される。

１次転写部８は、各画像形成部１６の上方にそれぞれ配置されている。１次転写部８は、画像形成部１６により形成されたトナー像を中間転写ベルト７表面に１次転写する１次転写ローラー８ａを有している。１次転写ローラー８ａには、転写電圧電源６０ｃ（図３にのみ示す）に接続されている。各画像形成部１６のトナー像は、１次転写ローラー８ａからの１次転写電圧によって、所定のタイミングで中間転写ベルト７に転写される。そうして、中間転写ベルト７の表面には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色のトナー像が重ね合わされたカラートナー像が形成される。

２次転写部９は、中間転写ベルト７の左側方に配置された２次転写ローラー１８を有している。２次転写ローラー１８は、転写電圧電源６０ｃ（図３にのみ示す）に接続されている。２次転写ローラー１８は、中間転写ベルト７との間で用紙Ｐを挟持する。そうして、中間転写ベルト７上のトナー像は、２次転写ローラー１８からの２次転写電圧によって用紙Ｐに転写されるようになっている。

定着部１１は、２次転写部９の上方に設けられている。２次転写部９と定着部１１との間には、トナー像が２次転写された用紙Ｐを定着部１１へ搬送する第３用紙搬送部２３が形成されている。

定着部１１は、各々回転する加熱ローラー１１ａと、加圧ローラー１１ｂとを有している。そして、定着部１１は、加熱ローラー１１ａと加圧ローラー１１ｂとにより用紙Ｐを挟持することで、用紙Ｐに転写されたトナー像を加熱及び加圧して用紙Ｐに定着させるようになっている。

定着部１１の上方には、分岐部２７が設けられている。定着部１１から排出された用紙Ｐは、両面印刷を行わない場合、分岐部２７から画像形成装置１の上部に形成された用紙排出部２８に排出される。

−画像形成部−
次に、図２を参照しながら画像形成部１６の詳細について説明する。画像形成部１６は、感光体ドラム１０、帯電器２０、現像装置３０を有している。感光体ドラム１０は、本実施形態では有機系感光体（ＯＰＣ）とされている。

帯電器２０は、感光体ドラム１０の下側に配置されている。帯電器２０は、感光体ドラム１０に摺接して該ドラム表面に帯電電圧を印加する帯電ローラー２０ａと、帯電ローラー２０ａをクリーニングするための帯電クリーニングローラー２０ｂとを有している。帯電ローラー２０ａは帯電電圧電源６０ｂ（図３にのみ示す）に接続されている。そして、感光体ドラム１０の表面に帯電ローラー２０ａを介して帯電電圧が作用することで、感光体ドラム１０の表面が所定電位に帯電される。この状態で、感光体ドラム１０の表面に光走査装置１５よりレーザー光が照射されることで静電潜像が形成される。

現像装置３０は、感光体ドラム１０の側方に配置されている。現像装置３０は、２本のトナー搬送スクリュー３０ａと磁気ローラー３０ｂと現像ローラー３０ｃとを有している。現像ローラー３０ｃは、現像電圧電源６０ａ（図３にのみ示す）に接続されている。上記２本のトナー搬送スクリュー３０ａは、トナーとキャリアーとを含む二成分現像剤を搬送しながら撹拌することでトナーを帯電させる。帯電したトナーはトナー搬送スクリュー３０ａによって磁気ローラー３０ｂの表面に供給され、磁気ローラー３０ｂの表面には磁気ブラシが形成される。磁気ローラー３０ｂと現像ローラー３０ｃとの間には現像電圧電源６０ａによって電位差が発生しており、磁気ブラシが現像ローラー３０ｃの近傍に移動すると、この電位差によって、帯電されたトナーのみが現像ローラー３０ｃに移動する。現像ローラー３０ｃに移動したトナーは均一なトナーとなる。感光体ドラム１０と現像ローラー３０ｃとの間には、現像電圧電源６０ａによって電位差が発生している。よって、この電位差によって、現像ローラー３０ｃの表面のトナーが感光体ドラム１０の表面に移動（飛翔）し、移動したトナーが感光体ドラム１０の表面に形成された静電潜像に付着することで、ドラム表面の静電潜像が現像される。

図３に示すように、上記現像電圧電源６０ａ、帯電電圧電源６０ｂ、及び転写電圧電源６０ｃは、コントローラー１００に接続されている。現像電圧電源６０ａは、直流成分に交流成分を重畳した電圧を生成して現像ローラー３０ｃに印加する。帯電電圧電源６０ｂは、直流成分に交流成分を重畳した電圧を生成して帯電ローラー２０ａに印加する。転写電圧電源６０ｃは、直流成分に交流成分を重畳した電圧を生成して１次転写ローラー８ａに印加する。コントローラー１００は、各電源６０ａ〜６０ｃによる印加電圧（直流成分の大きさ、交流成分の振幅、及び交流成分の周波数等）を制御する。

ここで、現像電圧電源６０ａによって現像ローラー３０ｃに交流成分の電圧が印加されると、帯電ローラー２０ａの表面に交流電圧が誘起される。これは、現像ローラー３０ｃと帯電ローラー２０ａとによって一種のコンデンサーが形成されるためと考えられる。特に、本実施形態の如く二成分現像剤を用いた現像装置３０では、現像ローラー３０ｃと帯電ローラー２０ａとの距離が非常に近いので、帯電ローラー２０ａの表面に交流電圧が誘起され易い。この結果、感光体ドラム１０の表面の電位が、帯電ローラー２０ａの表面の誘起交流成分により乱されて、印刷画像の画質低下を招くという問題がある。

この問題を解決するべく本実施形態では、コントローラー１００により誘起電圧抑制制御を実行するようにした。この誘起電圧抑制制御では、転写電圧電源６０ｃによる１次転写ローラー８ａへの印加電圧を制御することで、感光体ドラム１０の表面に誘起される上記交流成分とは逆位相の交流成分を、１次転写ローラー８ａから感光体ドラム１０の表面に印加させる。

これにより、帯電ローラー２０ａに印加される交流成分の影響で感光体ドラム１０の表面に誘起交流成分が発生したとしても、１次転写ローラー８ａより感光体ドラム１０の表面に印加される交流電圧により該誘起交流成分を打ち消すことができる。

上記コントローラー１００による誘起電圧抑制制御は、帯電ローラー２０ａによる感光体ドラム１０の表面の帯電が開始される前に開始することが好ましい。これにより、帯電ローラー２０ａによる帯電電圧の印加開始時から終了時までの間に感光体ドラム１０の表面に誘起される交流電圧を確実に打ち消すことができる。

《実験結果》
発明者らは、上記実施形態の効果を確認するべく、転写電圧電源６０ｃより１次転写ローラー８ａに印加する印加電圧を種々に変化させて画像の乱れの有無を確認する試験を行った。図４は実験条件を示し、図５は図4に続く実験条件と実験結果とを示す表である。表中の各種パラメータの説明は、下記の＜実験条件詳細＞にて説明する通りである。

＜実験条件詳細＞
プリント速度：26枚/分
感光体ドラムの周速：164.92 mm/sec
感光体ドラムの外径：24mm
感光体ドラムと現像ローラーとの距離：0.40 mm
感光体ドラムの種類：OPCドラム
帯電ローラー電圧：
印加電圧の直流成分＝V_{dc_charge}、
印加電圧の交流成分の振幅＝V_{pp_charg}
印加電圧の交流成分の位相＝θ_charge
周波数=4kHz,duty=50％
現像バイアスにより誘起された誘起電圧の交流成分の振幅＝V_{pp_evo_from_dev}
現像バイアスにより誘起された誘起電圧の交流成分の位相＝θ_{evo_from_dev}
感光体ドラムの表面電位：
帯電ローラーにより印加された帯電電圧の直流成分＝V₀
帯電ローラーにより印加された帯電電圧の交流成分の振幅＝V_{pp_drum}
帯電ローラーにより印加された帯電電圧の交流成分の位相＝θ_drum
該交流成分の周波数=4kHz、該交流成分のduty=50％
１次転写ローラーにより印加された印加電圧の交流成分の振幅:V_{pp_evo_from_trans}
１次転写ローラーにより印加された印加電圧の交流成分の位相:θ_{evo_from_trans}
該交流成分の周波数=4 kHz、該交流成分のduty=50％
現像ローラー：ローレット80μm 120本
現像ローラー速度：263.89 mm/sec（感光体ドラムに対する周速比1.6であってトレール回転）
現像ローラー電圧：
印加電圧の直流成分＝V_{dc_dev}
印加電圧の交流成分の振幅＝V_{pp_dev}
印加電圧の交流成分の位相＝θ_dev
該交流成分の周波数＝4ｋHz、該交流成分のduty＝50％
１次転写ローラー電圧:印加電圧の直流成分＝V_{dc_trans}
印加電圧の交流成分の振幅＝V_{pp_trans}
印加電圧の交流成分の位相＝θ_dev
該交流成分の周波数＝4ｋHz、該交流成分のduty＝50％
除電器における除電光量1.5μJ
トナー：粒径6.8μmの正帯電トナー

＜実験結果について＞
実験３〜実験５では画像乱れのない良好の画像が得られたのに対し、実験１、実験２、実験６及び実験７では画像乱れが発生し、特に実験７では画像全体に乱れが発生した。実験１及び実験２で画像乱れが発生した理由は、１次転写ローラー８ａにより感光体ドラム１０の表面に印加される交流成分の振幅V_{pp_evo_from_trans}がそれぞれ０Ｖ、５０Ｖとなっていて、帯電ローラー２０ａの表面に誘起される誘起交流成分の振幅V_{pp_evo_from_dev}（＝２００Ｖ）と比べて小さい過ぎるためと考えられる。実験６で画像乱れが発生した理由は、１次転写ローラー８ａにより感光体ドラム１０の表面に印加される交流成分の振幅V_{pp_evo_from_trans}が４００Ｖとなっていて、帯電ローラー２０ａの表面に誘起される誘起交流成分の振幅V_{pp_evo_from_dev}（＝２００Ｖ）と比べて大き過ぎるためと考えられる。実験７で画像乱れが発生した理由は、１次転写ローラー８ａにより感光体ドラム１０の表面に印加される交流成分の位相と、帯電ローラー２０ａの表面に誘起される誘起交流成分の位相とが同位相であるために両者が打ち消し合わなかったと考えられる。実験３〜実験５で画像乱れが生じなかったのは、１次転写ローラー８ａにより感光体ドラム１０の表面に印加される交流成分の振幅V_{pp_evo_from_trans}がそれぞれ１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖとなっていて、帯電ローラー２０ａの表面に誘起される誘起交流成分の振幅V_{pp_evo_from_dev}（＝２００Ｖ）と同程度（２００Ｖ±５０％以内）に収まっているためと考えられる。

《他の実施形態》
上記実施形態では、感光体ドラム１０がＯＰＣ感光体である例について説明したが、感光体ドラム１０はａ−Ｓｉ感光体であってもよい。

上記実施形態では、画像形成装置１がタンデム式である例について説明したが、これに限ったものではなく、画像形成装置１はモノクロ式であってもよい。この場合、用紙等の記録媒体が被転写体に相当する。

以上説明したように、本発明は、電子写真方式の画像形成装置について有用である。

１ 画像形成装置
７ 中間転写ベルト（被転写体）
８ａ １次転写ローラー（転写部材）
１０ 感光体ドラム（像担持体）
１５ 光走査装置（露光部）
２０ａ 帯電ローラー（接触帯電ローラー）
３０ｃ 現像ローラー
６０ａ 現像電圧電源（現像電圧印加部）
６０ｃ 転写電圧電源（転写電圧印加部）
１００ コントローラー（現像電圧印加部、転写電圧印加部）

Claims (3)

1. 像担持体と、該像担持体の表面に接触して該表面を所定電位に帯電させる接触帯電ローラーと、上記帯電した像担持体の表面に光を照射することで静電潜像を形成する露光部と、像担持体の周囲に設けられ、表面にトナーを担持する現像ローラーと、該現像ローラーと上記像担持体との間に交流の現像電圧を印加することで、上記現像ローラーの表面のトナーを上記像担持体に移動させて上記静電潜像をトナー像として現像する現像電圧印加部と、上記像担持体の周囲に設けられ、上記像担持体の表面のトナー像を被転写体に転写させる転写部材と、該転写部材に対して電圧を印加する転写電圧印加部とを備えた画像形成装置であって、
   上記転写電圧印加部は、上記現像ローラーに印加される交流電圧に起因して帯電ローラーに誘起される交流電圧とは逆位相の交流電圧が上記転写部材から上記像担持体に印加されるように、上記転写部材に対する印加電圧を制御する、画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   上記転写電圧印加部は、上記転写部材から上記像担持体に印加される交流電圧が、上記帯電ローラーに誘起される交流電圧の振幅値のプラスマイナス５０％以内に収まるように、上記転写部材に対する印加電圧を制御する、画像形成装置。
3. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   上記転写電圧印加部は、上記接触帯電ローラーによる上記像担持体の表面の帯電が開始される前から上記制御を開始する、画像形成装置。

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