JP4434068B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置におけるレジスト手段、即ち、画像形成に同期して転写材を搬送する搬送手段の改良に関する。

近年、電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置がＰＯＤ（Ｐｒｉｎｔ Ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）等の印刷の分野で使用されているが、それに伴って、転写材上に高い位置精度で画像を形成することが要求されるようになってきている。

電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置では、像担持体上にトナー像を形成し、像担持体上のトナー像を転写材に転写することにより、転写材上に画像が形成される。このプロセスにおいて、転写材上の画像位置は、その搬送方向に関しては、像担持体上における画像形成に同期して、転写材を搬送するレジスト手段の作動精度、詳しくは、その起動タイミングやその転写材搬送速度により決定される。

しかるに、画像形成装置内の温度の変化により、レジスト手段が熱膨張して転写材搬送速度に変化を来し、画像位置がずれるという問題がある。特に、両面画像形成においては、表面画像の位置と裏面画像の位置とが異なる場合があるという問題がある。電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置には、中間転写体を用い、像形成体から中間体に画像を転写し、中間転写体から転写材に転写する方式と、像形成体から転写材に直接転写する方式とがあるが、前記の画像位置のずれの問題は両方式の画像形成装置において生じうる。

特許文献１ではこの問題に対して、レジスト手段を構成する駆動ローラの温度を検知し、検知結果の基づいて、該駆動ローラの回転速度を制御することが提案されている。
特開２０００−４４０８３号公報

しかしながら、特許文献１の手段では、装置構成及び制御が複雑になって、信頼性に欠け、また、コスト高になるという問題がある。

本発明は、装置構成及び制御を複雑化することなく、従って、信頼性が高く、且つ、低コストで転写材上に高位置精度で画像を形成する画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は下記の発明により達成される。
１．像担持体、
該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、
該像担持体から転写材にトナー像を転写する転写手段及び、
前記像形成手段の像形成と同期して作動し、前記転写手段によるトナー像の転写位置に向けて前記転写材を搬送するレジスト手段を有する画像形成装置において、
前記レジスト手段は、軸芯と該軸芯上に形成されたゴム層からなる駆動ローラと該駆動ローラに接触する従動ローラとからなり、
前記駆動ローラは、次の条件を満足することを特徴とする画像形成装置、
（１）ｄ／Ｄ≦５７．６Ｌ^−１．２
（２）ｄ≧０．５
ただし、Ｄは前記駆動ローラの直径（ｍｍ）、ｄは前記ゴム層の厚さ（ｍｍ）、Ｌは前記レジスト手段と前記転写位置間の搬送距離（ｍｍ）である。
２．前記駆動ローラは次の条件を満足することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
（３）ｄ／Ｄ≦１０３．９Ｌ^−１．５
３．１面に画像を形成した前記転写材を表裏反転して前記転写位置に給紙する再給紙手段を有することを特徴とする前記１又は前記２に記載の画像形成装置。

請求項１又は請求項２の発明により、特別な装置を付加することなく、転写材上における画像先端位置の精度を向上することが可能となり、低コストで印刷並の位置精度で画像を形成することが可能な画像形成装置が実現される。

請求項２の発明により、特に画像の位置精度の高い画像形成装置が実現される。

請求項３の発明により、両面画像形成において、表面画像の位置と裏面画像の位置とが異なるという問題を良好に防止することができる。

実施の形態により本発明を説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

図１は、本発明に係る画像形成装置の実施形態の一例であるカラー画像形成装置を示す断面構成図である。

カラー画像形成装置１００は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、画像形成手段としての複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写ユニット７と、給紙搬送装置２１及び定着装置２４とを備える。画像形成装置の本体Ａの上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。

イエロートナー像を形成する画像形成部１０Ｙは、ドラム状の感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、１次転写ローラ５Ｙ、クリーニング装置６Ｙを有する。マゼンタトナー像を形成する画像形成部１０Ｍは、ドラム状の感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ、１次転写ローラ５Ｍ、クリーニング装置６Ｍを有する。シアントナー像を形成する画像形成部１０Ｃは、ドラム状の感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ、１次転写ローラ５Ｃ、クリーニング装置６Ｃを有する。黒トナー像を形成する画像形成部１０Ｋは、ドラム状の感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、１次転写ローラ５Ｋ、クリーニング装置６Ｋを有する。

中間転写体ユニット７は、無端ベルト状の中間転写体７０及び複数のローラ７１，７２，７３、７４で構成され、中間転写体７０は画像形成において矢印のように循環移動する。中間転写体７０は転写材Ｓに転写されるトナー像を担持する像担持体であり、中間転写体７０上にトナー像を形成する画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは画像形成手段である。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより形成された単色トナー像は、転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、循環移動する中間転写体７０上に逐次転写され、重ね合わされて多色トナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙等の転写材Ｓは、給紙ローラ２１により給紙され、複数の中間搬送ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジスト手段２３を経て、転写手段としての２次転写ローラ５Ａに搬送され、転写材Ｓ上に多色トナー像が一括転写される。多色トナーが転写された転写材Ｓは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ３０に排出される。

一方、２次転写ローラ５Ａにより転写材Ｓに多色トナー像を転写した後、転写材Ｓを曲率分離した中間転写体７０からは、クリーニング装置６Ａにより残留トナーが除去される。

画像形成処理中、１次転写ローラ５Ｋは常時、中間転写体７０を感光体１Ｋに押圧する。他の１次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに中間転写体７０を押圧する。２次転写ローラ５Ａは、ここを用紙等の転写材Ｓが通過して２次転写が行われる時には、中間転写体７０に圧接する。

１次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ及び２次転写ローラ５Ａに印加するバイアス電圧は、図示しない制御手段によりモニタされ、モニタされた電圧によって１次転写ローラ及び２次転写ローラの条件が適宜変更され適正な転写条件が維持できるように制御される。

中間転写体７０は、その体積抵抗率１×１０⁷〜１×１０¹¹Ω・ｃｍを有することが好ましく、これにより安定した画像形成が持続可能である。中間転写体７０を介して２次転写ローラ５Ａにバックアップローラ７４が圧接し、各々のローラ表面は半導電性ゴム材料で金属の軸の上を覆われており、バックアップローラ７４の抵抗値は１×１０⁵〜１×１０¹⁰Ω、２次転写ローラ５Ａの抵抗値は１×１０⁵〜１×１０¹⁰Ωの半導電性ゴム材料が好ましく使用される。

転写材Ｓは給紙トレイ２０に収納されており、給紙ローラ２１によ１枚に分離され、送り出され、複数の中間搬送ローラ２２Ａ〜２２Ｃにより搬送されて、レジスト手段２３に達する。

レジスト手段２３は中間転写体７０上の画像が転写材Ｓの所定位置に転写されるように、画像形成と同期して作動し、転写材Ｓを２次転写ローラ５Ａにより形成される転写位置へと搬送する。２６は搬送路を切り換える切替ゲートであり、転写材Ｓを定着装置２４から直接排紙ローラ２５へと搬送するか、上下搬送部２７に向けて下方に搬送するかを切り換える。

２８は裏面画像形成用の反転部、２９は再給紙手段としての裏面画像形成用の再給紙部である。

定着装置２４から排出された転写材２４はそのまま排紙ローラ２５により排紙トレイ３０に排出されるか、又は上下搬送部２７へ搬送される。

反転排紙においては、上下搬送部２７を下方に搬送された転写材Ｓは、スイッチバックして上下搬送部２７を上方に搬送されて排紙ローラ２５から排紙トレイ３０に排出される。

両面画像形成においては、上下搬送部２７を下方に搬送された転写材Ｓは反転部２８に進行し、反転部２８においてスイッチバックして表裏反転した後に再給紙手段としての再給紙部２９に搬送され、再給紙部２９からレジスト手段２３に供給される。

レジスト手段２３から２次転写ローラ５Ａによる転写位置へと搬送され、２次転写ローラ５Ａにより裏面トナー像が転写され、定着装置２４を通過して定着処理された後に、排紙ローラ２５から排紙トレイ３０に排出される。

図２は中間搬送ローラ２２Ｄからレジスト手段２３を経て転写位置Ｐ２に至る搬送路Ｒを示す。

中間搬送ローラ２２Ｄは駆動ローラ２２Ｄ１及び２２Ｄ２からなり、レジスト手段２３は駆動ローラ２３１及び従動ローラ２３２からなる。駆動ローラ２３１は後に説明するようにＳＵＳ（ステンレス鋼）等の剛体からなる軸芯とその上に形成されたエチレン・プロピレンゴム等のゴムからなるゴム層とで構成される。従動ローラ２３２はＳＵＳ等の剛体からなる。中間搬送ローラ２２Ｄとレジスト手段２３との間の搬送部は一対のガイド板Ｅ１、Ｅ２により形成される。

レジスト手段２３と転写位置Ｐ２との間の搬送路Ｒは２対のガイド板Ｆ１、Ｆ２、Ｇ１、Ｇ２により形成される。

なお、転写位置Ｐ２に近い搬送路Ｒは一部中間転写体７０により形成される。

転写材Ｓは中間搬送ローラ２２Ｄにより、レジスト手段２３に供給され、レジスト手段２３により一時停止される。この一時停止により、ガイド板Ｅ１とＥ２との間隔が広く形成された部分において、転写材Ｓのループが形成され、転写材Ｓの先端が搬送方向に直角になるように転写材Ｓが姿勢制御される。

一時停止後、レジスト手段２３が起動して転写材Ｓを転写位置Ｐ２へと搬送する。

レジスト手段２３は図３に示すように、露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋと関連したタイミングで作動する。

図３は露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋとレジスト手段２３の作動タイミングを示す。

露光装置３Ｙは、時刻ｔａ１で作動を開始し、ｔｂ１で停止して、１枚の画像を形成する。
同様に、露光装置３Ｍは時刻ｔａ２で作動を開始し、ｔｂ２で停止し、
露光装置３Ｃは、時刻ｔａ３で作動を開始し、ｔｂ３で停止し、
露光装置３Ｋは、時刻ｔａ４で作動を開始し、ｔｂ４で停止する。

レジスト手段２３は時刻ｔａ５で作動を開始し、時刻ｔｂ５で停止する。なお、レジスト手段２３は時刻ｔｂ５で停止後、ワンウェイクラッチの作用で転写材Ｓに連れ回りする。

このようなタイミング制御によって、図４に示すように、転写材Ｓ上に所定の幅の周辺部をもって画像Ｇが形成される。

時刻ｔａ１、ｔａ２、ｔａ３及びｔａ４は中間転写体７０の移動速度と各露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ間の距離とに基づいた計算により設定される。

これに対して、時刻ｔａ５は露光装置３Ｙの露光位置と転写位置Ｐ２間の距離、中間転写体７０の移動速度、レジスト手段２３の位置Ｐ１と転写位置Ｐ２間の距離及び転写材Ｓの移動速度に基づいた計算により設定される。

時刻ｔａ１〜ｔａ５の設定において用いられるこれらのパラメータの中で、転写材Ｓの移動速度はレジスト手段２３の搬送速度により決定されるが、レジスト手段２３の搬送速度は温度により変動する。

即ち、レジスト手段２３の駆動ローラ２３１は図５に示すように、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる軸芯ＲＡにゴム層ＲＢを形成して構成されるが、ゴム層ＲＢの熱膨張率が大きいために、温度の上昇により駆動ローラ２３１の直径Ｄが変化し、この変化により、駆動ローラ２３１の搬送速度が変化して図３における時刻ｔａ５が変動する。

このような時刻ｔａ５の変動を取り込んだ制御が正確に行われないと、図４における転写材Ｓの先頭部における余白幅Ｈが変化する。

本発明の発明者は、レジスト手段２３の駆動ローラ２３１の直径Ｄ（ｍｍ）と、ゴム層ＲＢの厚さｄ（ｍｍ）と、レジスト手段２３１の位置Ｐ１から転写位置Ｐ２までの搬送距離Ｌ（ｍｍ）とが画像先端位置のずれに対して、どのように影響するかについて実験した。

なお、レジスト手段２３の位置Ｐ１は駆動ローラ２３１の回転中心と従動ローラ２３２の回転中心とを結ぶ線Ｑ１が搬送路Ｒと交叉する点であり、転写位置Ｐ２は転写ローラ５Ａの回転中心とバックアップローラ７４の回転中心とを結ぶ直線Ｑ２と搬送路Ｒが交叉する点であり、レジスト手段２３の位置Ｐ１から転写位置Ｐ２までの搬送距離Ｌは点線で示すように、転写材Ｓがガイド板Ｆ１、Ｆ２、Ｇ１、Ｇ２により規制されて走行する軌跡である搬送路Ｒの長さである。

レジスト手段２３近傍の温度は、連続画像形成において画像形成開始時点から上昇し、開始時点の温度より約２０℃上昇したところで平衡状態となることが分かった。

画像の先端位置がずれることにより、実際上目立った不都合は、両面画像において、表面画像位置と裏面画像位置とがずれることである。

従って、図６に示すように、表面画像ＨＧと裏面画像ＲＧとの間の先端位置ずれＺの許容量を１．４ｍｍとして、前記パラメータＤ、ｄ及びＬを変化させ、連続画像形成によりレジスト手段２３近傍の温度が変化した場合の画像先端位置のずれ量Ｚを評価した。なお、前記許容量は目視により位置ずれに気付き難い量である。

図７及び表１は実験結果を示す。

曲線ＣＶ１はずれがほとんどなく、最も良い結果を示した点を連結した曲線であり、曲線ＣＶ２は、許容量１．４ｍｍの条件を満たしてはいるが、ずれが若干発生した点を連結した曲線である。

曲線ＣＶ１を式で表現すると、
ｄ／Ｄ＝１０３．９０１９１９Ｌ^-1.493453となり、その近似式は
ｄ／Ｄ＝１０３．９Ｌ^-1.5・・・・・（１）となる。

曲線ＣＶ２を式で表現すると、
ｄ／Ｄ＝５７．６２７１３３Ｌ^-1.180607となり、その近似式は
ｄ／Ｄ＝５７．６Ｌ^-1.2・・・・・（２）となる。

表１は図７における曲線ＣＶ１、ＣＶ２の基礎データである実験結果を示す。表１において、◎は最もよい結果を示し、○は許容量１．４ｍｍを満足する良好な結果を示し、×はずれ量が許容量を超えたことによる不良等の不良を示す。耐久上問題のないゴム層の厚さは０．５ｍｍ以上である。

表１における最上行の×はゴム層が薄すぎて、耐久性に問題があることによる不良を示し、それ以外の×はずれ量が大きいことによる不良を示す。

以上説明した実験により、図３における時刻ｔａ５が温度により変動しないレジスト手段が可能となり、時刻ｔａ５を温度に応じて補正制御することなく、高い位置精度で転写材Ｓ上に画像を形成することが可能となった。

図８は本発明の実施の形態の他の例の要部を示す図である。

本図において、１は像担持体としてのドラム状の感光体、２はコロナ帯電器からなる帯電装置、４は現像装置、７はコロナ帯電器からなる転写手段としての転写装置、３１はコロナ帯電器からなる分離装置、Ｅ１〜Ｅ４は転写材Ｐを案内するガイド板、２３はレジスト手段である。

感光体１上には、帯電装置２の帯電及び露光装置３の露光により静電潜像が形成され、現像装置４により現像されてトナー像が形成される。このように、帯電装置２、露光装置３及び現像装置４は像形成手段を構成する。

転写材Ｓはガイド板Ｅ１〜Ｅ４により案内され、レジスト手段２３により搬送されて転写位置Ｐ２を通過して、感光体１上に形成されたトナー像が転写装置７により転写材Ｓに転写される。トナー像転写後の転写材Ｓは分離装置３１により感光体１から分離され、図示しない定着装置へと搬送されて定着処理される。

本実施の形態においても、レジスト手段２３は駆動ローラ２３１と従動ローラ２３２とからなり、駆動ローラ２３１はＳＵＳ等の剛体からなる軸芯とその上に形成されたゴム層とで構成され、駆動ローラ２３１の直径Ｄと、ゴム層の厚さｄと、レジスト手段２３の位置Ｐ１と転写位置Ｐ２間の搬送距離Ｌとの間に前記式（１）又は（２）が成り立つように、転写部を構成することにより、画像先端位置のずれが少ない画像形成装置が構成される。

なお、本例においては、搬送距離Ｌを形成する転写位置Ｐ２は感光体１の回転中心と転写装置７の放電電極７ａとを結ぶ直線Ｑ３が転写材Ｓの搬送路Ｒと交叉する点であり、搬送距離Ｌを形成するレジスト手段２３の位置Ｐ１は前記に説明したとおりの点、即ち、駆動ローラ２３１の回転中心と従動ローラ２３２の回転中心とを結ぶ直線Ｑ１と、搬送路Ｒとの交叉点である。

本発明に係る画像形成装置の実施形態の一例であるカラー画像形成装置を示す断面構成図である。 中間搬送ローラからレジスト手段を経て転写位置に至る搬送路を示す図である。 露光装置とレジスト手段の作動タイミングを示す図である。 画像が形成された転写材と示す図である。 レジスト手段の構造を示す図である。 両面画像が形成された転写材を示す図である。 実験結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
２、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 帯電装置
３、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 露光装置
４、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成部
２３ レジスト手段
２３１ 駆動ローラ
ＲＡ 軸芯
ＲＢ ゴム層
Ｄ 直径
ｄ ゴム層の厚さ
Ｌ 搬送距離

Claims (3)

1. 像担持体、
   該像担持体上にトナー像を形成する像形成手段、
   該像担持体から転写材にトナー像を転写する転写手段及び、
   前記像形成手段の像形成と同期して作動し、前記転写手段によるトナー像の転写位置に向けて前記転写材を搬送するレジスト手段を有する画像形成装置において、
   前記レジスト手段は、軸芯と該軸芯上に形成されたゴム層からなる駆動ローラと該駆動ローラに接触する従動ローラとからなり、
   前記駆動ローラは、次の条件を満足することを特徴とする画像形成装置、
   （１）ｄ／Ｄ≦５７．６Ｌ^−１．２
   （２）ｄ≧０．５
   ただし、Ｄは前記駆動ローラの直径（ｍｍ）、ｄは前記ゴム層の厚さ（ｍｍ）、Ｌは前記レジスト手段と前記転写位置間の搬送距離（ｍｍ）である。
2. 前記駆動ローラは次の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   （３）ｄ／Ｄ≦１０３．９Ｌ^−１．５
3. １面に画像を形成した前記転写材を表裏反転して前記転写位置に給紙する再給紙手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。

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