JP2006267674A

JP2006267674A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006267674A
Application number: JP2005086877A
Authority: JP
Inventors: Tooru Kuzumi; 徹葛見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】転写ローラの製造過程で生じる抵抗値の周ムラがある場合でも、転写バイアスを最適に制御し転写効率及び濃度を一定に維持できる高品質な画像形成装置の提供。
【解決手段】表面に現像像が形成される像担持体と、該像担持体と圧接ニップ部を形成し、転写バイアスが印加されることによって該圧接ニップ部にて転写媒体としての中間転写体又は転写材に前記像担持体から前記現像像を転写させる転写ローラを有し、前記転写ローラに転写工程において印加する転写バイアスを決定する前処理工程を行う画像形成装置において、転写ローラ周上の特定位置を検知する位置検知手段を備え、前記前処理工程において、前記転写ローラに印加した電圧とそのときに前記特定位置を除いた圧接ニップ部に流れる電流の関係に基づいて転写バイアスを決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置において、像担持体上に形成した現像像を転写媒体である中間転写体又は転写材等に転写する際の、最適な転写バイアスの決定方法に関するものである。

従来より、例えば電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体としての１個又は複数個の感光体ドラムに静電潜像を形成し、該潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナーにより順次現像して各色の現像像（トナー像）を形成し、それらのトナー像を、一旦、転写媒体としてドラム状又はベルト状の中間転写体上に重ねて転写（一次転写）した後、続いて転写材に一括転写（二次転写）して記録画像を得る中間転写方式のフルカラー画像形成装置が知られている。或は、感光体ドラム上にブラックのトナー像のみを形成し、そのトナー像を直接、転写材上に転写するモノクロ画像形成装置が知られている。

これらの装置では、一次転写又は二次転写が行われる転写工程において、転写手段として導電性の転写ローラ等が使用される。転写ローラは感光体ドラム又は中間転写体に当接して使用され、放電によらず、電荷注入によりトナー像の転写に必要な電荷を付与するのでオゾン発生量が少ないという利点がある。

ところで、転写ローラの抵抗は装置内の温湿度や通電により変動し易いことが知られている。特に、材料としてイオン導電剤や界面活性剤を分散させたイオン導電性の転写ローラを用いた場合、上記の抵抗変動が生じ易い。

一方、導電剤としてカーボンや金属酸化物等の導電性フィラーを分散させた電子導電性の転写ローラを用いると温湿度や通電による抵抗変動は少なくなる。しかし、長期の耐久により転写ローラの表面がトナーで汚れたり、或は転写ローラが対向する感光体表層の厚みが磨耗により減少すると、転写ローラと感光体ドラムを含めた全体の抵抗が変化する。

何れにしても、これらの抵抗が変動するため、転写ローラに転写バイアスとして一定の電圧を印加しても転写ローラに流れる電流が変動し、トナー像の転写が最適に行われないという問題がある。

そこで、転写ローラの抵抗変動に起因する転写不良の発生を防止するため、前処理工程として、例えば特許文献１に記載されるように、転写ローラに印加する電圧と転写部位に流れる電流の関係を測定し、その測定結果に応じて転写ローラに印加する転写バイアスを最適に制御する方法が採用されている。

この制御方法では、画像形成（作像）前の前回転中に転写ローラに定電圧制御された定電圧を印加し、その時の電流値を検出し、転写ローラに印加する電圧と転写部位に流れる電流の関係から最適電流Ｉ０を得るのに必要な最適電圧Ｖ０を算出し、作像中の転写時に転写バイアスとして、その電圧Ｖ０を印加する。このようにすることで転写ローラの抵抗変動があっても常に転写部位に最適な電流を流すことが可能となる。

尚、本明細書では、画像形成工程において、画像形成装置に外部からのプリント信号が送信されてから、１枚目の転写材の、現像剤像が転写される位置（転写部）に到来するまでの時間において、各画像形成手段が動作している時間帯を前回転と称する。

特開２００１−１２５３３８号公報

しかしながら、上記の転写バイアス制御を行うに当たり以下の問題があった。

即ち、図９に示すように、転写ローラの製造工程では、ローラ形状をした金型１４ｂに芯金１４ａを挿入し、芯金に対して垂直な方向Ｃからローラ材料である混練ゴムを注入する。ゴム材は、芯金に衝突して２方向に分岐し再び合流して金型内部にゴム材が充填される。このとき、合流部Ｌはゴム材が圧縮されてゴム密度が上がるため、導電材の密度も上がり周囲に比べて抵抗値が低くなる。

図１０はこのようにして製造された転写ローラの周方向の抵抗変化を測定したもので、転写ローラを一定速度で回転しながら芯金に一定電圧を印加したときの転写部に流れる電流変化を示したものである。電流は、ローラの回転周期で変動し、合流部Ｌでは局所的に電流が多く流れている。つまり、合流部Ｌでは抵抗値が低くなっていることが分かる。このため、ローラに一定電圧を印加した場合、周方向にΔｉの電流変化を生じる。

上記転写ローラを使用して転写バイアス制御を行うと、転写ローラに定電圧を印加して電流を検出する際に、合流部において電流を検出した場合、抵抗値が低いために目標電流を得るために必要な転写バイアスが低く設定され、その結果、合流部以外の部分で転写電流が不足し、トナー像が十分に転写されないという問題が生じた。これを回避するため、電流の検出を周方向の複数ポイントで行い、それら検出結果の平均値から転写バイアスを決定することで抵抗値の周方向ムラの影響を小さくする方法が採られているが、検出ポイントをランダムに決定しているため、検出ポイントに合流部を含む場合と含まない場合で転写バイアス値に差異を生じ、転写効率が変動し画像濃度変動を生じる問題があった。

従って、本発明の目的は、転写ローラの製造過程で生じる抵抗値の周ムラがある場合でも、転写バイアスを最適に制御し転写効率及び濃度を一定に維持できる高品質な画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、下記の構成を特徴とする画像形成装置を提供する。

（１）表面に現像像が形成される像担持体と、該像担持体と圧接ニップ部を形成し、転写バイアスが印加されることによって該圧接ニップ部にて転写媒体としての中間転写体又は転写材に前記像担持体から前記現像像を転写させる転写ローラを有し、前記転写ローラに転写工程において印加する転写バイアスを決定する前処理工程を行う画像形成装置において、
転写ローラ周上の特定位置を検知する位置検知手段を備え、前記前処理工程において、前記転写ローラに印加した電圧とそのときに前記特定位置を除いた圧接ニップ部に流れる電流の関係に基づいて転写バイアスを決定することを特徴とする画像形成装置。

（２）転写ローラ周上の複数の特定位置を検知する位置検知手段を備え、前記前処理工程において、前記転写ローラに印加した電圧とそのときに前記特定位置を除いた圧接ニップ部に流れる電流の関係に基づいて転写バイアスを決定することを特徴とする（１）の画像形成装置。

本発明によれば、作像の前処理工程で転写バイアスを決定する転写バイアス制御を行う画像形成装置において、転写ローラの製造工程で生じる低抵抗部の影響を受けないように転写バイアスを決定できるので、転写効率の低下に伴う濃度低下を防止することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して詳しく説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明を適用した画像形成装置の一例の概略構成を示す。

本実施の形態では、複数色の現像像（トナー像）を像担持体である感光体ドラム１に形成し、それを転写媒体としての中間転写体である中間転写ベルト６に重ねて一次転写し、その複数色の複合トナー像を二次転写部にて転写材Ｐに一括転写する、電子写真方式で、中間転写方式を採用したカラー画像形成装置における本発明の適用例について説明する。

先ず、画像形成装置全体構成について説明する。

図１において、感光体ドラム１は像担持体であり、矢線Ａ方向に回転し、感光体ドラム１の周囲に設けた帯電装置２及び画像情報に基づいて露光する露光装置３により画像情報に応じた静電潜像が形成される。又、この感光体ドラム１の周囲にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色に対応した現像器を含む現像器ユニット８が配設されており、感光体ドラム１上に形成された静電潜像を上記の何れかの現像器で現像してトナー像を形成する。

感光体ドラム１の表面に当接されるよう配設された中間転写ベルト６は、複数の張架ローラ９〜１３に張架されて矢印Ｂの方向へ回動するようになっている。本実施の形態では、張架ローラ１０，１１は、一次転写位置の近傍に配置され中間転写ベルト９の平坦な面を感光体ドラム１に当接させ、一次転写用のニップを形成する。

又、張架ローラ１２は、中間転写ベルト９の張力を一定に維持するためのテンションローラであり、不図示の加圧バネにより付勢されている。又、張架ローラ１３は、中間転写ベルト６を回転させる駆動ローラ１３であり、張架ローラ９は、二次転写ローラ１４に圧接し二次転写部となるニップ部を構成する二次転写対向ローラ（バクアップローラ）９である。

中間転写ベルト６としては、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂にカーボンブラックを適当量含有させ、その体積抵抗率を１×１０^８〜１×１０^１３Ω・ｃｍ、厚みを７０〜１００μｍとしたものを用いている。

更に、中間転写ベルト６の感光体ドラム１に対向する一次転写位置において、中間転写ベルト６の内面側には、転写手段である一次転写ローラ７が配設されており、この一次転写ローラ７に、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスを高圧電源（転写バイアス印加手段）１７により印加することで、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト６上に一次転写される。

又、一次転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーを除去するドラムクリーナ５が感光体ドラム１に対向して備えられている。ドラムクリーナ５によるクリーニングを終えた感光体ドラム１は、除電ランプ３０により、感光体ドラム１の残留電荷が減衰され、次回の作像に備えられる。

又、転写材Ｐの搬送経路に面した中間転写ベルト６の二次転写位置には、中間転写ベルト６のトナー像担持面側に圧接配置される二次転写ローラ１４と、中間転写ベルト６の内面側に配設されて二次転写ローラ１４の対向電極を成す接地されたバックアップローラ９を備えている。二次転写ローラ１４には、トナーの帯電極性と逆極性の二次転写バイアスが高圧電源１８により印加されている。

更に、二次転写位置の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト６上に残留したトナーを除去するベルトクリーナ１６が設けられている。

尚、二次転写ローラ１４及びベルトクリーナ１６は、中間転写ベルト６に対して接離可能に配設されており、複数色のカラー画像が形成する場合には、最終色前のトナー像が二次転写ローラ１４及びベルトクリーナ１６を通過するまで中間転写ベルト９から離間しており、最終色のトナー像が二次転写位置に到達する前に二次転写ローラ１４及びベルトクリーナ１６が中間転写ベルト６に当接される。

転写材Ｐは、レジストローラ１５に挟まれ一旦位置決め停止させた後、所定のタイミングで二次転写位置へ送り込むようになっており、更に、二次転写後の転写材Ｐは搬送部材（不図示）により定着器（不図示）へ送られ、転写材Ｐにトナー像を溶融固着するようになっている。

次に、本装置の作像プロセスについて説明する。

先ず、感光体ドラム１上に静電潜像の書き込みが行われ、この静電潜像に対応した現像器によって現像される。これは、例えば感光体ドラム１上に書き込まれた静電潜像がイエローの画像情報に対応したものであれば、この静電潜像は、イエローのトナーを内包する現像器Ｙで現像され、感光体ドラム１上にはイエローのトナー像が形成される。

そして、感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と中間転写ベルト６とが接する一次転写位置で感光体ドラム１から中間転写ベルト９の表面に転写される。

このとき、単色画像を形成する場合には、中間転写ベルト６に一次転写されたトナー像を直ちに転写材Ｐに二次転写するのであるが、複数色のトナー像を重ね合わせたカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム１上でのトナー像形成並びにこのトナー像の一次転写の工程が色数分だけ繰り返される。例えば、４色のトナー像を重ね合わせたフルカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム１上には、その１回転毎にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が形成され、これらトナー像は順次中間転写ベルト６に一次転写される。

一方、中間転写ベルト６は最初に一次転写されたトナー像を担持したまま感光体ドラム１と同一周期で回動し、中間転写ベルト６上にはその１回転毎にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が重ねて転写される。

このようにして中間転写ベルト６に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト６の回動に伴って二次転写位置へと搬送される。一方、転写材Ｐはレジストローラ１５にて所定のタイミングで二次転写位置へと供給され、バクアップローラ９と二次転写ローラ１４で狭持する。このとき二次転写ローラ１４に二次転写バイアスが印加され、二次転写ローラ１４とバクアップローラ９との間に形成される転写電界の作用で、中間転写ベルト６に担持されたトナー像が転写材Ｐに静電転写される。

一次転写ローラ７又は二次転写ローラ１４は、その抵抗値が１×１０^６〜１×１０^１０（Ω）程度の値に調整されたものを使用する。これらの転写ローラは、金属の芯金の外周面に導電性の弾性層を設けたもので、導電性を付与する方法として主として次の２種類がある。電子導電性の転写ローラは、ＥＰＤＭ、ウレタン等のスポンジにカーボンや金属酸化物等の導電性フィラーを分散させたもので、導電性フィラーの添加量により抵抗値を調整する。又、イオン導電性の転写ローラは、イオン導電系の材料を含むもので、ＮＢＲ、ウレタン、エピクロルヒドリン等のゴム若しくはスポンジの材料自身に導電性を持たせたものや、それらに界面活性剤を分散させたものを用いる。

次に、図１１により、前処理工程における二次転写ローラ１４の転写バイアスの制御方法について説明する。

前処理工程として、作像工程直前の前回転中に、感光体ドラム１及び中間転写ベルト６を回転させ、更に中間転写ベルト６に二次転写ローラ１４を圧接させた状態で二次転写ローラ１４に電圧２５００Ｖ、３０００Ｖ、３５００Ｖを定電圧で印加し、その時の電流値を検出する。ここで検出した電流と電圧の関係から直線補間で目標電流Ｉ０（＝４５μＡ）（＝３５μＡ）を得るのに必要な転写バイアスＶ０（＝２７００Ｖ）を算出することによって適切な転写バイアスを決定する。

尚、作像工程における転写中は転写バイアスを定電圧制御で印加する。この理由は、定電流制御で転写電流を印加すると、紙の持つ抵抗により通紙領域は電流が流れにくいため電流が通紙領域外へ逃げ、通紙部、即ち画像部の電流が不足しトナーが十分に転写されなくなるためである。定電圧制御を行えば、通紙部にも必要な電界が形成され電流を確保することができる。

尚、転写バイアスを決定する際に、上記のように定電圧を３点印加して電流と電圧の直線補間から求めるのではなく、目標電流Ｉ０を１点だけ印加して電圧を検知して決定しても良い。

次に、図２〜図５により、本発明の特徴的な構成と前処理工程の動作について説明する。

図２は転写ローラ１４の一端の構成を示したものである。合流部Ｌは前述した通り抵抗値が低い部分であり、芯金１４ａの周上で合流部Ｌと同じ位置にマーク４２が貼り付けてある。マーク１４ａは、光学的な反射シールで、発光及び受光素子を内蔵したフォトセンサ４１によりマーク４２の位置が検出できるようになっている。又、フォトセンサ４１は、転写ローラ１４とバックアップローラ９の軸を結んだ直線上に配置してあり、これにより回転中の転写ローラ１４に対し、合流部Ｌが二次転写ニップ部に来たときにマーク４２を検出することができる。

図３及び図４は前処理工程で電流を検出する位置とタイミングを示したものである。

図３のように、転写ローラ１４を周方向に等間隔に分割し、且つ、合流部Ｌを除いたＰ１〜Ｐ６の計６ポイントの位置で電流を検出する。

図４はマーク検出信号に同期して電流をサンプリングするタイミングを示したもので、マーク検出信号が検出された時点、即ち、合流部Ｌがニップ部を通過した時点を起点として時間ｔ後にサンプリングを開始し、計６回のサンプリングを行う。時間ｔは、合流部ＬからＰ１までの回転時間である。これにより、合流部Ｌを除いた領域での電流検出が可能となる。転写バイアス決定する際、これら６ポイントの電流の平均値を取り電流−電圧の関係を求める。複数ポイントで電流を検出するのは、合流部Ｌを除いた領域の全体に対し、より平均的に最適な転写バイアスを設定するためである。

図５に本発明の効果を示す。

図５は転写電流に対する転写効率の変化を示したもので、転写効率が９０％以上の場合が転写が良好とされる。図５によれば、転写効率が９０％以上になるのは、電流が領域ａ（目標電流の中心値＝４５μＡ）に設定された場合である。Δｉは転写ローラ１４の周方向の抵抗ムラによる電流変化分を示す。従来は、転写ローラ１４の周方向にランダムに電流を検出して転写バイアスを決定していたため、合流部Ｌを含んでサンプリングする場合があり、その場合には、合流部Ｌの抵抗が低いために、転写バイアスが低く設定されることがあった。そのため、例えば、領域ｂに設定されることがあり、周方向で電流不足になり転写効率が９０％を下回りトナーが十分に転写されず、濃度低下を招いていた。これに対し、本発明では合流部Ｌを除いてサンプリングするために、領域ａに設定され、周方向の全域で良好な転写が行えるようになった。

＜実施の形態２＞
図６及び図７は合流部がＬ１とＬ２の２箇所に存在する転写ローラについて、合流部を除くように制御する方法を示す。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３について説明する。

上述した制御の方法は、カラー画像形成装置だけでなくモノクロ画像形成装置にも適用できる。図８に電子写真方式のモノクロ画像形成装置の一例を示す。

図８において、図１に示したカラー画像形成装置と同一の機能を有する部分については図１と同一の符号を記した。感光体ドラム１は、矢印Ａの方向に所定の周速度で回転駆動される。帯電装置２により感光体ドラム１の周面が所定の極性、電位に帯電される。露光装置３は記録すべき画像情報に対応して発光制御されたレーザ光を出力して、感光体ドラム１上に目的の画像情報に応じた静電潜像が形成される。

現像装置８は、感光体ドラム１上の静電潜像をブラックトナーにより可視化しトナー像が形成される。トナーは磁性一成分現像剤を使用した。

現像装置８の下流には感光体ドラム１に面して転写前帯電器４が配設されており、トナー像に電荷付与を行う。

不図示の給紙カセットには、ここでは転写媒体となる転写材Ｐが収納されており、給紙スタート信号に基づいて不図示の給紙ローラが駆動され、給紙カセット内の転写材Ｐが１枚ずつ給紙され、レジストローラ１５により矢印Ｂの向きに転写材Ｐが搬送され、感光体ドラム１と転写ローラ１９との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。即ち、感光体ドラム１上のトナー像の先端部が転写部位に到達するタイミングと同期するようにレジストローラ１５で転写材Ｐの搬送が制御される。

転写部位に導入された転写材Ｐは、転写部位を挾持搬送され、そのとき、転写ローラ１９には高圧電源２０から所定に制御された転写バイアスが定電圧で印加される。この転写バイアス制御については後述する。転写ローラ１９にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで感光体ドラム１上のトナー像が転写材Ｐに静電転写される。その後、転写材Ｐは感光体ドラム１から分離搬送され、不図示の定着装置に搬送され、トナー像の加熱加圧定着工程を受ける。

上記のような、転写ローラ１９に対しても本発明を同様に適用できる。

又、本発明は、図１の一次転写ローラについても同様に適用できる。

以上に説明した画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。そして、静電記録方式のものにおいても、像担持体表面の電位の変更の方法を変えて本発明は適用できる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。転写ローラの合流部Ｌを検出する検出手段を示す図である。転写ローラの電流検出位置を示す図である。転写ローラの電流検出タイミングを示す図である。転写バイアス制御における印加電圧と検出電流の関係を示す図である。複数の低抵抗部を持つ転写ローラの電流検出位置を示す図である。複数の低抵抗部を持つ転写ローラの電流検出タイミングを示す図である。本発明の実施の形態３に係る画像形成装置の概略構成図である。転写ローラの製造工程を示す図である。転写ローラの周方向の抵抗変化を測定した結果を示す図である。

符号の説明

１感光体ドラム（像担持体）
６中間転写ベルト（中間転写体、転写媒体）
７一次転写ローラ（転写手段）
１４二次転写ローラ（転写手段）
１７，１８，２０高圧電源（転写バイアス印加手段）
１９転写ローラ（転写手段）
Ｐ転写材
４２マーク
４１マーク検出手段

Claims

表面に現像像が形成される像担持体と、該像担持体と圧接ニップ部を形成し、転写バイアスが印加されることによって該圧接ニップ部にて転写媒体としての中間転写体又は転写材に前記像担持体から前記現像像を転写させる転写ローラを有し、前記転写ローラに転写工程において印加する転写バイアスを決定する前処理工程を行う画像形成装置において、
転写ローラ周上の特定位置を検知する位置検知手段を備え、前記前処理工程において、前記転写ローラに印加した電圧とそのときに前記特定位置を除いた圧接ニップ部に流れる電流の関係に基づいて転写バイアスを決定することを特徴とする画像形成装置。
転写ローラ周上の複数の特定位置を検知する位置検知手段を備え、前記前処理工程において、前記転写ローラに印加した電圧とそのときに前記特定位置を除いた圧接ニップ部に流れる電流の関係に基づいて転写バイアスを決定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。