JP4114837B2

JP4114837B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4114837B2
Application number: JP17005399A
Authority: JP
Inventors: 明朗小菅
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: JP2000356913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フルカラー複写機やカラープリンタ等の、フルカラー画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フルカラー複写機やカラープリンタ等、複数の色画像を転写材上で重ね合わせてフルカラー画像を形成する画像形成装置が知られている。例えば、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｂｋ（ブラック）の各色毎に像担持体を持ち、各色のトナー象を転写材担持体に保持された転写材に順次転写することにより、フルカラー画像を形成するタンデム方式のカラー画像形成装置が知られており、このタンデム方式のカラー画像形成装置は、像担持体を一つしか持たない転写ドラム方式や中間転写方式のカラー画像形成装置に比べ、遥かに高速のフルカラー画像の出力が可能であるという大きな特徴がある。しかしながら、タンデム方式の画像形成装置では像担持体と同数の帯電手段、転写手段が必要となるため、帯電手段、転写手段としてコロナ放電方式を用いるとオゾン等の放電生成物が大量に発生してしまう。また、装置が大型でコスト高になりやすく、小型化、低コスト化が難しい等の問題があった。
【０００３】
オゾン等の放電生成物の発生に関して近年では帯電手段、転写手段として従来のコロナ放電方式に替わってローラ、ブレード等の接触部材を用いた接触方式が実用化され、放電生成物の発生量を大幅に減少させることが可能となった。これによりタンデム方式の画像形成装置においても帯電手段、転写手段として接触方式を採用することにより、大量の放電生成物を発生させることなく画像形成を行うことが可能となった。
また、タンデム方式の画像形成装置は、装置の小型化、低コスト化が困難とされていたが、近年では小径の像担持体や小型の現像装置を用いた画像形成装置が開発されるようになり、タンデム方式の画像形成装置であっても小型化が可能となりつつある。
【０００４】
タンデム方式の画像形成装置で白黒プリントを行う場合に全ての画像形成部を動作させたのでは、白黒プリントでは使用する必要のないカラーの画像形成部を劣化させてしまうことになる。そこで使用しない画像形成部を劣化させないように画像形成モードを切り替える方法として、搬送転写ベルトの駆動ローラを回転中心として転写ユニットを回転させて最終色以外の感光体から搬送転写ベルトを離間させる方式（特開平９−１４６３２８号公報）や、従動ローラと一色目の転写位置の間に配置された支持ローラを変位させてモード切り替えを行う方式（特開平９−１４６３８３号公報）等、多数が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
タンデム方式の画像形成装置を小型化するためには転写材担持体の周長もできる限り短くする必要がある。転写材担持体に転写材を静電吸着させる吸着手段は、それぞれ転写材担持体を挟んで配置された一対の部材から構成される。そして一方の部材は転写材担持体に接触あるいは非接触に配置され高圧電源に接続された放電電極であり、もう一方の部材は転写材担持体に接触あるいは非接触に配置され高圧電源に接続された放電電極、あるいは転写材担持体に接触して配置され接地されている対向電極とするのが一般的である。この二つの部材間で発生する静電的な作用により、転写材の静電吸着が行われる。ここで、対向電極を別途に配置するのではなく、転写材担持体の支持ローラが吸着手段の対向電極としての機能を兼ね備えることで部品の削減が可能となり、一層の小型化と低コスト化を図ることができる。この場合、対向電極として十分な機能を果たすためには転写材担持体の支持ローラは低抵抗の材質で構成されている必要がある。
また、装置の小型化のためには、吸着手段と第一色目の転写位置とがより近接して配置されることになり、高温高湿環境で転写紙が吸湿して抵抗が低下した場合などでは、吸着バイアスが第一色目の転写に悪影響を与えることがあった。
【０００６】
このような問題に対して、特開平７−１９９５９０号公報、特開平９−１７９４１９号公報では、吸着バイアスと転写バイアスの印加タイミングに注目している。特開平７−１９９５９０号公報では、転写紙の先端が転写に到達する以前に転写バイアスがオンされると同時に吸着バイアスをオフする、特開平９−１７９４１９号公報では転写紙の先端が転写に到達する以前に吸着バイアスをフロートにする、あるいは吸着ローラを離間する等、いずれも１枚の転写紙に吸着バイアスと転写バイアスが同時に印加されないように制御する方法が示されている。
【０００７】
しかし、この方法では装置を小型化して吸着手段と第一色目の転写位置が近接している場合には、転写紙先端の一部分しか十分に吸着されないことになってしまう。高温高湿環境で転写紙が吸湿して抵抗が低下している場合には吸着手段で与えた電荷が転写紙中を拡散しやすくなっているため、先端の一部分を吸着させただけでは転写材担持体とレジストローラの速度差等により転写紙がずれやすくなってしまう。しかも転写材担持体とレジストローラの速度を厳密に一致させることは非常に困難である。また、装置を小型化するためには吸着手段とレジストローラもより近接して配置されることになり、レジストローラへ漏洩してしまう吸着電荷の影響を考慮しなければならない。
さらに、低温低湿環境で転写紙が高抵抗になっている状態では、転写紙が吸着手段を通過途中で吸着バイアスを変化させると、転写紙が高抵抗であるため吸着手段で与えた電荷が転写紙中を拡散しにくく、吸着バイアスを変化させた前後で転写紙の帯電状態に差が生じてしまい転写ムラを発生させてしまうことがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、タンデム方式の画像形成装置を小型化、低コスト化した場合でも転写不良の発生を防止し、長期にわたり安定して高画質が得られる画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、複数の像担持体と、表面に転写材を保持して搬送する転写材担持体と、該転写材担持体に転写材を静電吸着させる吸着手段と、前記像担持体上に形成された画像を転写材担持体上に担持された転写材に転写する複数の転写手段と、前記転写材担持体へ転写材を搬送するレジストローラを備えた画像形成装置において、前記吸着手段に印加する吸着バイアスを、転写材の後端がレジストローラを通過する直前にオフする、または減少させるように切り替える制御を行う構成である。すなわち請求項１の画像形成装置では、吸着バイアスを転写材の後端がレジストローラを抜ける直前にオフする、または減少させるように切り替える制御を行うことで、レジストローラに漏洩する電荷量が急激に変化して第一色目の転写に悪影響を与えるのを防止する。
【００１０】
さらに請求項１に係る発明では、上記の構成に加えて、全ての像担持体を使用して画像形成を行う画像形成モードと一部の像担持体を使用しないで画像形成を行う画像形成モードの複数の画像形成モードと、前記の複数の画像形成モードを切り替えるモード切り替え手段を備え、転写材搬送方向最上流の像担持体を使用しない画像形成モードが選択された場合には、少なくとも転写材の後端が吸着手段を通過するまでは吸着バイアスを変化させないように制御する構成とした。すなわち請求項１の画像形成装置では、最上流の像担持体を使用しない画像形成モードが選択された場合には、転写材全体を転写材担持体に静電吸着させて搬送性能を安定させる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、請求項１の構成に加えて、装置内に設置した温度センサと湿度センサの出力から前記転写材の電気抵抗を予測する抵抗予測手段を備え、その予測結果により、転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させるか否かを決定する構成とした。一例としては、転写材の抵抗が所定の抵抗値以下の場合に、転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させる。すなわち請求項２の画像形成装置では、転写材が所定の抵抗より低抵抗の場合にのみ転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させることで、転写材が高抵抗の場合に発生する恐れのある転写ムラを防止する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２の構成に加えて、前記抵抗予測手段の予測結果により、転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させる大きさを決定する構成とした。一例としては、吸着バイアスを転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に切り替える場合に、切り替える大きさを転写紙の抵抗により変化させる。すなわち請求項３の画像形成装置では、転写材の抵抗により吸着バイアスを切り替える大きさを変化させることで、転写材の抵抗に適した吸着バイアスを印加することができ、転写性能がさらに安定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用について図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の構成及びフルカラー画像形成時の動作状態を表す概略構成図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色の画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂｋから構成され、この４色からフルカラー画像を形成する。各色の画像形成部はそれぞれ像担持体である感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋと、帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋと、現像装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋと、クリーニング装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋから構成されている。各色の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋにより均一に帯電され、各色毎に用意された光書き込み手段５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋが画像信号に応じて光を照射し、この光が感光体上に結像されて静電潜像を形成し、該静電潜像が各色の現像装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋにより現像されてトナー像が形成される。
【００１４】
転写材担持体である搬送転写ベルト８は駆動ローラ９と従動ローラ１０により支持され、駆動ローラ９の回転に合わせて移動する。一方、装置下部の給紙カセット６にセットされた転写紙等の転写材は搬送路に沿ってレジストローラ７に送られ一旦停止し、画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂｋの作像動作とタイミングを合わせて送り出された後、吸着手段１１により搬送転写ベルト８に静電吸着されて搬送される。
【００１５】
吸着手段１１は搬送転写ベルト８の外周に配置されたゴムローラ、ブラシローラ等の導電性の吸着部材１１ａと接地された金属製の従動ローラ１０から構成され、吸着部材１１ａに吸着バイアスが印加されて静電吸着が行われる。従動ローラ１０を吸着部材１１ａの対向電極として兼用することで、専用の対向電極を設ける必要がなくなるので、部品点数の削減と搬送転写ベルト８の周長の短縮が図れ、装置の小型化、低コスト化の両面で有効である。
【００１６】
搬送転写ベルト８に用いる材料としてはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂や、これらの樹脂にカーボンなどを分散させて抵抗を調整した材料を用いることができる。これらの樹脂のフィルムを継ぎ合わせてベルト形状としたり、シームレスベルトに成形し搬送転写ベルト８を作製する。搬送転写ベルト８の厚さは薄すぎると強度の面で問題があり、厚すぎると転写性能を得るためにより高電圧が必要となるため、５０〜３００μｍの厚さが望ましい。
【００１７】
各感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ上に形成されたトナー像は、搬送転写ベルト８の転写材が静電吸着されている面とは反対側の面に接触している転写手段（転写ローラ、転写ブラシ等）１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂｋにより転写材に転写される。各色毎に設けられた転写手段１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂｋにより、各色の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ上に形成されたトナー像が転写材上に順次転写され、全ての色のトナー象が転写された後、図示しない分離手段あるいは曲率分離により転写材は搬送転写ベルト８より分離され、定着装置１３の加熱ローラと加圧ローラとにより溶融加圧定着されてフルカラー画像が完成し、装置上部の排紙部に送られる。搬送転写ベルト８は転写材が分離された後、除電手段１４により除電され、クリーニング手段１５により搬送転写ベルト８の表面に付着した紙粉やトナーが除去され次の画像形成に備える。
【００１８】
次に図２は本発明に係る画像形成装置の白黒画像形成時の動作状態を示す概略構成図である。白黒画像出力時には図示しないモード切り替え手段により、駆動ローラ９を回転中心として転写ユニットを僅かに回転させて、搬送転写ベルト８及び転写手段１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２ＢｋをＢｋ用の感光体１Ｂｋ以外の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃから離間させ、Ｂｋ以外の画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃは動作させないようにする。使用しないカラー用の画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃは動作させないので、白黒画像出力中にカラー用の感光体や現像剤等が劣化してしまうことはない。給紙カセット６から給紙された転写材はレジストローラ７に送られた後、吸着手段１１により搬送転写ベルト８に静電吸着されるので、搬送転写ベルト８がカラー用の感光体から離間していても転写材をＢｋ画像の転写位置まで確実に搬送することができる。Ｂｋの画像形成部１００Ｂｋはフルカラー画像形成時と同様に動作し、白黒画像が形成される。
【００１９】
上記のようなモード切り替えを行ってカラー用の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃと搬送転写ベルト８を離間させた場合でも確実に転写材の搬送を行うためには、転写材が吸着からＢｋ画像の転写位置に到達するまでの時間より長い時間にわたって十分な静電吸着力を維持する必要があり、そのため搬送転写ベルト８には高抵抗材料が要求される。ただし抵抗が高すぎると十分な転写性能を得るために非常に高い電圧が必要となる上、異常放電を起こして画像不良が発生する場合があるため、搬送転写ベルト８に用いる材料の抵抗としては１０¹²〜１０¹⁶Ω・cmの範囲が望ましい。
尚、モード切り替え方法はこの方法に限定されるものではなく、その他の切り替え方法を用いた画像形成装置にも本発明が適用できることは言うまでもない。
【００２０】
次に本発明の効果を確認するため、以下のような仕様の実験機を用いて実験を行った。この実験機は図１，２と同様の構成であり、感光体径２４mm、ドラム間距離７８mm、プロセススピード９０mm／ｓで通紙幅はＡ４サイズである。各色の感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋは負極性のＯＰＣ（有機感光体）であり、帯電装置２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋは導電性ゴムローラによるローラ帯電方式、現像装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋは負極性トナーを使用した二成分現像方式である。搬送転写ベルト８は厚さ１００μｍ、体積抵抗１０¹⁴Ω・cmのＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）ベルト、転写手段１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂｋは導電性ローラを用い、吸着手段１１の吸着ローラ１１ａは導電性ブラシローラを転写紙の進行方向に搬送転写ベルト８と同速で駆動している。この実験機で吸着電流を５μＡ以上とすることで環境によらずジャムや色ずれのない良好な搬送性能が得られた。転写電流は転写材の種類や使用環境にもよるが、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色とも１０μＡ前後で、下流ほど電流を大きく設定することで各色とも９０％以上の転写率が得られ画像品質が良好であった。
【００２１】
この実験機で吸着電流を途中で低下させることなく全面を静電吸着させた場合、低温低湿（１０℃，１５％）、通常（２３℃，６０％）の環境では良好な画像が得られたが、高温高湿（３０℃，９０％）環境で転写紙を１２時間以上調湿した状態で全面のハーフトーン画像を出力したところ、図３に示すように転写紙の後端から７５〜４５mmの領域で一色目のイエロー（Ｙ）が横帯状の転写不良となった。この実験機はレジストローラ７から吸着位置までが３０mm、吸着位置から一色目の転写位置までが４５mmであり、レジストローラは接地されている。この転写不良の原因は転写紙が高温高湿環境に放置されて吸湿して低抵抗化しており、転写紙先端から、後端側７５mmの位置までは吸着電流の一部がレジストローラへと漏洩していたのに対し、転写紙後端がレジストローラを通過してから吸着位置を通過するまでの間に、一色目の転写を通過する後端から７５〜４５mmの領域はレジストローラへ吸着電流が漏洩しなくなり、一色目の転写に悪影響を及ぼしていると考えられる。また、転写紙の後端側４５mm以降の領域は転写紙の後端が吸着位置を通過してしまうため、吸着が一色目の転写に影響を与えないと考えられる。
【００２２】
そこで転写紙の後端がレジストローラを抜ける以前に吸着電流をオフする、あるいは吸着電流を減少させるようにしたところ、転写紙の全面にわたって均一な画像が得られるようになった。吸着電流を低下させるタイミングとしては、従来例のように転写紙先端が一色目の転写に入る直前に吸着を低下させた場合、小型のこの実験機では転写紙の先端４５mmしか十分に静電吸着されないことになり、高温高湿環境では転写紙が低抵抗化し転写紙中の電荷の拡散が起こりやすくなっていることも考えると、搬送の安定性の面で不安がある。また前述したように、転写紙後端がレジストローラを通過した時点から転写不良が発生しているので、転写紙後端がレジストローラを通過する直前に吸着電流を低下させることで搬送性能の安定と異常画像発生の防止を両立することができる。
【００２３】
ここで、白黒モードのような一色目の画像形成部を使用しない画像形成モードが選択された場合、使用される転写位置と吸着との距離が離れているため、転写紙が低抵抗の場合でも吸着電流が転写に悪影響を及ぼすことはない。そこで転写材搬送方向最上流の一色目の画像形成部を使用しない画像形成モードが選択された際には、転写紙全体を静電吸着させることで安定した搬送性能が得られる。
【００２４】
以上のように、タンデム方式の画像形成装置を小型化した場合でも吸着バイアスが一色目の転写に悪影響を及ぼすのは、転写紙が低抵抗の場合に限られる。低温低湿環境で転写紙が高抵抗の場合には、転写紙中の電荷の拡散が起こりにくいため、途中で吸着電流を切り替えるとその前後で転写紙の吸着状態（帯電状態）に差ができるため、逆に転写ムラを発生させてしまう恐れがある。
【００２５】
そこで給紙トレイ内等の装置内に温度センサと湿度センサを設置し、機内の温湿度と転写紙の抵抗の関係を予め求めて制御部のメモリに記憶しておくことで、温・湿度センサの出力から転写紙の抵抗を予測し、所定の抵抗値以下であると判断した場合のみ転写紙後端がレジストローラを通過する直前に吸着電流を低下させる。このように制御することで、環境によらず安定した高画質が得られる。また、転写紙の抵抗低下がそれほど大きくないときには、図４（ａ）のタイミングチャートに示すように、転写紙後端がレジストローラを通過する直前の吸着電流の変化幅を小さくし、転写紙の抵抗低下が大きいときには、図４（ｂ）のタイミングチャートに示すように、転写紙後端がレジストローラを通過する直前の吸着電流の変化幅をおおきくする。このように制御することで、転写紙の状態に適した吸着電流を印加することができ、レジストローラへの電流漏洩や吸着状態の差による転写ムラのない良好な画像が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の画像形成装置では、吸着バイアスを転写材の後端がレジストローラを抜ける直前にオフする、または減少させるように切り替える制御を行うことで、吸着バイアスが第一色目の転写に悪影響を与えるのを防止することができ、また転写紙の大部分が転写材担持体（搬送転写ベルト）に静電吸着されるので、位置ずれも防止することができる。
また請求項１記載の画像形成装置では、上記の構成及び効果に加えて、転写材搬送方向最上流の像担持体を使用しない画像形成モードが選択された場合には、転写材全体を転写材担持体に静電吸着させて搬送性能を安定させることができる。
さらに請求項２記載の画像形成装置では、請求項１の構成及び効果に加えて、転写材が低抵抗の場合にのみ転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させることで、転写材が高抵抗の場合に発生する恐れのある転写ムラを防止し、転写材の抵抗によらず良好な画像を得ることができる。
さらにまた請求項３記載の画像形成装置では、請求項２の構成及び効果に加え、転写材の抵抗が低いほど吸着電流の変化幅を大きくするように制御することで、転写材の状態に適した吸着電流を印加することができ、レジストローラへの電流漏洩や吸着状態の差による転写ムラの発生しない良好な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成及びフルカラー画像形成時の動作状態を表す概略構成図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の白黒画像形成時の動作状態を示す概略構成図である。
【図３】転写紙に転写不良が発生するときの発生状況の説明図である。
【図４】吸着バイアスの印加タイミングの例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｂｋ：感光体（像担持体）
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫ：帯電装置
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ：現像装置
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ：クリーニング装置
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ：光書き込み手段
６：給紙カセット
７：レジストローラ
８：搬送転写ベルト（転写材担持体）
９：駆動ローラ
１０：従動ローラ
１１：吸着手段
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２ＢＫ：転写手段
１３：定着装置
１４：除電手段
１５：クリーニング手段
１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂｋ：画像形成部

Claims

複数の像担持体と、表面に転写材を保持して搬送する転写材担持体と、該転写材担持体に転写材を静電吸着させる吸着手段と、前記像担持体上に形成された画像を転写材担持体上に担持された転写材に転写する複数の転写手段と、前記転写材担持体へ転写材を搬送するレジストローラを備えた画像形成装置において、
前記吸着手段に印加する吸着バイアスを、転写材の後端がレジストローラを通過する直前にオフする、または減少させるように切り替える制御を行う構成であり、
かつ、全ての像担持体を使用して画像形成を行う画像形成モードと一部の像担持体を使用しないで画像形成を行う画像形成モードの複数の画像形成モードと、前記の複数の画像形成モードを切り替えるモード切り替え手段を備え、転写材搬送方向最上流の像担持体を使用しない画像形成モードが選択された場合には、少なくとも転写材の後端が吸着手段を通過するまでは吸着バイアスを変化させないように制御することを特徴とする画像形成装置。
装置内に設置した温度センサと湿度センサの出力から前記転写材の電気抵抗を予測する抵抗予測手段を備え、その予測結果により、転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させるか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記抵抗予測手段の予測結果により、転写材の後端がレジストローラを抜ける直前に吸着バイアスを変化させる大きさを決定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。