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]
1.画像形成装置の全体的な構成及び動作
図1は、本実施例の画像形成装置100の概略断面図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真方式を用いてフルカラー画像の形成が可能な、中間転写方式を採用したタンデム型のプリンタである。
画像形成装置100は、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナー像を形成する第1、第2、第3、第4の画像形成部(ステーション)Sa、Sb、Sc、Sdを有する。各画像形成部Sa、Sb、Sc、Sdにおける同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、いずれかの色用の要素であることを表す符号の末尾のa、b、c、dを省略して総括的に説明することがある。本実施例では、画像形成部Sは、後述する感光ドラム1、帯電ローラ2、露光装置3、現像装置4、一次転写ブラシ14、クリーニング装置5を有して構成される。
トナー像を担持する像担持体としての、回転可能なドラム型(円筒形)の感光体(電子写真感光体)である感光ドラム1は、図中矢印R1方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。本実施例では、感光ドラム1の周速度は100mm/secである。回転する感光ドラム1の表面は、感光体帯電手段としてのローラ型の感光体帯電部材である帯電ローラ2によって、所定の極性(本実施例では負極性)の所定の電位に一様に帯電処理される。帯電処理された感光ドラム1の表面は、露光手段としての露光装置3によって画像情報に応じて走査露光され、感光ドラム1上に静電潜像(静電像)が形成される。感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像手段としての現像装置4によって現像剤としてのトナーを用いて現像(可視化)され、感光ドラム1上にトナー像が形成される。本実施例では、一様に帯電処理された後に露光されることで電位の絶対値が低下した感光ドラム1上の露光部に、感光ドラム1の帯電極性と同極性に帯電したトナーが付着する。本実施例では、現像時のトナーの帯電極性であるトナーの正規の帯電極性は負極性である。
各画像形成部Sの各感光ドラム1と対向して、無端状のベルトで構成された中間転写体である中間転写ベルト10が配置されている。中間転写ベルト10は、複数の張架ローラ(張架部材)としての駆動ローラ11、テンションローラ12及び二次転写対向ローラ13に架け渡されて所定の張力で張架されている。中間転写ベルト10は、駆動ローラ11が回転駆動されることで、図中矢印R2方向(感光ドラム1との接触部で感光ドラム1と同方向に移動する方向)に、感光ドラム1の周速度と略同一の周速度で回転(周回移動)する。中間転写ベルト10の内周面(裏面)側には、各感光ドラム1に対応して、一次転写手段としてのブラシ状の一次転写部材である一次転写ブラシ14が配置されている。本実施例では、一次転写ブラシ14は、中間転写ベルト10を介して感光ドラム1に対向して配置されている。一次転写ブラシ14は、中間転写ベルト10を介して感光ドラム1に向けて押圧され、感光ドラム1と中間転写ベルト10とが接触する一次転写部(一次転写ニップ部)T1を形成する。感光ドラム1上に形成されたトナー像は、一次転写部T1において、一次転写ブラシ14の作用により、中間転写ベルト10上に転写(一次転写)される。例えばフルカラー画像の形成時には、各感光ドラム1上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が、中間転写ベルト10上に重ね合わせるようにして順次一次転写される。一次転写動作については、後述して更に詳しく説明する。
中間転写ベルト10の外周面(表面)側において、二次転写対向ローラ13と対向する位置には、二次転写手段としてのローラ型の二次転写部材である二次転写ローラ20が配置されている。二次転写ローラ20は、中間転写ベルト10を介して二次転写対向ローラ13に向けて押圧され、中間転写ベルト10と二次転写ローラ20とが接触する二次転写部(二次転写ニップ部)T2を形成する。中間転写ベルト10上に形成されたトナー像は、二次転写部T2において、二次転写ローラ20の作用により、中間転写ベルト10と二次転写ローラ20とに挟持されて搬送される紙などの記録材(転写材、シート)P上に転写(二次転写)される。二次転写ローラ20には、電源装置60が接続されている。二次転写時に、二次転写ローラ20には、電源装置60からトナーの正規の帯電極性とは逆極性(本実施例では正極性)の直流電圧が印加される。記録材Pは、収納カセット41に収納されており、給送ローラ42などにより搬送されて、中間転写ベルト10上のトナー像とタイミングが合わされて二次転写部T2に供給される。
トナー像が転写された記録材Pは、定着手段としての定着装置30に搬送され、定着装置30によって加熱及び加圧されることでトナー像が定着(溶融固着)された後に、画像形成装置100の装置本体の外部に排出(出力)される。
一方、一次転写後に感光ドラム1の表面に残留したトナー(一次転写残トナー)は、クリーニング手段としてのクリーニング装置5によって感光ドラム1の表面から除去されて回収される。クリーニング装置5は、感光ドラム1の表面に当接して配置されたクリーニング部材としてのクリーニングブレードによって、回転する感光ドラム1の表面から一次転写残トナーを掻き取って回収する。
また、中間転写ベルト10の外周面側において、二次転写対向ローラ13と対向する位置に、中間転写ベルト10上のトナーを帯電させる帯電手段として、ブラシ状の帯電部材である帯電ブラシ16が配置されている。帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10の回転方向において二次転写部T2より下流側、かつ、一次転写部T1(最上流の一次転写部T1a)より上流側において中間転写ベルト10の表面に接触し、トナー帯電部Chを形成する。二次転写後に中間転写ベルト10の表面に残留したトナー(二次転写残トナー)は、トナー帯電部Chにおいて、帯電ブラシ16によって、略均一に散らされると共に帯電させられる。そして、この帯電させられた二次転写残トナーは、本実施例では第1の画像形成部Saの一次転写部T1aにおいて感光ドラム1aに転移させられる。感光ドラム1aに転移させられた二次転写残トナーは、クリーニング装置5aによって回収される。帯電ブラシ16には、電源装置60が接続されている。二次転写残トナーを帯電させる時に、帯電ブラシ16には、電源装置60からトナーの正規の帯電極性とは逆極性(本実施例では正極性)の直流電圧が印加される。中間転写ベルト10から感光ドラム1aへのトナーの転移は、該感光ドラム1aから中間転写ベルト10へのトナー像の一次転写と同時に行うことができる。
図7は、本実施例の画像形成装置100の要部の制御態様を示すブロック図である。本実施例では、画像形成装置100の各部の動作は、画像形成装置100の装置本体に設けられた制御手段としての制御部(制御回路)50によって統括的に制御される。制御部50は、演算制御手段としてのCPU51、記憶手段としてのROM、RAMなどのメモリ52など有して構成される。また、制御部50には、画像形成装置100の装置本体の内部又は外部の少なくとも一方の温度又は湿度の少なくとも一方を検知する環境検知手段としての、装置本体内の温度及び湿度を検知する環境センサ70が接続されている。環境センサ70は、検知した温度及び湿度に応じた信号を制御部50に入力する。また、制御部50には、中間転写ベルト10の使用量と相関する情報を計数する計数手段としての、中間転写ベルト10を用いて出力した画像の数(プリント枚数)を計数するカウンタ80が接続されている。カウンタ80は、画像を出力するごとにプリント枚数を積算して記憶するようになっており、制御部50は必要に応じてカウンタ80に記憶されたプリント枚数を参照する。また、制御部50には、電源装置60から二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に電圧を印加した際に流れる電流を検知する電流検知手段としての電流検知部(電流検知回路)90が接続されている。電流検知部90は電源装置60に内蔵されていてもよい。
制御部50は、CPU51によりメモリ52に記憶されたプログラムに従って画像形成装置100の各部の動作を制御する。特に、本実施例では、制御部50は、電源装置60のON/OFFの切り替えや出力を制御して、後述する作像動作と回復動作とで一次転写ブラシ14に供給する電流の向きを変える制御を行う。
ここで、画像形成装置100は、一の開始指示により開始される、単数又は複数の記録材Pに画像を形成して出力する一連の動作であるジョブ(プリント動作)を実行する。ジョブは、一般に、前処理動作、作像動作、後処理動作を有して構成される。作像動作は、一般に、出力画像の静電潜像の形成、トナー像の形成、トナー像の一次転写や二次転写を行う画像形成(印字)工程、連続して画像を出力する場合の記録材Pと記録材Pとの間の期間に対応する紙間工程などを有して構成される。前処理動作(前回転工程)は、開始指示が入力されてから作像動作を開始するまでの準備動作を行う期間である。後処理動作(後回転工程)は、作像動作を終了した後の整理動作(準備動作)を行う期間である。非画像形成時とは、上記前処理動作、後処理動作の他、上記紙間工程や、画像形成装置100の電源投入時又はスリープ状態からの復帰時の準備動作である前多回転工程時などが含まれる。
2.中間転写ベルト周りの構成
中間転写ベルト10は、導電剤を添加して導電性を付与した樹脂材料を用いて形成された無端状のベルトである。中間転写ベルト10は、駆動ローラ11、テンションローラ12及び二次転写対向ローラ13の3軸で支持されており、テンションローラ12により総圧60Nの張力が付与されている。
二次転写ローラ20は、外径8mmのニッケルメッキ鋼棒で構成された芯金(芯材)の外周を、発泡スポンジ体で構成された厚さが5mmの弾性体層で覆った、外径が18mmの弾性ローラである。上記発泡スポンジ体は、NBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする材料で構成され、体積抵抗率が108Ω・cmに調整されており、二次転写ローラ20は導電性を有している。また、二次転写ローラ20は、中間転写ベルト10に対して50Nの加圧力で当接され、中間転写ベルト10の移動に伴って従動して回転する。本実施例では、二次転写時に、二次転写ローラ20には、電源装置60から+2500V程度の電圧が印加される。二次転写ローラ20は、中間転写ベルト10の外周面に接触する電流供給部材の一例である。
一次転写ブラシ14は、付勢手段としての押圧バネ(図示せず)により押圧力が付与されることで中間転写ベルト10を感光ドラム1に向けて押し上げ、中間転写ベルト10の外周面を感光ドラム1に所定の当接圧で当接させている。一次転写ブラシ14は、中間転写ベルト10に対して固定位置に配置され、中間転写ベルト10の移動に伴って中間転写ベルト10の裏面を摺擦する。一次転写ブラシ14は、導電性を有する繊維で形成されたブラシ部を有する導電性ブラシで構成されている。一次転写ブラシ14のブラシ部を構成するブラシ繊維には、カーボン粉末を分散したナイロンやポリエステルなどを材料とした導電性繊維が用いられる。本実施例では、一次転写ブラシ14のブラシ部は、ナイロンにカーボン粉末を分散させた導電繊維で構成されている。この繊維の抵抗率ρは、10〜108Ωcmの範囲内であることが、転写効率の観点から好適である。本実施例では、この繊維の抵抗率ρは106Ωcmである。一次転写ブラシ14は、感光ドラム1から中間転写ベルト10にトナー像を一次転写するための、中間転写ベルト10の内周面に接触する一次転写部材の一例である。
帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10の表面に加圧して当接されている。帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10に対して固定位置に配置されている。また、帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10の表面に対して所定の侵入量となるように配置されている。そして、帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10の移動に伴って中間転写ベルト10の表面を摺擦する。帯電ブラシ16は、一次転写ブラシ14と同様の構成とされる。つまり、帯電ブラシ16は、導電性を有する繊維で形成されたブラシ部を有する導電性ブラシで構成されている。帯電ブラシ16のブラシ部を構成するブラシ繊維には、カーボン粉末を分散したナイロンやポリエステルなどを材料とした導電性繊維が用いられる。本実施例では、帯電ブラシ16のブラシ部は、ナイロンにカーボン粉末を分散させた導電繊維で構成されている。本実施例では、二次転写残トナーの帯電時に、帯電ブラシ16には、電源装置60から+2700V程度の電圧が印加される。帯電ブラシ16は、中間転写ベルト10の外周面に接触する電流供給部材の他の例である。
二次転写対向ローラ13は、外径26.0mmのアルミニウム製の芯金(芯材)の外周を、ヒドリンゴム層で構成された厚さが1.9mmの弾性体層で覆った、外径が29.8mmの弾性ローラである。二次転写対向ローラ13は、上記ヒドリンゴム層の電気抵抗が調整されることで電気抵抗値が106Ωとされ、導電性を有している。また、上記ヒドリンゴム層のゴム硬度は、JIS−A規格で40°である。二次転写対向ローラ13には、中間転写ベルト10を介して二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16が当接されている。二次転写対向ローラ13は、中間転写ベルト10を介して電流供給部材と対向し、中間転写ベルト10の内周面に接触し、一次転写ブラシ14と電気的に接続された対向部材の一例である。
3.中間転写ベルトの構成
図8は、本実施例における中間転写ベルト10の模式的な断面図である。本実施例では、中間転写ベルト10は、基層(基材)10Aと、表面層(表層、コート層)10Bと、を有する。つまり、本実施例では、基層10Aが、二次転写対向ローラ13などの張架部材及び一次転写ブラシ14と接触する。また、本実施例では、基層10Aよりも中間転写ベルト10の外周面側に設けられた表面層10Bが、二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16と接触する。本実施例では、基層10Aは、厚さが65μmであり、イオン導電性の導電剤を含有しており、イオン導電性を有する。
基層10Aのベース樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン−1、ポリスチレン、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルニトリル、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、サーモトロピック液晶ポリマー、ポリアミド酸などの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらは混合して2種以上使用することもできる。
基層10Aに導電性を付与するためのイオン導電性の導電剤としては、多価金属塩や第4級アンモニウム塩などが挙げられる。第4級アンモニウム塩には、カチオン部として、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトライソプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオンなどが挙げられ、アニオン部としては、ハロゲンイオンやフルオロアルキル基の炭素数が1〜10個のフルオロアルキル硫酸イオンやフルオロアルキル亜硫酸イオン、フルオロアルキルホウ酸イオンが挙げられる。
樹脂組成物としての基層10Aは、上記の各材料成分を熔融混煉し、次いで、インフレーション成形、円筒押出し成形、インジェクションストレッチブロー成形などの成形方法を適宜選択して用いることで得ることができる。本実施例では、基層10Aは、体積抵抗率が109Ωcmであり、導電性を有する。
本実施例では、表面層10Bは、厚さが2μmであり、電子導電性の導電剤を含有しており、電子導電性を有する。つまり、本実施例では、表面層10Bはイオン導電性を有さない。
表面層10Bは、基層10Aに対して、ディップコート、スプレーコート、ロールコート、スピンコートなどを施すことによって設けることができる。表面層10Bのベース材料としては、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。表面層10Bは、気密性が高く、体積抵抗率が1011Ωcmであり、導電性を有する。
本実施例では、基層10Aは、特に、イオン導電剤を含有するポリエチレンナフタレートを主体とする材料で形成されている。また、本実施例では、表面層10Bは、特に、電子導電剤を含有するアクリル樹脂を主体とする材料で形成されている。
なお、中間転写ベルト10の体積抵抗率は、三菱化学株式会社Hiresta−UP(MCP−HT450)を用い、室内温度23℃、室内湿度50%、印加電圧100V、測定時間10secの条件で測定することができる。中間転写ベルト10(その各層)の電気抵抗は、体積抵抗率で1×107〜3×1011Ω・cm程度が好適である。
4.一次転写動作
次に、本実施例における一次転写動作について更に説明する。
図1を参照して、本実施例では、電流供給部材としての二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に供給される電圧が一次転写のための電圧の供給源となる。つまり、一次転写時には、電源装置60から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性(本実施例では正極性)の直流電圧が、中間転写ベルト10に接触して配置された二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に印加される。これにより、中間転写ベルト10に接触して配置された二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16から、中間転写ベルト10を介して二次転写対向ローラ13に流れる電流が、一次転写ブラシ14に供給される。そして、一次転写部T1における感光ドラム1の電位と中間転写ベルト10の電位との電位差に基づいて中間転写ベルト10から感光ドラム1に流れる電流(転写電流)によって、感光ドラム1上の負極性のトナーが中間転写ベルト10上に一次転写される。
ここで、本実施例では、画像形成装置100には、一次転写時の一次転写ブラシ14の電位を所定の電位に略一定に維持するために、電圧維持手段が設けられている。つまり、本実施例では、一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12は、これらの電位が略等しくなるように電気的に接続されている。そして、一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12は、共通の電圧維持手段としての定電圧素子である第1のツェナーダイオード15を介して電気的に接地(グランドに接続)されている。本実施例では、第1のツェナーダイオード15としては、降伏電圧(ツェナー電圧)が750Vのツェナーダイオードを用いた。第1のツェナーダイオード15は、一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12とグランド(接地電位)との間に、一次転写ブラシ14の電位を正極性の所定の電位に維持する向きで接続されている。つまり、第1のツェナーダイオード15は、カソード側が一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12に接続され、アノード側がグランドに接続されている。
また、一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12は、共通の定電圧素子である第2のツェナーダイオード17を介して電気的に接地(グランドに接続)されている。第2のツェナーダイオード17は、第1のツェナーダイオード15とグランド(接地電位)との間に、第1のツェナーダイオード15とは逆向きとなるように直列に接続されている。つまり、第2のツェナーダイオード17は、アノード側が第1のツェナーダイオード15に接続され、カソード側がグランドに接続されている。第2のツェナーダイオード17の作用については後述する。
また、本実施例では、一次転写ブラシ14の電気抵抗のバラつきに影響されずに、略均一の電流を各一次転写部T1に流すために、各一次転写ブラシ14a〜14dと第1のツェナーダイオード15との間にそれぞれ抵抗素子6a〜6dが接続されている。本実施例では、各抵抗素子6として、50MΩの抵抗素子を使用した。
なお、本実施例では、駆動ローラ11は、電気的にフロートになるように構成されている。
図2は、本実施例における転写構成に関する回路構成図である。電源装置60は、それぞれ二次転写ローラ20、帯電ブラシ16に印加する正極性の電圧(正電圧)を出力する正電源(高圧電源回路)である、二次転写電源61、帯電電源62を有する。二次転写電源61、帯電電源62は、それぞれ電流供給部材に第1の極性の電圧を印加する第1の電源の一例である。また、電源装置60は、二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に印加する負極性の電圧(負電圧)を出力する負電源(高圧電源回路)63を有する。負電源63は、電流供給部材に第1の極性とは逆極性である第2の極性の電圧を印加する第2の電源の一例である。また、第1のブリーダ抵抗64が二次転写電源61に並列に接続されており、第2のブリーダ抵抗65が、帯電電源62に並列に接続されている。負電源63から二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に負電圧を印加する際には、第1、第2のブリーダ抵抗64、65を介して電流が流れる。一方、第3のブリーダ抵抗66が、負電源63に並列に接続されている。二次転写電源61及び帯電電源62から二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に正電圧を印加する際には、第3のブリーダ抵抗66を介して電流が流れる。図2中の抵抗素子67は、二次転写部T2の電気抵抗を示しており、二次転写ローラ20と中間転写ベルト10との合成抵抗である。また、図2中の抵抗素子68は、トナー帯電部Chの電気抵抗を示しており、帯電ブラシ16と中間転写ベルト10との合成抵抗である。二次転写部T2、トナー帯電部Chの電気抵抗値は、いずれも環境、寿命状態(寿命期間の初期であるか末期であるか)により変化するため、図2においては可変抵抗素子67、68として記述している。
二次転写電源61及び帯電電源62から所定値以上の正電圧が出力されると、第1のツェナーダイオード15に正電流が流れ、図2中のポイントXのグランドに対する電圧がほぼ第1のツェナーダイオード15の降伏電圧である+750Vに保持される。そして、各一次転写ブラシ14の電位がほぼ該降伏電圧である+750Vに保持され、各一次転写ブラシ14と接触している部分の中間転写ベルト10、すなわち各一次転写部T1における中間転写ベルト10の表面電位がほぼ+750Vに保持される。これにより、各一次転写部T1における中間転写ベルト10と感光ドラム1との電位差により、中間転写ベルト10から各感光ドラム1に、一次転写が行われるのに十分な転写電流が流れて、安定した一次転写が行われる。なお、本実施例では、一次転写と、二次転写、二次転写残トナーの帯電及び二次転写残トナーの感光ドラム1への転移と、は同時に行うことができる。そして、本実施例では、一次転写時に、二次転写ローラ20には電源装置60から+2500V程度の電圧が印加され、帯電ブラシ16には電源装置60から+2700V程度の電圧が印加される。また、各一次転写ブラシ14には、それぞれ略同一の正電流が流れる。
5.中間転写ベルトのクリーニング動作
次に、本実施例における中間転写ベルト10のクリーニング動作について更に説明する。図3は、二次転写部T2の近傍の模式的な断面図である。
本実施例では、中間転写ベルト10上に一次転写されたトナー像のトナーは負極性に帯電している。このトナー像は、正電圧が印加された二次転写ローラ20により記録材Pに二次転写される。このとき、中間転写ベルト10上のトナー像の一部のトナーは、記録材Pに二次転写されずに中間転写ベルト10上に残留する。
図3に示すように、二次転写後に中間転写ベルト10上に残留した二次転写残トナーには、二次転写ローラ20に印加された正電圧の影響により正、負両方の極性のトナーが混在する。また、記録材Pの表面の凹凸の影響を受け、二次転写残トナーは局所的に複数層に重なって中間転写ベルト10上に残留する(図3中A)。この中間転写ベルト10上に複数層に堆積している二次転写残トナーは、トナー帯電部Chを通過する時に、中間転写ベルト10と帯電ブラシ16との間の相対速度により機械的に略一層の高さに散らされる(図3中B)。また、二次転写残トナーがトナー帯電部Chを通過する時に、帯電ブラシ16には、電源装置60から正電圧が印加される。本実施例では、帯電ブラシ16に印加される正電圧は所定の目標電流で定電流制御される(本実施例では目標電流は10μA)。これにより、中間転写ベルト10上の二次転写残トナーは、トナー帯電部Chを通過する時に、トナーの正規の帯電極性とは逆極性である正極性に帯電させられる。正極性に帯電させられた二次転写残トナーは、本実施例では第1の画像形成部Saの一次転写部T1aにおいて負極性に帯電された感光ドラム1aに転移させられ、クリーニング装置5aによって回収される。
なお、トナー帯電部Chで正極性に帯電しきれなかった負極性のトナーは、帯電ブラシ16に一時的に回収される。帯電ブラシ16に一時的に回収されたトナーは、ジョブを終了する際の後処理動作時に、後述するように帯電ブラシ16に負電圧が印加されることで、中間転写ベルト10に吐き出される。この吐き出されたトナーは、後述するように一次転写ブラシ14に負電流が供給されていることで、本実施例では第1の画像形成部Saの一次転写部T1aにおいて感光ドラム1aに転移させられ、クリーニング装置5aによって回収される。
6.回復動作
主たる導電剤がイオン導電性であるイオン導電性の中間転写ベルト10を用いることにより、主たる導電剤が電子導電性である電子導電性の中間転写ベルト10を用いた場合に比べて、電気抵抗の製造公差を小さく抑えることができるなどの利点がある。
しかしながら、イオン導電性の中間転写ベルト10を用いる場合、繰り返し画像形成を行うと、一次転写部T1で適正な転写電流が流れなくなって転写不良が発生しやすくなることがある。つまり、イオン導電性の中間転写ベルト10に電流を流すと、中間転写ベルト10内に電界が発生し、イオン導電性を担うアニオンとカチオンとが電界により力を受ける。そして、正の電荷を帯びたカチオンは電界の方向に移動し、負の電荷を帯びたアニオンは電界とは逆方向に移動する。作像動作時には、電源装置60から二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に正電圧が印加されることで、一次転写ブラシ14から中間転写ベルト10を介して感光ドラム1に正電流が流れる。これにより、カチオンは中間転写ベルト10の外周面側に、アニオンは中間転写ベルト10の内周面側へと移動する。そして、継続して作像動作が行われる場合には、カチオンは中間転写ベルト10の外周面側に継続して力を受けて移動し、アニオンは中間転写ベルト10の内周面側に継続して力を受けて移動する。このようにして中間転写ベルト内のイオン(導電剤)の偏在が発生すると、中間転写ベルト10の電気抵抗が変動し、適正な転写電流が流れなくなって、転写不良が発生しやすくなる。特に、本実施例では、中間転写ベルト10の表層にはアクリルなどからなる気密性の高いコート層10Bが設けられているため、カチオンはコート層10Bで堰きとめられ、中間転写ベルト10の外周面には析出しない。しかし、中間転写ベルト10の裏面にはコート層が設けられていないため、場合によっては、アニオンは中間転写ベルト10の裏面に析出して化合物を形成し、導電性を失うことがある。また、中間転写ベルト10の裏面に析出したアニオンによる化合物は一次転写ブラシ14に付着し、一次転写ブラシ14の電気抵抗の上昇をもたらす。その結果、一次転写部T1での転写電流が不足し、転写不良が発生しやすくなる場合がある。
これに対し、本実施例の画像形成装置100は、非画像形成時に、次のような「回復動作」を実行する。つまり、回復動作では、電源装置60から二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に一次転写時とは逆極性の電圧である負電圧を印加して、一次転写ブラシ14に一次転写時とは逆向きの負電流を供給する。これにより、作像動作により生じた中間転写ベルト10のイオン(導電剤)の偏在を緩和し、中間転写ベルト10の電気抵抗の変動、導電剤の析出による一次転写ブラシ14の電気抵抗の上昇を抑制することができる。特に、本実施例では、画像形成装置100は、毎回のジョブの後処理動作(後回転工程)時に回復動作を実行する。ただし、回復動作は、中間転写ベルト内のイオン(導電剤)の偏在を十分に緩和できれば、複数回のジョブごとに実行してもよい。また、回復動作は、非画像形成時であれば、紙間工程、前処理動作(前回転工程)、前多回転工程などにおいて実行することも可能である。
このように、定期的に一次転写ブラシ14に一次転写時とは逆向きの電流を流すことが、中間転写ベルト10内のイオン(導電剤)の偏在を緩和するために有効である。しかし、上記逆向きの電流を流すために一次転写ブラシ14に印加される電圧が固定値である場合には、環境変動や経時劣化による中間転写ベルト10の電気抵抗の変動に対して所望の電流が流せないことがある。その結果、上述のイオン(導電剤)の偏在による転写不良を十分に低減できないことがある。
つまり、例えば負電流を一次転写ブラシ14に供給する場合にも、第2のツェナーダイオード17に絶対値が該第2のツェナーダイオード17の降伏電圧以上の負電圧が印加されるような電圧を電源装置60から出力する構成が考えられる。しかし、このような構成では、回復動作時に一次転写ブラシ14に印加される電圧が固定値となり、上述のように負電流を十分に流せなくなり、回復動作によって中間転写ベルト10内のイオン(導電剤)の偏在を十分に抑制できない場合がある。
そこで、本実施例では、負電流を一次転写ブラシ14に供給する場合には、第2のツェナーダイオード17に絶対値が該第2のツェナーダイオード17の降伏電圧より小さい負電圧が印加されるような電圧を電源装置60から出力する構成とする。この場合、負電源63により負電圧が出力されると、第2のツェナーダイオード17は負電流を遮断するため、負電流はグランドへは流れない。そして、二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に流れる電流値の合算値と、一次転写ブラシ14a〜14dに流れる電流値の合算値と、が略等しくなる。なお、各一次転写ブラシ14には、それぞれ略同一の負電流が流れる。このように、電源装置60から負電圧が出力されることで流れるほぼ全ての電流が一次転写ブラシ14に供給される。この場合、一次転写ブラシ14に印加される電圧を負電源63の出力によって決定することができる。つまり、本実施例では、第2のツェナーダイオード17は、一次転写ブラシ14に負電圧を印加する時にグランドへと流れる負電流を遮断する電流遮断手段として機能する。
図4(a)、(b)は、それぞれ本実施例の画像形成装置100における一次転写時、回復動作時の転写構成に関する実質的な等価回路を示している。図中の矢印は正電流の向きを表している(負電流の向きは図中矢印とは逆向きとなる。)。図4(a)に示すように、一次転写時には、第1のツェナーダイオード15に絶対値が該第1のツェナーダイオード15の降伏電圧以上の正電圧が印加されるような電圧が電源装置60から出力される。そのため、第1のツェナーダイオード15を通してグランドに正電流が流れ、一次転写ブラシ14の電位はほぼ該降伏電圧で略一定に保持される。一方、図4(b)に示すように、回復動作時には、第2のツェナーダイオード17に絶対値が該第2のツェナーダイオード17の降伏電圧より小さい負電圧が印加されるような電圧が電源装置60から出力され、負電流はほぼ全て一次転写ブラシ14に流れる。その結果、環境変動や経時劣化による中間転写ベルト10の電気抵抗の変動に応じて電源装置60の出力を調整して、所望の負電流を一次転写ブラシ14に流すことができる。
典型的には、回復動作時の電源装置60の出力は、予め設定された所定の目標電流で定電流制御することができる。つまり、制御部50は、電流検知部90により検知される電流値が目標電流値に近づくように、回復動作時の電源装置60の出力電圧値を調整することができる。
また、回復動作時の電源装置60の出力は、予め環境や経時劣化などによる中間転写ベルト10の電気抵抗の変動に応じて所望の電流が流れるように設定された電圧値で、定電圧制御してもよい。例えば、制御部50は、プリント動作を実行する際に、少なくとも回復動作の開始前に環境センサ70の検知結果を取得する。そして、制御部50は、予め設定されてメモリ52に記憶されている環境情報と回復動作の条件(所望の電流が流れる電圧値)とが関係付けられた情報に基づいて、回復動作時の電源装置60の出力電圧値を決定することができる。また、例えば、制御部50は、プリント動作を実行する際に、少なくとも回復動作の開始前にカウンタ80によるプリント枚数のカウント値を取得する。そして、制御部50は、予め設定されてメモリ52に記憶されているカウンタ80のカウント値と回復動作の条件(所望の電流が流れる電圧値)とが関係付けられた情報に基づいて、回復動作時の電源装置60の出力電圧値を決定することができる。なお、環境情報と中間転写ベルト10の使用量情報との両方に基づいて、所望の電流が流れるように回復動作時の電源装置60の出力電圧値が設定されていてもよい。
7.効果
次に、本実施例の効果を検証した結果について説明する。表1は、本実施例と比較例とについて耐久試験を行って一次転写部T1の電気抵抗の上昇について評価した結果を示す。
耐久試験では、プリント枚数が0K、25K、50K枚の時(1K枚は1000枚)に、回復動作において各一次転写ブラシ14に流れる負電流値(各一次転写ブラシ14a〜14dに流れる負電流値の平均値)を調べた。また、該プリント枚数時の各一次転写部T1の電気抵抗値(各一次転写部T1a〜T1dの電気抵抗値の平均値)を調べた。また、該プリント枚数の時の一次転写性を調べた。
耐久試験中は、1枚の画像形成後に毎回、電源装置60から負電圧を所定時間(5秒間)印加する回復動作を行った。本実施例では、第2のツェナーダイオード17として降伏電圧が3000Vのツェナーダイオードを用いた。また、本実施例では、回復動作時には、プリント枚数に応じて予め所望の負電流(−13mA程度)が流れるように設定された、絶対値が第2のツェナーダイオード17の降伏電圧より小さい負電圧を電源装置60から印加した。一方、比較例では、第2のツェナーダイオード17として降伏電圧が2000Vのツェナーダイオードを用いた。つまり、比較例では、回復動作時に一次転写ブラシ14に印加される電圧は、ほぼ−2000Vに固定される。そして、比較例では、回復動作時には、プリント枚数に拘わらず絶対値が第2のツェナーダイオード17の降伏電圧以上の負電圧を電源装置60から印加した。上記の点を除いて、本実施例と比較例とで画像形成装置100の構成及び動作は実質的に同じとした。
回復動作時の各一次転写ブラシ14に流れる電流及び各一次転写部T1の電気抵抗値は、回復動作時の電源装置60の出力電圧値とその時に流れた電流値とから求めた。一次転写性は、感光ドラム1から中間転写ベルト10に所定の評価用画像を一次転写し、中間転写ベルト10上のトナー像を目視で観察することにより、次の評価基準により評価した。評価用画像のトナーをほぼ全て一次転写できた場合は○(良好)とした。また、評価用画像の一部のトナーを一次転写できなかった場合は△(場合によっては問題になるレベル)とした。また、評価用画像のほぼ全てのトナーを一次転写できなかった場合は×(不良)とした。
比較例では、0K枚時(耐久初期)には−13.5μAの負電流を流すことができたが、25K枚時には−10.2μA、50K枚時(耐久末期)には−8.5μAまで負電流が低下した。また、比較例では、一次転写部T1の電気抵抗は0K枚時の83MΩに対して25K枚時には117MΩ、50K枚時には148MΩまで上昇した。また、比較例では、0K枚時には良好な一次転写性が得られたものの、25K枚時、50K枚時とプリント枚数が増加するのに伴って一次転写性が低下した。
これに対して、本実施例では、0K枚時(耐久初期)から50K枚時(耐久末期)まで、ほぼ所望の負電流が流れ、一次転写部T1の電気抵抗は0K枚時の83MΩに対して50K枚時でも103MΩまでの上昇で抑えることができた。また、本実施例では、0K枚時から50K枚時まで良好な一次転写性が得られた。
以上のように、本実施例によれば、イオン導電性の中間転写ベルト10の電気抵抗の変動の影響を抑制しつつ、一次転写ブラシ14に所望の負電流を安定して流すことができる。これにより、作像動作により生じた中間転写ベルト10のイオン(導電剤)の偏在を十分に緩和し、適正な転写電流が流れなくなることによる転写不良を抑制することができる。
[実施例2]
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1の画像形成装置と同じである。したがって、本実施例の画像形成装置において、実施例1の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
図5は、本実施例における画像形成装置100の概略断面図である。本実施例では、一次転写ブラシ14に負電圧を印加する時にグランドへと流れる負電流を遮断する電流遮断手段として、実施例1における第2のツェナーダイオード17の代わりに、整流素子であるダイオード18を用いる。本実施例では、一次転写ブラシ14、二次転写対向ローラ13及びテンションローラ12は、共通の整流素子であるダイオード18を介して電気的に接地(グランドに接続)されている。ダイオード18は、ツェナーダイオード15とグランド(接地電位)との間に、ツェナーダイオード15からグランドへと流れる負電流を遮断する向きで直列に接続されている。つまり、ダイオード18は、アノード側がツェナーダイオード15に接続され、カソード側がグランドに接続されている。
図6は、本実施例における転写構成に関する回路構成図である。二次転写電源61及び帯電電源62から所定値以上の正電圧が出力されると、ツェナーダイオード15に正電流が流れ、図6中のポイントXのグランドに対する電圧がほぼツェナーダイオード15の降伏電圧値である+750Vに保持される。この電圧の作用により、実施例1と同様に一次転写が行われる。一方、負電源63により負電圧が出力されると、ダイオード18は負電流を遮断するため、負電流はグランドへは流れない。そして、二次転写ローラ20及び帯電ブラシ16に流れる電流値の合算値と、一次転写ブラシ14a〜14dに流れる電流値の合算値と、が略等しくなる。なお、各一次転写ブラシ14には、それぞれ略同一の負電流が流れる。このように、電源装置60から負電圧が出力されることで流れるほぼ全ての電流が一次転写ブラシ14に供給される。この場合、一次転写ブラシ14に印加される電圧を負電源63の出力によって決定することができる。
本実施例の画像形成装置100における一次転写時、回復動作時の転写構成に関する実質的な等価回路は、それぞれ実施例1で説明した図4(a)、(b)と同様になる。つまり、図4(a)に示すように、一次転写時には、ツェナーダイオード15に絶対値が該ツェナーダイオード15の降伏電圧以上の正電圧が印加されるような電圧が電源装置60から出力される。そのため、ツェナーダイオード15を通してグランドに正電流が流れ、一次転写ブラシ14の電位がほぼ該降伏電圧で略一定に保持される。一方、図4(b)に示すように、回復動作時には、電源装置60から負電圧が出力されると、負電流はほぼ全て一次転写ブラシ14に流れる。その結果、環境変動や経時劣化による中間転写ベルト10の電気抵抗の変動に応じて電源装置60の出力を調整して、所望の負電流を一次転写ブラシ14に流すことができる。本実施例では、ダイオード18として、耐圧3000Vのダイオードを用いた。
以上のように、本実施例によれば、実施例1と同様の効果が得られると共に、ツェナーダイオードよりも安価で小型であるダイオードを用いることで低コスト化、小型化を図ることができる。
[実施例3]
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1の画像形成装置と同じである。したがって、本実施例の画像形成装置において、実施例1の画像形成装置のものと同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
本実施例では、環境や径時劣化による中間転写ベルト10の電気抵抗の変動に応じて、回復動作時の目標電流の値を変更する。
例えば、制御部50は、プリント動作を実行する際に、少なくとも回復動作の開始前に環境センサ70の検知結果を取得する。そして、制御部50は、予め設定されてメモリ52に記憶されている環境情報と回復動作の条件(目標電流値)とが関係付けられた情報に基づいて、回復動作における目標電流を決定することができる。
表2は、環境情報に応じた回復動作時の目標電流の一例を示す。本実施例では、HH環境は、温度が25℃より高く、相対湿度が60%より高い環境である。また、NN環境は、温度が20℃より高く25℃以下、相対湿度が30%より高く60%以下の環境である。また、LL環境は、温度が20℃以下、相対湿度が30%以下の環境である。中間転写ベルト10内のイオンの移動度は、高温高湿環境ほど大きく、低温低湿環境ほど小さい。そのため、高温高湿環境よりも低温低湿環境において回復動作でより多くの電流を流すことで、作像動作時に生じたイオン(導電剤)の偏在を所定時間の回復動作でより効率的に緩和できることがある。
このように、制御部50は、環境検知手段の検知結果に基づいて、回復動作において一次転写ブラシ14に供給する電流を変更することができる。なお、本実施例では、環境の温度及び相対湿度に基づいて回復動作の条件を変更したが、中間転写ベルト10内のイオンの移動度は温度又は湿度の少なくとも一方と十分の相関を有することがある。したがって、環境の温度又は湿度の少なくとも一方に基づいて回復動作の条件を変更することができる。典型的には、温度が第1の温度の場合の回復動作において供給する電流の絶対値よりも、第1の温度よりも低い第2の温度の場合の回復動作において供給する電流の絶対値の方が大きくなるようにする。また、湿度が第1の湿度の場合の回復動作において供給する電流の絶対値よりも、第1の湿度よりも低い第2の湿度の場合の回復動作において供給する電流の絶対値の方が大きくなるようにする。
また、例えば、制御部50は、プリント動作を実行する際に、少なくとも回復動作の開始前にカウンタ80によるプリント枚数のカウント値を取得する。そして、制御部50は、予め設定されてメモリ52に記憶されているカウンタ80のカウント値と回復動作の条件(目標電流値)とが関係付けられた情報に基づいて、回復動作における目標電流を決定することができる。
表3は、カウンタ80のカント値に応じた回復動作時の目標電流の一例を示す。本実施例では、中間転写ベルト10の設定寿命が50K枚であり、カウント値は0K枚以上10K枚未満、10K枚以上25K枚未満、25K枚以上50K枚以下に区分される。中間転写ベルト10内のイオンの偏在は、中間転写ベルト10の使用量が増えるほど顕著となる傾向がある。そのため、中間転写ベルト10の耐久初期よりも耐久末期に近づくほど回復動作でより多くの電流を流すことで、作像動作時に生じたイオン(導電剤)の偏在を所定時間の回復動作でより効率的に緩和できることがある。
このように、制御部50は、計数手段の計数結果に基づいて、回復動作において一次転写ブラシ14に供給する電流を変更することができる。なお、本実施例では、中間転写ベルト10の使用量と相関する情報としてプリント枚数に基づいて回復動作の条件を変更したが、中間転写ベルト10の使用量と相関する情報であれば、例えば回転回数、回転時間などを用いてもよい。典型的には、中間転写ベルト10の使用量が第1の使用量の場合の回復動作において供給する電流の絶対値よりも、第1の使用量よりも大きい第2の使用量の場合の回復動作において供給する電流の絶対値の方が大きくなるようにする。
なお、環境と中間転写ベルト10の使用量の両方に基づいて、回復動作において一次転写ブラシ14に供給する電流を変更してもよい。また、ここでは実施例1の構成を例として説明したが、実施例2の構成において上述のような環境や中間転写ベルト10の使用量による回復動作時の目標電流値の変更を行ってもよい。
以上のように、本実施例では、実施例1と同様の効果が得られると共に、環境や中間転写ベルト10の寿命状態に応じてより効率的に中間転写ベルト10内のイオン(導電剤)の偏在を緩和することができる。
[その他]
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。
上述の実施例では、電流供給部材として二次転写部材と帯電部材とを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、中間転写ベルトのクリーニング手段として中間転写ベルトから二次転写残トナーを掻き取るクリーニング部材が設けられており、帯電部材が設けられていない構成などでは、電流供給部材は二次転写部材だけでもよい。
また、上述の実施例では、電流供給部材としての二次転写部材と帯電部材とは、中間転写ベルトを介して共通の対向部材に対向して配置されていたが、それぞれ別個の対向部材に対向して配置されていてもよい。
また、上述の実施例では、一次転写部材はブラシ状の部材であったが、例えば金属製のローラや導電性の弾性層を有するローラなどのローラ状の部材、導電性プラスチックで構成されたシート状の部材など、任意の形態のものであってもよい。