JP5214093B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やファクシミリ装置、さらにはプリンタ等として適用される画像形成装置に関するものであり、特に、像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写する際に機能する転写手段への電圧印加の改良に関するものである。

画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラムの周面に、読み取ったり電送されたりした画像情報に基づき形成された静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成させ、このトナー像を転写手段を介して転写材としての用紙に転写するように構成されている。転写手段は、通常、用紙搬送面が感光体ドラムの周面と対向した状態で当該感光体ドラムと同期駆動する転写ベルトと、周面がこの転写ベルトを介して感光体ドラムの周面と対向配置された転写ローラと、この転写ローラに電圧を印加する電源とを備えて構成されている。

そして、用紙が、転写ベルトによって当該転写ベルトの周回と同期回転している感光体ドラムにまで搬送されてくると、電源から転写ローラに向けてトナーの極性と逆極性の電圧が印加され、これによる用紙のトナー像と逆極性の帯電で感光体ドラム周面のトナー像が剥がされ、これによってトナー像の用紙への転写が行われる。転写処理後の用紙は、転写ベルトの周回で定着装置に搬入され、ここで加熱により定着処理が施されたのち装置外に排出されるようになっている。

この際、用紙が感光体ドラムから外れた時点で電源から転写ローラに向けてトナーの極性と同一の極性の電圧が印加される。このようにされるのは、転写処理終了後に転写ベルトに付着しているトナーを同極性のバイアス印加により感光体ドラムの周面に戻し、これによって転写ベルトの表面を清浄化するためである。感光体ドラムの周面に捕捉された残留トナーは、回転方向の下流側に設けられたクリーニング装置によって取り除かれて回収されるようになっている。

このような転写手段を備えた画像形成装置については、例えば、特許文献１に記載されている。
特許第３５０８０７８号公報

ところで、上記のような電圧制御が実行されると、用紙の後端が感光体ドラムから外れた瞬間に転写ローラの電圧がトナーと逆の極性からトナーと同一の極性に急激に変化するため、これに誘引されて感光体ドラムの周面の電位も急激に変動し、この衝撃によって感光体ドラムの周面に残留している残留トナーや、感光体ドラム周面に静電気的に吸着した用紙を剥がすための部材（剥離爪）に付着しているトナー等が弾き飛ばされて用紙の上に落下し、用紙を汚染するという問題点を有している。

因みに、特許文献１には、このような極性の切り換え時に生じる不具合については解決課題として挙げられておらず、従って、かかる不具合の解消策についての記述も存在しない。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、トナーの飛散が生じない状態で転写部材へ印加される電圧の極性の変更を行うことができるように構成された転写手段を有する画像形成装置を提供することを特徴としている。

請求項１記載の発明は、周面にトナー像が形成される像担持体と、軸心回りに回転している像担持体のトナー像を転写材に転写する転写手段とを備えてなる画像形成装置であって、前記転写手段は、転写材を像担持体の周面とで挟持したニップ状態で当該転写材に電圧を印加する電圧印加部材と、この電圧印加部材に電圧を供給する電源と、この電源から電圧印加部材へ供給する電圧の極性と電圧値とを制御する電圧制御手段とを備え、前記電圧制御手段は、転写材がニップ状態のとき前記電圧印加部材に対しトナーと逆極性の電圧を印加する順バイアス印加期間と、転写材がニップ状態でないとき前記電圧印加部材に対しトナーと同極性の電圧を印加する逆バイアス印加期間と、転写材がニップ状態から脱する付近にて前記電圧印加部材へ印加する電圧を逆極性から同極性へ切り換える変換期間とを設定し、前記変換期間においては電圧値を段階的に変化させ、かつ、前記順バイアス印加期間から前記変換期間中の０電位になるまでの間は電流値を制御することによって間接的に電圧制御を行い、前記変換期間中の０電位の状態から前記逆バイアス印加期間に至るまでの間は電圧値を制御することによって直接的に電圧制御を行うことを特徴とするものである。

かかる構成によれば、像担持体に形成されているトナー像は、転写材が搬送されて像担持体に到達し、像担持体と電圧印加部材とによりニップされた状態で像担持体の回転に応じて転写材に転写される。この転写に際し電圧印加部材には、転写材がニップ状態のとき電源からトナーと逆極性の電圧が印加されるため、像担持体に担持されていたトナー像は、静電気的な吸引力によって転写材に向けて引き剥がされ、これによって転写材に対する転写処理が確実に行われる。また、転写材への転写処理が完了して転写材がニップ状態でなくなったときには、この状態で電源から電圧印加部材に対しトナーと同極性の電圧が印加されるため、像担持体の近傍に飛散したトナーは、像担持体に静電気的に吸引され、これによって装置内部が飛散したトナーで汚染されたり、飛散したトナーが転写材に付着して転写不良を起こすような不都合の発生が防止される。

そして、特に転写材がニップ状態から脱した瞬間からの電圧印加部材に対する電圧印加の切り換えにおいて、逆極性の電圧（バイアス）印加から同極性の電圧（バイアス）印加への切り換えが段階的に行われるため、急激に切り換えが行われた場合にその衝撃で生じるトナーの飛散や、飛散したトナーが転写材に付着することによる転写画像不良等の不都合の発生が確実に防止される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電圧印加部材は、前記像担持体と接触または非接触で前記転写材に電圧を印加する転写ローラであることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、像担持体に到達した転写材は、当該転写ローラから電圧が印加されるため、転写材の電圧印加状態が均一かつ安定したものになる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記転写ローラと前記像担持体との間には、転写材を搬送する転写ベルトが介設されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、転写材は、転写ベルトにより搬送されることによって像担持体に到達し、安定した搬送状態で転写ベルトを介して転写ローラからの電圧が印加される。

因みに本発明において、電圧制御手段による電圧印加部材に対する電圧の制御は、電圧値を直接制御する方式と、電流値を介して間接的に電圧値を制御する方式との双方を含む概念として使用している。

請求項１記載の発明によれば、電源は、転写材がニップ状態から脱した瞬間から逆極性の電圧印加を同極性の電圧印加に向けて段階的に変化させるように制御されるため、急激に切り換えが行われた場合にその衝撃で生じるトナーの飛散や、飛散したトナーが転写材に付着することによる転写不良等の不都合の発生を確実に防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、像担持体に到達した転写材は、転写ローラから電圧が印加されるため、転写材の電圧印加状態を均一かつ安定したものにすることができる。

請求項３記載の発明によれば、転写材は、転写ベルトにより搬送されることによって像担持体に到達するため、転写材に対し安定した搬送状態で転写ベルトを介して転写ローラからの電圧を印加することができる。

図１は、本発明に係る画像形成装置の内部構造の一実施形態を説明するための正面断面視の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１０は、円筒状を呈した感光体ドラム（像担持体）２０と、この感光体ドラム２０の周面に沿うように時計方向回りに配設された帯電装置１１、露光装置１２、現像装置１３、転写手段３０、クリーニング装置１４および除電装置１５とを備えた基本構成を有している。

本実施形態においては、感光体ドラム２０の直上位置に帯電装置１１が配設され、この帯電装置１１の若干右側に露光装置１２が配設されていると共に、感光体ドラム２０の図１における右側部に現像装置１３が対向配置されている。また、転写手段３０は、感光体ドラム２０の直下位置に設けられていると共に、クリーニング装置１４は、感光体ドラム２０の図１における左側部に対向配置され、除電装置１５は、クリーニング装置１４と帯電装置１１との間に設けられている。

前記感光体ドラム２０は、その周面にシリコン（Ｓｉ）を主成分とする光導電性のアモルファス層が積層されることによって形成されている。かかる感光体ドラム２０は、当該感光体ドラム２０と同心のドラム軸２１回りに回転可能に形成され、図１に示す例では時計方向へ回転しつつその周面に露光装置１２からの露光によって形成された静電潜像に現像装置１３からトナーが供給されることによってトナー像が形成されるようになっている。感光体ドラム２０の周面に形成されたトナー像は、当該感光体ドラム２０のドラム軸２１回りの時計方向へ向かう回転に伴って転写手段３０により所定の用紙（転写材）Ｐに転写される。

前記帯電装置１１は、露光装置１２による露光に先立って感光体ドラム２０の周面に例えばコロナ放電を付与することにより、当該周面に所定の極性の一様な電荷を形成させるものである。本実施形態においては、感光体ドラム２０の周面は帯電装置１１によってプラスの電荷で一様に帯電された状態にされる。

前記露光装置１２は、図略の原稿読取装置によって読み取ったり、他の機器から電送されてきたりした画像情報に基づき強弱が存在するレーザー光線を一様な電荷の形成された感光体ドラム２０の周面に照射するものである。こうすることによって当該感光体ドラム２０の周面に静電潜像が形成される。そして、プラスの電荷が一様に形成されていた感光体ドラム２０の周面は、レーザー光線の照射された部分の電位が略数百Ｖから略数Ｖに低下し、感光体ドラム２０の周面に静電潜像が形成される。

前記現像装置１３は、静電潜像の形成された感光体ドラム２０の周面にトナーを供給することによって当該周面にトナー像を形成させるものであり、所定の現像装置本体１３１内に装填されたトナーを現像ローラ１３２の軸心回りの回転によってその周面から感光体ドラム２０の周面に供給するようになっている。

こうすることによって感光体ドラム２０の周面には静電潜像に沿ったトナー像が形成される。本実施形態においては、トナーには予めプラスの電荷が付与されているため、感光体ドラム２０の周面に供給されたトナーは、静電潜像以外の部分の高電位のプラス帯電部分に反発して低電位である略数百Ｖから略数Ｖの静電潜像に付着し、プラスに帯電されたトナー像が感光体ドラム２０の周面に形成されるのである。

前記転写手段３０は、前記ドラム軸２１回りに回転している感光体ドラム２０の周面に形成されたトナー像を用紙Ｐに転写させるためのものであり、これについては後に詳述する。

前記クリーニング装置１４は、用紙Ｐへの転写処理後の感光体ドラム２０の周面に残留しているトナーを取り除いて清浄化するためのものである。かかるクリーニング装置１４は、箱形のクリーニング装置本体１４１と、このクリーニング装置本体１４１に付設されたブレード１４２と、回収スクリュー１４３とを備えて構成されている。前記ブレード１４２は、感光体ドラム２０の周面と対向配置され、その先端縁部が前記周面に当接されることにより感光体ドラム２０の時計方向に向かう回転で残留トナーを感光体ドラム２０の周面から掻き落とすようになっている。掻き落とされた残留トナーは、回収スクリュー１４３を経由してクリーニング装置本体１４１外の図略の回収タンクに回収されるようになっている。

かかるクリーニング装置１４の直下位置には、感光体ドラム２０の周面に吸着された用紙Ｐを剥がすための分離爪１６が設けられている。このような分離爪１６が設けられるのは、ニップ部Ｎを通過した用紙Ｐ（用紙Ｐの上面はマイナスに帯電している）が静電気的に感光体ドラム２０の周面（感光体ドラム２０の周面はプラスに帯電している）に吸着された転写材を分離補助するためである。

前記分離爪１６は、通常、先端縁部が感光体ドラム２０の周面に接触されているが、感光体ドラム２０の周面に対し僅かな隙間を設けてもよい。僅かな隙間を設けることによって、感光体ドラム２０の周面に残留した残留トナーを遣り過ごさせることが可能になり、感光体ドラム２０周面の残留トナーが分離爪１６により掻き落されて飛散するような不都合の発生が防止される。なお、分離爪１６を潜った残留トナーは、クリーニング装置１４のブレード１４２によって感光体ドラム２０の周面から取り除かれることになる。

前記除電装置１５は、クリーニング装置１４によって清浄化された感光体ドラム２０の周面に所定の光を照射することによって形成されている電荷を消去するためのものである。電荷が消去された感光体ドラム２０の周面は、次の静電潜像形成のために帯電装置１１によって帯電されることになる。

このように構成された画像形成装置１０によれば、感光体ドラム２０をドラム軸２１回りに時計方向に回転させた状態で、まず帯電装置１１によりその周面に所定の電荷が一様に付与され、この一様な電荷の付与された感光体ドラム２０の周面に露光装置１２からの光が照射されることにより当該周面に静電潜像が形成される。引き続きこの静電潜像が形成された感光体ドラム２０の周面に現像装置１３からトナーが供給されることにより、同周面にはトナー像が形成され、このトナー像は、転写手段３０によって図略の用紙貯留部から搬送されてきた用紙Ｐに転写される。転写処理済の用紙Ｐは、図略の定着装置において加熱による定着処理が施され、その後、画像形成装置１０外に排出される。

一方、用紙Ｐに転写処理を施した後の感光体ドラム２０は、その周面に残留している残留トナーがクリーニング装置１４のブレード１４２によって取り除かれる。そして、清浄化された感光体ドラム２０の周面に除電装置１５から光が照射されることによって当該周面の電荷が消去される。電荷が消去された後の感光体ドラム２０の周面は、再度帯電装置１１へ到達し、新たに次の画像の転写処理に供されることになる。

前記転写手段３０は、本実施形態においては、前記感光体ドラム２０の下方位置で当該感光体ドラム２０と対向配置された転写ローラ（電圧印加部材）３１と、この転写ローラ３１と感光体ドラム２０との間に介設された転写ベルト３２と、前記転写ローラ３１に高電圧を印加して電荷を付与する高圧電源３３とを備えて構成されている。

前記高圧電源３３としては、商用電源をそのまま利用してもよいし、商用電源からの電力を一旦受け入れた後に所定の変圧処理等を施す、いわゆる電源ユニットを採用してもよい。因みに、本実施形態においては電源ユニットを採用している。

前記転写ローラ３１は、ドラム軸２１と平行に配設されたローラ軸３１１回りに回転可能に軸支されている。かかる転写ローラ３１は、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエン共重合体）のようなゴム材料にカーボンを配合したものによって形成され、高圧電源３３から電圧が印加されることによって周面に所定の電荷が形成され得るようになっている。

ローラ軸３１１には、転写ローラ３１を上方に向けて付勢するコイルスプリング３１２が付設され、このコイルスプリング３１２の付勢力によって転写ローラ３１の周面が転写ベルト３２を介して感光体ドラム２０の周面に押圧当接された状態になっている。そして、前記転写ベルト３２と感光体ドラム２０の周面との間に用紙Ｐをニップするニップ部Ｎが形成されている。

因みに本発明において、ニップとは、用紙Ｐが感光体ドラム２０と転写ローラ３１との間に位置すること（本実施形態では両者の間に転写ベルト３２が介在している）を意味するものであり、従って、用紙Ｐが感光体ドラム２０と、転写ベルト３２を介して転写ローラ３１との間に押圧挟持されている場合、並びに用紙Ｐと転写ベルト３２との間にある程度の隙間が存在する場合の双方を含む概念である。

前記ローラ軸３１１は、金属材料によって形成されている。かかるローラ軸３１１には、高圧電源３３からの電力が供給され、これによって転写ローラ３１の周面に所定の電荷が形成されるようになっている。

前記転写ベルト３２は、無端ベルトによって形成され、転写ローラ３１の下流側（図１における左方）に設けられた駆動ローラ３２１と、転写ローラ３１の上流側に設けられた従動ローラ３２２との間に掛け回されている。かかる転写ベルト３２は、本実施形態においては、抵抗値が所定の値に設定されたＮＢＲ（ｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ（アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム））を基材とし、その表面に用紙Ｐに対する吸着性を良好にすると共に、トナーに対する良好な剥離性を確保するための、ウレタンバインダにＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ（四フッ化エチレン樹脂））が分散されたものを被覆することによって形成されている。

前記駆動ローラ３２１は、駆動モータ３４の駆動軸に同心で一体的に接続され、駆動モータ３４の駆動によって駆動回転するようになっている。そして、駆動モータ３４を駆動させることにより駆動ローラ３２１が軸心回りに反時計方向に回転し、これによって転写ベルト３２は、駆動ローラ３２１と従動ローラ３２２との間で感光体ドラム２０と同期周回するようになっている。したがって、用紙Ｐは、転写ベルト３２により搬送されてニップ部Ｎに到達すると、当該ニップ部Ｎにおいて周回している転写ベルト３２とドラム軸２１回りに回転している感光体ドラム２０の周面との間に押圧挟持され、転写ローラ３１の静電気的な作用によって感光体ドラム２０の周面に形成されているトナー像が用紙Ｐに転写されることになる。

そして、高圧電源３３は、用紙Ｐがニップ部Ｎに位置しているとき前記転写ローラ３１に対しトナーと逆極性の電圧を印加する一方、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しないときには前記転写ローラ３１に対しトナーと同極性の電圧を印加するようにしている。本実施形態においては、用紙Ｐがニップ部Ｎに位置した状態で高圧電源３３からローラ軸３１１を介して転写ローラ３１に負電圧が印加される一方、用紙Ｐがニップ部Ｎに位置していない状態で高圧電源３３からローラ軸３１１を介して転写ローラ３１に正電圧が印加されるようになっている。

因みに、用紙Ｐがニップ部Ｎに位置しているときに転写ローラ３１に負電圧が印加されるのは、用紙Ｐがニップ部Ｎに位置した転写処理時において感光体ドラム２０の周面でプラスに帯電しているトナー像を静電気的に用紙Ｐの上面に吸着させるためである。また、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しない状態で転写ローラ３１にプラスの電圧を印加するのは、転写ベルト３２上に飛散したり当該空間に浮遊しているプラスに帯電したトナーを静電気的に転写ベルト３２の表面から反発させて感光体ドラム２０の周面に向かわせるようにし、これによって飛散トナーを感光体ドラム２０の周面に捕捉させるためである。

図２は、ニップ部Ｎにおける各部材の電荷の形成状態を説明するための部分拡大説明図であり、（イ）は、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在する順バイアス印加時の状態、（ロ）は、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しない逆バイアス印加時の状態をそれぞれ示している。なお、順バイアス印加とは、感光体ドラム２０の周面の電圧（感光体ドラム２０の周面は、全体的に見てプラスの電荷が形成されている）と逆極性の電圧がローラ軸３１１に印加される状態のことであり、逆バイアス印加とは、感光体ドラム２０の周面の電圧と同極性の電圧がローラ軸３１１に印加される状態のことである。

まず、図２の（イ）に示すように、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在する順バイアス印加時においては、高圧電源３３からローラ軸３１１に負電圧「−」が印加されている。そうすると、半導電体からなる転写ローラ３１のローラ軸３１１に密着した内周面位置にプラスの電荷「＋」が形成されると共に、同外周面位置にマイナスの電荷「−」が形成される。従って、転写ローラ３１の外周面に裏面側が当接した転写ベルト３２においては、裏面側にプラスの電荷「＋」が形成されると共に、表面側にマイナスの電荷「−」が形成された状態になっている。

一方、感光体ドラム２０のアモルファスシリコン感光層からなる周面位置は、全体的にプラスの電荷「＋」が形成されているのであるが、プラスの電荷「＋」を有するトナーによって形成されたトナー像Ｔ（従ってトナー像Ｔはプラスに帯電している）が形成されている部分は、露光装置１２によるレーザー光線の照射で電荷が存在しない非帯電状態になっている。

従って、図２の（イ）に示すように、トナー像Ｔがニップ部Ｎに到達すると、プラスの電荷を有するトナー像Ｔがマイナスの電荷を有する用紙Ｐの表面に静電気的に吸着され、これによって用紙Ｐに対する転写処理が行われるのである。

次に、図２の（ロ）に示すように、用紙Ｐがニップ部Ｎに存在しない逆バイアス印加時においては、高圧電源３３からローラ軸３１１に正電圧「＋」が印加されている。そうすると、半導電体からなる転写ローラ３１のローラ軸３１１に密着した内周面位置にマイナスの電荷「−」が形成されると共に、同外周面位置にプラスの電荷「＋」が形成される。これによって、転写ローラ３１の外周面に裏面側が当接した転写ベルト３２の裏面側にマイナスの電荷「−」が形成されるとともに、表面側にプラスの電荷「＋」が形成された状態になる。

従って、プラス同士の感光体ドラム２０の周面と転写ベルト３２の表面とは静電気的に互いに反発し合った状態になっているのであるが、この状態において、例えばニップ部Ｎ近傍の転写ベルト３２上にプラスに帯電した飛散トナーＴ１が存在した場合、この飛散トナーＴ１は、転写ベルト３２と感光体ドラム２０の電位差によって、あるいは静電気的に感光体ドラム２０周面に付着することになるのである。具体的には、転写ベルト３２に略＋１４００Ｖの逆バイアスを印加すると、感光体ドラム２０は、略＋５００Ｖ程度に帯電することとなり、トナーは、電位の比較的低い感光体ドラム２０の周面に引き寄せられるのである。

図３は、第１実施形態における転写ローラ３１に対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。このタイミングチャートに示すように、用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達してから用紙Ｐの後端がニップ部Ｎを抜けるまでの間である転写処理期間ｂにおいては、高圧電源３３からローラ軸３１１へマイナス電圧が印加されるようになされている。これによって用紙Ｐの表面側がマイナスに帯電する（図２の（イ）参照）ため、感光体ドラム２０表面のプラスに帯電しているトナー像が用紙Ｐの表面に静電気的に吸着されるようになっている。また、このときの感光体ドラム２０の周面の転写後電位は、この転写へのマイナス電圧印加によって影響を受けるため、略十数Ｖ以下に電位が低下した状態になっている。

そして、用紙Ｐに対して転写処理が行われない非転写処理期間ａ（図３に「紙間」と表示）においては、高圧電源３３からローラ軸３１１へプラス電圧が印加されるようになされている。これによって転写ベルト３２の表面側がプラスに帯電する（図２の（ロ）参照）ため、プラスに帯電した転写ベルト３２上の飛散トナーＴ１が転写ベルト３２と感光体ドラム２０との間の電位差によって、あるいは静電気的に感光体ドラム２０に付着し、クリーニング装置１４によって回収されることになる。またこのときの感光体ドラム２０の周面の転写後電位は、この転写へのマイナス電圧印加によって影響を受けるため、電位が略数百Ｖに上昇した状態になっている。

そして、本実施形態においては、用紙Ｐの後端がニップ部Ｎから抜けた直後、すなわち転写処理期間ｂが終了した直後に、高圧電源３３から転写ローラ３１のローラ軸３１１に印加される電圧値を負電圧から正電圧に切り換えるに際し、図３における非転写処理期間ａの部分で示すように、段階的に電圧値を増加させるようにしている。

このようにされるのは、転写ローラ３１に所定の低電圧から所定の高電圧にまで急激に電圧を変化させると、これに追随して感光体ドラム２０の周面の電圧も急激に変動するため、感光体ドラム２０の周面上の未転写トナーが飛散したり、この感光体ドラム２０周面の急激な電圧の変動が分離爪１６に衝撃を与え、分離爪１６に付着しているトナーが飛散して落下し、用紙Ｐの表面を汚染するという不都合が生じることがあるが、転写ローラ３１に印加される電圧値を段階的に上げていくことによりかかる衝撃が和らぎ、これによって分離爪１６に付着しているトナーの飛散が防止されるからである。

図４は、第２実施形態における転写ローラ３１に対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。第２実施形態においては、図４に示すように、用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する直前、すなわち非転写処理期間ａが終了する直前に高圧電源３３からローラ軸３１１に印加されている電圧値を予め設定された正電圧から、予め設定された負電圧に向けて段階的に低下させるようにしている。そして、ローラ軸３１１に対する印加電圧が所定の負電圧に到達した時点に用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達するように電圧印加のタイミングが制御されている。

第２実施形態の転写ローラ３１に対する印加電圧の正負切り換えのタイミングによれば、転写ローラ３１が所定の正電圧から所定の負電圧に向けて段階的に下げられるため、急激な電圧降下が回避され、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

図５は、第３実施形態における転写ローラ３１に対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。第３実施形態は、図５に示すように、第１実施形態と第２実施形態とを合わせたものであり、非転写処理期間ａが終了する直前と、転写処理期間ｂが終了する直前との双方について高圧電源３３からのローラ軸３１１に対する印加電圧の切り換えを段階的に行うようにしている。

第３実施形態の転写ローラ３１に対する印加電圧の正負切り換えのタイミングによれば、用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達した時点（すなわち、非転写処理期間ａが終了する直前）と、用紙Ｐの後端がニップ部Ｎから外れた時点（すなわち、転写処理期間ｂが終了する直前）との双方において転写ローラ３１に対する印加電圧の変化が緩やかになり、非転写処理期間ａから転写処理期間ｂに移るときと、転写処理期間ｂから非転写処理期間ａに移るときとの双方で飛散トナーＴ１が用紙Ｐ上に落下することを防止することができる。

次に、図６を基に、第３実施形態（図５参照）を例に挙げて転写ローラ３１に対する電圧印加制御について説明する。図６は、転写ローラ３１に対する電圧印加制御の一実施形態を示すブロック図である。転写ローラ３１に対する電圧制御を行うために、画像形成装置１０の適所にマイクロコンピュータからなる制御部４０が設けられている。この制御部４０は、中央演算処理装置であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）４１と、プログラムや不変の設定数値等を記憶するための読み取り専用の記憶装置であるＲＯＭ４２と、演算途中に発生する一時的な数値などを記憶するためのＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）４３とを備えた基本構成を有している。前記ＲＡＭ４３には、時刻を計時するタイマ４３１が設けられている。

前記ＣＰＵ４１は、電圧の切り換えを判別する電圧切換判別部４１１と、この電圧切換判別部４１１の判別結果に基づいて高圧電源３３に制御信号を出力する制御信号出力部４１２とを有している。

前記電圧切換判別部４１１は、用紙Ｐがニップ部Ｎに到達したか否かや用紙Ｐに対する転写処理が終了したか等の用紙Ｐの状態を判別するものである。かかる判別を行うために、転写ベルト３２の直上流位置の適所には、図１に示すように、用紙Ｐの先端および後端を検出するための、例えば発光素子と受光素子とを備えた光センサからなる用紙センサ４４が設けられ、この用紙センサ４４が検出した検出信号は、逐一電圧切換判別部４１１へ入力されるようになっている。

そして、電圧切換判別部４１１は、用紙センサ４４から用紙Ｐの先端を検出したことを示す先端検出信号が入力されると、用紙Ｐの搬送速度に基づいて用紙Ｐの先端がニップ部Ｎに到達する時刻より予め設定された時間だけ前の時刻を算出し、この時刻が到来したか否かをタイマ４３１からの計時情報を基に判別するようになっている。因みに、用紙Ｐの先端が用紙センサ４４によって検出されてからニップ部Ｎの若干手前位置（上流側の位置）まで到達するに要する時間はＲＯＭ４２に記憶されている。

そして、用紙Ｐが予め設定されたニップ部Ｎより若干手前位置まで到達すると、電圧切換判別部４１１は、制御信号出力部４１２へ向けて高圧電源３３に対し所定の正電圧から所定の負電圧に向けて所定の時間ピッチで段階的に電圧を降下させるための制御信号を出力させるべく指令信号を出力するようになっている。

従って、この指令信号を受けた制御信号出力部４１２は、高圧電源３３に向けて電圧を段階的に降下させる制御信号を出力し、これによって転写ローラ３１は、図５に示すように、電位が所定の正電圧から所定の負電圧に段階的に変化することになる。

これに対し、用紙センサ４４が用紙Ｐの後端を検出した場合には、電圧切換判別部４１１に用紙センサ４４からの後端検出信号が入力される。そして、この後端検出信号が入力された電圧切換判別部４１１は、ＲＯＭ４２に記憶されている用紙Ｐの搬送速度に基づいて用紙Ｐの後端がニップ部Ｎに到達する時刻を算出し、この時刻が到来したか否かをタイマ４３１からの計時情報を基に判別するようになっている。因みに、用紙Ｐの後端が用紙センサ４４によって検出されてからニップ部Ｎの若干手前位置（上流側の位置）まで到達するに要する時間はＲＯＭ４２に記憶されている。

そして、用紙Ｐの後端がニップ部Ｎに到達すると、電圧切換判別部４１１は、制御信号出力部４１２へ向けて高圧電源３３に対し所定の負電圧から所定の正電圧に向けて所定の時間ピッチで段階的に電圧を上昇させるための制御信号を出力させるべく指令信号を出力するようになっている。

従って、この指令信号を受けた制御信号出力部４１２は、高圧電源３３に向けて電圧を段階的に上昇させる制御信号を出力し、これによって転写ローラ３１は、図５に示すように、電位が所定の負電圧から所定の正電圧に段階的に変化することになる。

以上詳述したように、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１０は、周面にトナー像が形成される感光体ドラム２０と、軸心回りに回転可能している感光体ドラム２０のトナー像を用紙Ｐに転写する転写手段３０とを備えてなるものであり、転写手段３０は、用紙Ｐをニップ部Ｎにおいて転写ベルト３２を介し感光体ドラム２０の周面とで挟持したニップ状態で当該用紙Ｐに電圧を印加する電圧印加部材としての転写ローラ３１と、この転写ローラ３１に電圧を供給する高圧電源３３とを備え、高圧電源３３は、用紙Ｐがニップ状態のとき転写ローラ３１に対しトナーと逆極性の電圧を印加する一方、用紙Ｐがニップ状態でないとき転写ローラ３１に対しトナーと同極性の電圧を印加すると共に、用紙Ｐがニップ状態から脱した瞬間から逆極性の電圧印加を同極性の電圧印加に向けて段階的に変化させるべく制御されるようになっている。

第１実施形態のこのような構成によれば、感光体ドラム２０に形成されているトナー像は、搬送されて感光体ドラム２０に到達し、感光体ドラム２０と転写ローラ３１とにより転写ベルト３２を介してニップされた状態で感光体ドラム２０の回転に応じて用紙Ｐに転写される。この転写に際し、転写ローラ３１は、用紙Ｐがニップ状態のとき高圧電源３３からトナーと逆極性の電圧が印加されるため、感光体ドラム２０に担持されていたトナー像は、静電気的な吸引力によって用紙Ｐに向けて引き剥がされ、これによって用紙Ｐに対する転写処理が確実に行われる。

また、用紙Ｐへの転写処理が完了して用紙Ｐがニップ状態でなくなったときには感光体ドラム２０が若干逆極性になっており、この状態で高圧電源３３から転写ローラ３１に対しトナーと同極性の電圧が印加されるため、感光体ドラム２０の近傍に飛散したトナーは、転写ベルト３２と感光体ドラム２０との間の電位差によって、あるいは静電気的に感光体ドラム２０に吸引され、これによって装置内部が飛散したトナーで汚染されたり、飛散したトナーが用紙Ｐに付着して転写不良を起こすような不都合の発生が防止される。

そして、特に用紙Ｐがニップ状態から脱した瞬間からの転写ローラ３１に対する電圧印加の切り換えにおいて、逆極性の電圧印加から同極性の電圧印加への切り換えが段階的に行われるため、急激に切り換えが行われた場合にその衝撃で生じるトナーの飛散や、飛散したトナーが用紙Ｐに付着することによる転写不良等の不都合の発生を確実に防止することができる。

また、本発明に係る第２実施形態の画像形成装置１０は、第１実施形態のものと同様の感光体ドラム２０、転写手段３０および高圧電源３３を備えてなるものであるが、高圧電源３３による電圧制御が第１実施形態と相違している。すなわち、高圧電源３３は、用紙Ｐがニップ状態のとき転写ローラ３１に対しトナーと逆極性の電圧を印加する一方、用紙Ｐがニップ状態でないとき転写ローラ３１に対しトナーと同極性の電圧を印加すると共に、用紙Ｐがニップ状態に突入する直前から同極性の電圧印加を逆極性の電圧印加に向けて段階的に変化させるべく制御されるようになっている。

第２実施形態のこのような構成によれば、転写処理時の転写ローラ３１に対する電圧印加および転写処理時以外の転写ローラ３１に対する電圧印加に関し、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。

そして、特に用紙Ｐがニップ部Ｎに到達した瞬間からの転写ローラ３１に対する電圧印加の切り換えにおいて、同極性の電圧印加から逆極性の電圧印加への切り換えが段階的に行われるため、急激に切り換えが行われた場合にその衝撃で生じるトナーの飛散や、飛散したトナーが用紙Ｐに付着することによる転写不良等の不都合の発生を確実に防止することができる。

さらに、本発明に係る第３実施形態の画像形成装置１０によれば、制御部４０による高圧電源３３の電圧制御が第１実施形態のものと、第２実施形態のものとを合わせたものであるため、用紙Ｐがニップ部Ｎから外れるとき、および用紙Ｐがニップ部Ｎに突入するときの双方において急激な電圧変動による衝撃でトナーが飛散するような不都合を確実に防止することができる。

そして、上記の各実施形態においては、電圧印加部材として転写ローラ３１が採用されているため、感光体ドラム２０に到達した用紙Ｐは、感光体ドラム２０と転写ローラ３１との間で転写ローラ３１から電圧が印加され、これによって、例えばコロナ放電によるものに比較し、用紙Ｐに対する電圧の印加状態を均一かつ安定したものにすることができる。

また、上記の各実施形態においては、転写ローラ３１と感光体ドラム２０との間に用紙Ｐを搬送する転写ベルト３２が介設されているため、用紙Ｐは、転写ベルトにより搬送されることによって感光体ドラム２０に到達し、安定した搬送状態で転写ベルトを介して転写ローラ３１からの電圧が印加される。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。

（１）上記の実施形態においては、感光体ドラム２０と転写ローラ３１との間に転写ベルト３２が介設され、この転写ベルト３２によって搬送されてきた用紙Ｐに対して高圧電源３３からの電圧を転写ローラ３１および転写ベルト３２を介して用紙Ｐに印加するようになされているが、特に転写ベルト３２を採用することなく、用紙Ｐを転写ローラ３１と感光体ドラム２０との間に直接導入するようにしてもよい。

（２）上記の実施形態においては、転写材が用紙Ｐである場合を例に挙げて説明したが、本発明は、転写材が用紙Ｐであることに限定されるものではなく、転写ローラ３１そのものに転写材としての役割を担わせてもよい。この場合には、感光体ドラム２０の周面に形成されているトナー像が一旦転写ベルト３２の周面に転写されることになるため、この転写ベルト３２の周面に転写されたトナー像をさらに用紙Ｐに転写する構造を採用すればよい。

（３）上記の実施形態においては、ニップ部Ｎに到達した用紙Ｐに転写ベルト３２を介して電圧を印加するために転写ローラ３１が採用されているが、本発明は、転写ローラ３１を採用することに限定されるものではなく、転写ローラ３１に代えてブラシやブレード等を採用してもよい。

（４）上記の実施形態においては、感光体ドラム２０が１つだけ採用された、いわゆるモノトーン印刷用の画像形成装置１０を例に挙げて説明したが、本発明は、画像形成装置１０がモノトーン印刷用のものであることに限定されるものではなく、トナーの色毎に複数の感光体ドラム２０が転写ベルト３２に沿って並設されてなる、いわゆるカラー印刷用のものであってもよい。

（５）上記の第１実施形態においては、用紙Ｐがニップ部Ｎを脱した瞬間を起点として転写ローラ３１へ印加する電圧値を段階的に変化させるようにしているが、本発明は、電圧印加の段階的変化の起点を用紙Ｐがニップ部Ｎを脱した瞬間とすることに限定されるものではなく、状況に応じて用紙Ｐがニップ部Ｎを脱する時点の前後の所定の時点を電圧変化の起点として採用してもよい。

（６）上記の第２実施形態においては、用紙Ｐがニップ部Ｎに突入する直前を起点として転写ローラ３１へ印加する電圧値を段階的に変化させるようにしているが、本発明は、電圧印加の段階的変化の起点を用紙Ｐがニップ部Ｎに突入する直前とすることに限定されるものではなく、状況に応じて用紙Ｐがニップ部Ｎに突入する直前の時点のさらに前後の所定の時点を電圧変化の起点として採用してもよい。

図７を基に、実際に採用されている段階的な電圧制御の一例について説明する。図７は、用紙Ｐがニップ部Ｎから抜け出た瞬間ｔ_０からのローラ軸３１１に対する印加電圧の経時的な変化を示す、順バイアス印加期間から逆バイアス印加期間に移るときのグラフである。

実際の電圧制御においては、図７に示すように、順バイアス印加期間中はローラ軸３１１に−１００μＡの電流が供給される一方、逆バイアス印加期間中はローラ軸３１１に１．４ｋＶの電圧が印加されるようになっている。順バイアス印加期間（上記の転写処理期間ｂ（図３〜図５参照））と逆バイアス印加期間（上記の非転写処理期間ａ（図３〜図５参照））との間には、ローラ軸３１１に印加する電圧を段階的に上昇させていく変換期間が設定され、この変換期間中に電圧を段階的に上昇させるようにしている。

また、この例の電圧の制御においては、順バイアス印加期間中および変換期間中の電位が「０」になるまでの間は電流値を制御することによって間接的に電圧制御を行う一方、変換期間中の電位が「０」の状態から逆バイアス印加期間に到るまでの間は、電圧値そのものを直接的に制御する方式が採用されている。このような制御を採用したのは、実機を用いた効果確認試験の結果、順バイアス印加期間中および変換期間中の電位が「０」になるまでの間について電流値を介して間接的に電圧制御を行うことによって、その理由は詳らかではないが、確実なトナー飛散防止効果を得ることができることが確認されたからである。

そして、具体的には、用紙Ｐの後端がニップ部Ｎから抜け出た瞬間（時刻ｔ_０）に変換期間に突入し、まず、電流制御によりローラ軸３１１に供給される電流値が−１００μＡから−６７μＡに減少され、この状態が時刻ｔ_１まで継続された後、時刻ｔ_２まで−３３μＡの電流が供給される。そして、時刻ｔ_２になると電流の供給が停止され、これによって転写ローラ３１には電圧が印加されない状態とされる。

この電圧が印加されない状態が時刻ｔ_３まで継続された後、今度は電圧制御により時刻ｔ_４までローラ軸３１１に４６７Ｖの電圧が印加され、時刻ｔ_４になると９３３Ｖの電圧が印加され、時刻ｔ_５に到達すると逆バイアス印加期間に突入してローラ軸３１１に１４００Ｖの電圧が印加される。

各時刻間の時間（ｔ_ｉ−ｔ_ｉ―１（ｉ＝１〜５））は、１５ｍｓに設定している。従って、変換期間の合計時間は７５ｍｓ（１５ｍｓ×５）になる。

このような電圧制御を行うことにより、ニップ部Ｎにおける転写処理後の用紙Ｐに対し、数１０枚に１枚程度の割合でトナー汚れが生じていたのが皆無になり、本発明が優れた効果を有するものであることが実証された。

本発明に係る画像形成装置の内部構造の一実施形態を説明するための正面断面視の説明図である。 ニップ部における各部材の電荷の形成状態を説明するための部分拡大説明図であり、（イ）は、用紙がニップ部に存在する順バイアス印加時の状態、（ロ）は、用紙がニップ部に存在しない逆バイアス印加時の状態をそれぞれ示している。 第１実施形態における転写ローラに対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。 第２実施形態における転写ローラに対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。 第３実施形態における転写ローラに対する電圧印加を経時的に示すタイミングチャートである。 転写ローラに対する電圧印加制御の一実施形態を示すブロック図である。 用紙がニップ部から抜け出た瞬間からのローラ軸に対する印加電圧の経時的な変化を示す、順バイアス印加期間から逆バイアス印加期間に移るときのグラフである。

１０ 画像形成装置
１１ 帯電装置
１２ 露光装置
１３ 現像装置
１３１ 現像装置本体
１３２ 現像ローラ
１４ クリーニング装置
１４１ クリーニング装置本体
１４２ ブレード
１４３ 回収スクリュー
１５ 除電装置
１６ 分離爪
２０ 感光体ドラム（像担持体）
２１ ドラム軸
３０ 転写手段
３１ 転写ローラ（電圧印加部材）
３１１ ローラ軸
３１２ コイルスプリング
３２ 転写ベルト
３２１ 駆動ローラ
３３ 高圧電源
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ
４１１ 電圧切換判別部
４１２ 制御信号出力部
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４３１ タイマ
４４ 用紙センサ
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（転写材）
Ｔ トナー像
Ｔ１ 飛散トナー

Claims (3)

1. 周面にトナー像が形成される像担持体と、軸心回りに回転している像担持体のトナー像を転写材に転写する転写手段とを備えてなる画像形成装置であって、
   前記転写手段は、転写材を像担持体の周面とで挟持したニップ状態で当該転写材に電圧を印加する電圧印加部材と、この電圧印加部材に電圧を供給する電源と、この電源から電圧印加部材へ供給する電圧の極性と電圧値とを制御する電圧制御手段とを備え、
   前記電圧制御手段は、
   転写材がニップ状態のとき前記電圧印加部材に対しトナーと逆極性の電圧を印加する順バイアス印加期間と、転写材がニップ状態でないとき前記電圧印加部材に対しトナーと同極性の電圧を印加する逆バイアス印加期間と、転写材がニップ状態から脱する付近にて前記電圧印加部材へ印加する電圧を逆極性から同極性へ切り換える変換期間とを設定し、
   前記変換期間においては電圧値を段階的に変化させ、かつ、前記順バイアス印加期間から前記変換期間中の０電位になるまでの間は電流値を制御することによって間接的に電圧制御を行い、前記変換期間中の０電位の状態から前記逆バイアス印加期間に至るまでの間は電圧値を制御することによって直接的に電圧制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
   
2. 前記電圧印加部材は、前記像担持体と接触または非接触で前記転写材に電圧を印加する転写ローラであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記転写ローラと前記像担持体との間には、転写材を搬送する転写ベルトが介設されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。

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