JP2006113430A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 白プチ、重ね合わせ転写ムラ、トナー飛び散り等を防止し、安定した画像形成が可能な画像形成装置を提供すること
【解決手段】 複数の現像手段によって形成された複数の感光体上のトナー像を順次中間転写ベルト上に１次転写手段にて転写して重ね合わせトナー像を形成し、当該重ね合わせトナー像を一括して転写材上に２次転写手段にて転写するカラープリント用の画像形成装置において、最下流側の１次転写位置と、２次転写位置との間に前記重ね合わせトナー像の電荷を弱めるグリッド電極をもつスコロトロン除電手段と、転写材搬送路に紙抵抗値検出手段とを有し、抵抗値検知結果に応じて、前記グリッド電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、中間転写ベルトを用いた画像形成装置に関する。

従来、中間転写ベルトを用いた電子写真方式の画像形成装置としては、感光体に形成したトナー像を中間転写ベルトに転写し、その中間転写ベルト上のトナー像を転写紙（記録紙）等の転写材に転写するものが知られている。すなわち、感光体上に形成された所定の極性に帯電しているトナー像を静電気力を利用して中間転写ベルトに転写した後、その中間転写体ベルトのトナー像を静電気力を利用して転写材上に転写する。

このような中間転写ベルトを用いた画像形成装置は、静電気力を利用して、各感光体上に形成したトナー像を順次中間転写ベルト上に重ね合わせ、さらに、重ね合わせトナー像を転写材に一括転写することができるので、カラー画像形成装置としてに広く用いられている。

トナー像を構成しているトナーの帯電量については、トナー１粒子当たりの帯電量はほぼ均一であることから、中間転写ベルト上の電位は所定面積内でのトナー付着量によって決まり、カラー画像形成装置では中間転写ベルト上のトナー像のうち複数色のトナーが重ね合わされた部分の帯電電位は、１色のトナーのみが付着している部分の帯電電位よりも大きくなる。

一次転写後の中間転写ベルト上の電位のバラツキが大きいと、二次転写時に様々な画像不良が生じ易くなる。この画像不良を回避するために、二次転写前に中間転写ベルト上のトナー像を除電することにより、中間転写ベルト上のトナーの帯電量を均一化して二次転写を行うことが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

しかしながら、転写材の裏面に重ね合わせ画像を形成する場合、一度定着され、含水率が低下し、電気抵抗値の高くなった転写材が通紙されるため、２次転写電圧を大きくすると紙内の空気層で放電が発生し、「白プチ現象」として現れるため、低電圧に抑えることが必要となるが、低電圧にすると、転写電荷不足の原因となって転写ムラが発生する。

低電圧で転写が可能とするための手段として、トナー層の電荷を除去する事が効果的であるが、図４に示すように、２次転写前に、重ね合わせトナー層の電荷を除去し過ぎると、ベルトとの付着力の低下によって２次転写ニップ手前で２次転写手段である２次転写ローラの静電気の影響によって転写材上に転写してしまう、所謂「トナー飛び散り現象」という問題が発生する。

図４は、トナー飛び散り現象を説明するための図である。

本発明は、転写材の抵抗値（以下紙抵抗値ともいう。）、に合ったトナー層の電位を制御することにより、白プチ、重ね合わせ転写ムラ、トナー飛び散り等を防止し、安定した画像形成が可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

複数の現像手段によって形成された複数の感光体上のトナー像を順次中間転写ベルト上に１次転写手段にて転写して重ね合わせトナー像を形成し、当該重ね合わせトナー像を一括して転写材上に２次転写手段にて転写するカラープリント用の画像形成装置において、最下流側の１次転写位置と、２次転写位置との間に前記重ね合わせトナー像の電荷を弱めるグリッド電極をもつスコロトロン除電手段と、転写材搬送路に紙抵抗値検出手段とを有し、抵抗値検知結果に応じて、前記グリッド電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。

転写材の抵抗値に合ったトナー層電位とすることにより、転写材の抵抗値に依らず、裏面画像の不良（白プチ、重ね合わせ時の転写ムラ）を防止しつつ、２次転写ニップ前でのトナー飛び散りを防止し、良好な画像を得ることができる。

はじめに、本発明に係わる定着装置を装着する画像形成装置について説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は画像書き込み手段である書き込み装置、１３は現像手段である現像装置、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５はクリーニングブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像装置１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図１ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、１次転写ローラ２５、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図１の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像装置１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。

中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性シームレスベルトである。

１次転写ローラ２５には、トナー（本実施の形態では負極性）と反対極性（本実施の形態では正極性）の直流電圧が印加され、感光体１０上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。

２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な２次転写ローラで、トナーと逆極性の電圧が印加され、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー画像を転写材Ｐに再転写する。

２８はクリーニング装置で、中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。トナー画像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード２９によって周面上に残ったトナーが清掃される。

７０は紙送り出しローラ、７１はタイミングローラ、７２は紙カセット、７３は搬送ローラである。８１は排紙ローラで、定着された転写材を排紙皿８２へ排紙する。

４は定着装置で、ハロゲンランプ４６によって熱せられる加熱ローラ４１と不図示の加圧機構によって加圧される加圧ローラ４２とで構成され、ニップＴでトナー像を担持した転写材を挟持、加圧して定着する。

不図示の操作パネルにおいて、片面（表面）画像形成モードが選択されたときは、表面画像の定着を終えた転写材Ｐは、そのまま直進して排紙ローラ８１から排紙トレイ８２上に排出され、或いは反転切替部材９２によって上下面の反転を行ったのち排紙ローラ８１から排紙トレイ８２上に排出される。

一方、両面画像形成のモード選択の場合には、以下に述べるプロセスにしたがって、ＡＤＵ機構９を経由して、他面（裏面）にもトナー画像を形成される。

９はＡＤＵ機構であり、転写材の両面に画像を形成するときの転写材のスイッチバック経路を備えている。すなわち、上述した表面の画像定着を終えた転写材Ｐは、反転切替部材９２を有する反転搬送路９０、スイッチバック経路９０ａ、第２反転搬送路９０ｂから構成されるＡＤＵ機構の反転搬送路９０に沿って下降し、スイッチバック経路９０ａに一旦搬入されたのち搬出されて表面と裏面との反転が行われ第２反転搬送路９０ｂを通って、搬送部７に沿って再給紙され、シート材の傾きと偏りの補正を行うタイミングローラ７１によって転写材Ｐは一時停止を行ったのち中間転写ベルト２０上に再度形成された裏面画像のトナー像が転写ローラ２２によって転写材Ｐの裏面に転写されたのち分離搬送され、定着処理がなされて排紙ローラ８１から排紙トレイ８２上に排出される。

Ｂ１は、各駆動部、画像形成プロセス、定着温度、および本発明に関する転写材の抵抗値に応じて２次転写前の中間転写ベルト上の重ね合わせトナー像の電荷を制御する制御手段であるコントロール部である。

次に、本発明に係わる、２次転写前の重ね合わせトナー像の除電について説明する。

両面画像形成の裏面時には、一度定着され、含水率等が低下した電気抵抗値が高い転写材が通紙されることになる。このような条件では、転写電圧を大きく設定する（転写材にかかる電圧を大きくすると）と、転写材内の空気層で放電が起こり、「白プチ現象」等の画像不良が発生する。したがって、転写電圧値の設定を低くしたいが、重ね合わせベタ画像のようなトナー量の多い場合には全てのトナーを転写できずに転写ムラ不良となってしまう。そこで２次転写前に中間転写ベルト上トナーを除電し、トナー層の荷電量、すなわちトナー層電位を下げることによって低い２次転写電圧でも転写できるようにする方法により効果があることが判っている。しかし、トナー層電位をあまり下げすぎると、すなわちトナーの電荷をさげすぎると、中間転写ベルトとの付着力が低下することにより転写材が転写位置に到達する前に転写されて今宇「トナー飛び散り現象」が発生してしまう。

紙抵抗値と転写電圧、トナー層電位の関係について以下にのべる。

同じ転写電圧を印加した場合、紙抵抗値により紙の部分（裏表）にかかる電圧に差が生じ、紙抵抗値が高い方が紙の部分にかかる電界は大きくなる。逆に、紙抵抗値が低いと紙の部分の電界は小さくなるため、転写ローラと転写材との間の電界が相対的に大きくなる。すなわち、転写電界が相対的に大きくなり、転写前での放電の発生も起こりやすくなる。したがって、同じトナー帯電量の場合には紙抵抗値が低い方が「トナー飛び散り現象」が発生しやすくなる。

一方、紙抵抗値が高いと転写でかけられる電圧の上限値は低くなる（転写材内での放電が発生しやすくなる）ため、転写電圧値を低く設定しても重ね合わせトナーが全て転写可能なようにトナー帯電量、すなわちトナー層電位を低くすることが必要である。

上記のことから、紙抵抗値が高い場合にはトナー層電位を低くするためにグリッド電位を低く設定することが必要であり、紙抵抗値がそれほど高くない（比較的には低い）場合にはトナー層電位をあまり低くしないことが必要である。

そこで、本発明では、最下流側の１次転写位置と、２次転写位置との間に重ね合わせトナー像の電荷を弱めるためのスコロトロン除電手段を設け、さらに、転写材搬送路に紙抵抗値検知手段を設け、その抵抗値に応じたグリッド電圧に制御し、中間転写ベルト上のトナーの電荷を弱めることにより、「白プチ現象」、「トナー飛び散り現象」、「転写ムラ」といった転写不良を回避することができる。

上記問題に関する、転写材のトナー電位とグリッド電圧について図２を基に説明する。

図２は、２次転写前における転写材の抵抗値高低による、グリッド電圧と転写ムラ、トナー飛び散りの発生状況を示す図である。

図２（ａ）、（ｂ）において一色ベタ電位に比べ、重ね合わせベタ電位は高い電荷量を有し、重ね合わせ画像の場合では、図２（ａ）に示す抵抗値が高い場合と図２（ｂ）示す抵抗値が低い場合とではグリッド電圧と転写ムラ、トナー飛び散りの発生閾値が異なっている。

その閾値の範囲内になるように紙抵抗値に応じてグリッド電圧を制御して、２次転写前のトナー像の電荷を弱めることで不良のない良好な画像を得ることができる。

以下、具体的に図３にしたがって説明する。

図３は、転写材の紙抵抗値検知手段と中間転写ベルトへのスコロトロン除電手段を示す図である。

図３において、３０はグリッド電極を有するスコロトロン除電手段で、放電電極３０１には高圧電源Ｓからトナーと逆極性の直流電圧（本実施の形態では＋５ｋＶ）が印加されている。グリッド電極３０３には転写材Ｐの抵抗値に相当する電圧が印加される。グリッド電位は、最大付着量トナー像電位＞グリッド電位＞トナーの非付着部分の電位の条件で規定される。当該グリッド電極の電位は、転写材搬送路に設けられた紙抵抗値検出手段５０の検出ローラ対５０１に転写材が通過時、電源５０２より電圧を印加したときに流れる電流を電流計５０３で検知し、検知された電流値に相当してコントロール部Ｂ１で抵抗値を算出される。

すなわち、上記の抵抗値測定およびスコロトロン除電圧印加の系において、コントロール部Ｂ１には、紙抵抗値に対応するグリッド電極３０３に印加する電圧のテーブルがプログラムされており、前記紙抵抗値に対応したグリッド電圧が印加されるように制御する。

なお、上記のグリッド電圧で制御するのに加えて、転写材が接するローラの側である２次転写ローラ２６にはトナーと逆極性の電圧を印加する方法がとられている。

以下、中間転写ベルトを備えたタンデム型複写機を使用し、２次転写前にトナーを除電することによって、確認実験を行った。

実験条件
中間転写ベルト材質： ポリイミド製、体積抵抗１０⁹Ωｃｍ
転写ベルト・グリッド間距離： １ｍｍ
放電電極： ６０μｍタングステン線にＤＣ５ｋＶ
印加
電極サイドプレート： グリッドと同電位
電極対向ローラ（駆動ローラ）： ＧＮＤに接地
転写材： ６４ｇ／ｍ²
実験環境： 低温低湿（１０℃、２０％）
上記実験条件の基で確認した、転写材（紙）抵抗値とグリッド電圧、２次転写電圧、転写不良の関係を表１にしめす。

表１において、○は合格、△、×は不合格を表す。

表１からも判るように、グリッド電圧の変更を行わない場合、全ての項目で○になる条件は得られない。

したがって、全ての項目で○となる条件（紙抵抗値：大、グリッド電圧値：１００Ｖ、２次転写電圧：小とするか、紙抵抗値：小、グリッド電圧値：２００Ｖ、２次転写電圧：小とするか）を選択することにより、良好な画像を得ることが可能となる。言い替えれば、紙抵抗値が大きいときはグリッド電圧を小とし、紙抵抗値が小さいときはグリッド電圧を大とするように制御することが好ましい。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 ２次転写前における転写材の抵抗値高低による、グリッド電圧と転写ムラ、トナー飛び散りの発生状況を示す図である。 転写材の紙抵抗値検知手段と中間転写ベルトへのスコロトロン除電手段を示す図である。 トナー飛び散り現象を説明するための図である。

符号の説明

１ 画像形成手段
１０ 感光体
１６ 現像スリーブ
２０ 中間転写ベルト
２２ バックアップローラ
２５ １次転写ローラ
２６ ２次転写ローラ
３０ スコロトロン除電手段
３０１ 放電電極
３０３ グリッド電極
４ 定着装置
５０ 紙抵抗値検出手段
５０１ 検出ローラ対
５０３ 電流計

Claims (3)

1. 複数の現像手段によって形成された複数の感光体上のトナー像を順次中間転写ベルト上に１次転写手段にて転写して重ね合わせトナー像を形成し、当該重ね合わせトナー像を一括して転写材上に２次転写手段にて転写するカラープリント用の画像形成装置において、最下流側の１次転写位置と、２次転写位置との間に前記重ね合わせトナー像の電荷を弱めるグリッド電極をもつスコロトロン除電手段と、転写材搬送路に紙抵抗値検出手段とを有し、抵抗値検知結果に応じて、前記グリッド電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写材に接する２次転写手段には、トナーの電荷と逆極性の電圧が印加されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記紙抵抗値検出手段で検出された抵抗値が大きいときは、小さい電圧が前記グリッド電極に印加され、前記抵抗値が大きいときは、大きい電圧が前記グリッド電極に印加されるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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