JP6821355B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
現像剤像を担持する像担持体と、
前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトであって、前記像担持体が担持する現像剤像が1次転写され、1次転写された現像剤像を記録材に2次転写するベルトと、
前記ベルトを支持する支持部材と、
前記ベルトを介して前記支持部材と対向する位置において前記ベルトに接触し、電圧が
印加されることで前記ベルトとの接触部に電流を流す電流供給部材と、
前記電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記電圧印加部から前記電流供給部材に電圧を印加している状態において、前記ベルトの表面電位を前記1次転写のための1次転写電位とすることで前記像担持体から前記ベルトに現像剤像を1次転写するとともに、前記接触部に記録材を挟持した状態において前記支持部材との間に前記2次転写のための電位差を形成する画像形成装置において、
前記支持部材の電位を所定の維持電位に可変に維持することができる電位調整部であって、前記維持電位を変化させることで前記1次転写電位を変化させることが可能な電位調整部を備え、
前記電圧印加部は、前記2次転写において前記電流供給部材から前記支持部材へ流れる電流の大きさが所定の大きさとなるように前記電流供給部材に電圧を印加する定電流制御を行い、前記定電流制御を開始する直前に所定の大きさの固定電圧を印加し、前記電位調整部が前記維持電位を小さくするほど、前記2次転写のための前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が小さくなるように、前記2次転写電圧の大きさを変化させることを特徴とする。
[画像形成装置の概略説明]
図1は、本発明の実施例1に係る画像形成装置の概略図であり、図1を用いての本実施
例の画像形成装置の構成及び動作を説明する。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここではカラーレーザプリンタに適用した場合について説明する。尚、本実施例の画像形成装置は、a〜dの複数の画像形成ステーションを有するいわゆるタンデムタイプのプリンタである。第1の画像形成ステーションaはイエロー(Y)、第2の画像形成ステーションbはマゼンタ(M)、第3の画像形成ステーションcはシアン(C)、第4の画像形成ステーションdはブラック(Bk)の各色の画像を形成する。各画像形成ステーションの構成は、収容するトナーの色以外では同じであり、以下、第1の画像形成ステーションaを用いて説明する。
図2は、本実施例の画像形成装置の動作を制御するための制御ブロック図である。ホストコンピュータであるPC271は、画像形成装置272の内部にあるフォーマッタ273に対して印刷指令を出し、印刷画像の画像データをフォーマッタ273に送信する。フォーマッタ273は、PC271からの画像データを露光データに変換し、DCコントローラ274内にある露光制御部277に転送する。露光制御部277は、制御部としてのCPU276からの指示により、露光データのオンオフを制御することにより露光装置278の制御を行なう。CPU276は、フォーマッタ273から印刷指令を受け取ると画像形成シーケンスをスタートさせる。DCコントローラ274にはCPU276、メモリ275等が搭載されており、予めプログラムされた動作を行う。CPU276は、帯電高圧279、現像高圧280、2次転写高圧281の各電源を制御して静電潜像の形成や、現像されたトナー像の転写等を制御することで画像形成を行う。後述するように、2次転写部材によって供給された電流によって、張架ローラ13や中間転写ベルト10の電位を決定する維持電圧も決定している(維持電圧設定282)。
中間転写ベルト10は、厚さが70μm、幅250mmで、導電剤としてイオン導電剤を混合した無端状のポリイミド樹脂を用いている。イオン導電剤による電気的特性として、雰囲気中の温湿度に対して抵抗値変動するが、室内温度23℃、室内湿度50%の環境下では体積抵抗率が108Ωcmに調整された、ポリイミド樹脂からなる。体積抵抗率の測定は、三菱化学株式会社のHiresta−UP(MCP−HT450)にリングプローブのタイプUR(型式MCP−HTP12)を使用して測定した。中間転写ベルト10は、周長が中心値で650mmであり、駆動ローラ11、テンションローラ12、2次転写対向ローラ13の3軸で張架され、感光ドラム1を回転駆動するモータと同一のモータで駆動ローラ11を回転させることによって回転駆動される。駆動ローラ11の直径が中心値である場合に表面速度が100mm/secとなるように設定されている。尚、本実施例の中間転写ベルトでは導電剤としてイオン系の導電剤を混合しているが、本実施例と同様の効果を示す構成としてはこれに限らない。例えばカーボン分散によって導電性を付与する電子導電系の中間転写ベルトでも良い。
図1の画像形成装置は、装置の小型化やコストダウンのために、1次転写専用の電源を省いた構成となっている。すなわち、電流供給部材としての2次転写部材20に電圧を印加して、2次転写部材20と中間転写ベルト10との接触部に電流を流すことにより、中間転写ベルト10の表面電位を所定の一次転写電位とする構成である。この構成において、中間転写ベルト10の表面電位は、中間転写ベルト10を支持する、張架ローラ13や、電位維持部材としての1次転写ローラ6a〜6dの電位と略同じとみなすことができる。このため、感光ドラム1からトナー像を中間転写ベルト10上に1次転写するために、1次転写ローラ6a〜6dと張架ローラ13を電気的に同電位となるように接続し、張架ローラ13に電位を持たせることで1次転写ローラ6a〜6dに電圧を供給している。所
定の維持電位として張架ローラ13に電位を持たせるために、張架ローラ13とアースとの間に電位調整部を構成する電圧維持素子としてのツェナーダイオード15を配置することで中間転写ベルト10とアースとの間の電圧降下を設定電圧に維持している。ツェナーダイオード15への電流供給は、2次転写部材20に電圧を印加する電圧印加部である2次転写電源21によって行う。2次転写電源21によって2次転写部材20に電圧を印加し、2次転写部材20から張架ローラ13を通してツェナーダイオード15へと電流が供給されることで張架ローラ13に電位を持たせている。
図5を参照して、1次転写電圧の設定方法について説明する。本実施例では、1次転写電圧の設定値を環境センサ283で検知した温湿度を基に決定される絶対水分量によって決定する。図5は、絶対水分量に対する1次転写設定値を示した表である。図5に示す通り、絶対水分量の値に応じて、ツェナーダイオードの接続を15a〜15cに切り替え最適な1次転写電圧を設定する。このような切り替えによって、本実施例の画像形成装置ではいずれの環境によっても実用上問題ないレベルである1次転写性能を満足できる。
2次転写部材としての2次転写ローラ20は、外径8mmのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗108Ω・cm、厚み5mmに調整したNBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径18mmのものを用いている。また、2次転写ローラ20は、中間転写ベルト10に対して、50Nの加圧力で当接し、2次転写部(以下、2次転写ニップ)を形成している。2次転写ローラ20は中間転写ベルト10に対して従動回転し、また、中間転写ベルト10上のトナーを紙等の記録材Pに2次転写するために正極性の電圧が印加されている。
2次転写では、中間転写ベルト10上に担持される複数色からなるトナー像を一括で記録材P上に転写する。中間転写ベルト10上のトナー像を記録材上に転写するために、2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13との間に所定の電位差を設ける必要がある。2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13との間の電位差は、2次転写電源21によって2次転写ローラ20に印加する電圧と、ツェナーダイオード15によって決定される2次転写対向ローラ13の電位によって決定される。
2次転写ローラ20の電圧−電流特性検知について説明する。電圧−電流特性検知では、所定電流に要する2次転写ローラ20の平均電圧を決定することが目的である。例として、本実施例では2次転写ローラ20に15μAの電流が流れる平均電圧を決定するとして説明する。電圧−電流特性検知は、例えば、温湿度センサの検知温湿度が常温常湿環境の場合には、ツェナーダイオード15bを通電状態とし、中間転写ベルト10を回転させて2次転写ローラ20を従動回転させながら行う。
への印加電圧を初期電圧に立ち上げた後、S2では粗調制御を実施する。粗調制御では、15μA±2μAの範囲の電流となるように2次転写ローラ20への印加電圧を初期電圧から変化させる。このときの電圧変化量は、20msec間隔で約50Vである。粗調制御に次いで、S3の微調制御を実施する。微調制御では、15μA±0.8μAの範囲の電流となるように2次転写ローラ20への印加電圧を初期電圧から変化させる。このときの電圧変化量は、20msec間隔で約15Vである。15μA±0.8μAの範囲内に電流が収束した後(S4、YES)、電流値が15μA±0.8μA以内に収まるように、定電流制御を行い、20msec間隔で30回サンプリングを行う(S5)。このときの平均電圧をV0とする。30回サンプリングを行うときのサンプリングごとの電圧変化量は約15Vである。
Vt=αV0+β ・・・(式1)
式1におけるαとβは、予め実験によって決定された固定値であり、絶対水分量によって異なる値である。
区間Aでは、上述した2次転写部材の電圧−電流特性検知を行っており、区間Aで決定されたV0を先端電圧Vtが印加されるまで印加する。
区間Bは、先端電圧Vt印加区間である。区間BにおけるタイミングP1は、記録材Pの先端が2次転写ローラ20に到達するタイミングであり、到達タイミングより前に先端電圧Vtを印加する。これは、記録材Pの搬送が遅れた場合でも、トナー像先端で確実にVtを印加し、トナー像先端の画像不良を生じさせないためである。本実施例では、先端電圧Vtは設計中心において記録材P1先端がP1より2mm手前の位置で印加を開始して、7mm分だけVtを印加する。
区間Cは、定電流制御であり、トナー像の2次転写が行われる。本実施例では15μAの定電流制御を実施する。
区間Dは、記録材Pの後端付近における印加電圧であり、このときも後端付近のトナー像の転写性を安定させるため、定電流制御が終了した直後にも、後端電圧としてVtを印加する。区間D内のP2で記録材P後端が2次転写ローラ20を通過する。後端電圧Vtは、P2から7mm手前のタイミングで印加を開始し、記録材P後端が2次転写ローラ20を2mm通過してから終了する。区間Dの後は、動作終了までV0を印加する。
図9を参照して、2次転写対向ローラ13の電位が変動したときの影響について説明す
る。図9は、2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13の電位関係を示している。
図9(a)は、本実施例における電位関係を示している。電圧−電流特性検知によるターゲット電流I0に対して2次転写ローラ20への印加電圧はV0である。一方、2次転写対向ローラ13の電位はVdであるため、I0を流すために必要な電位差をV0´とすると、
V0´=V0−Vd ・・・(式2)
となるため、
V0=V0´+Vd ・・・(式3)
で表すことができる。
Vt=αV0+β
=α(V0´+Vd)+β ・・・(式4)
と表すことができる。
It=(Vt−Vd)/R
=(αV0´+β)/R+{(α−1)Vd}/R ・・・(式5)
式5は、Itの値はVdによって変化することを示しており、2次転写対向ローラ13の電位によって変化することを示している。
式1を図9(b)に対して適応した場合の先端電圧をVt´とすると、Vt´は式6で表すことができる。
Vt´=αV0´+β ・・・(式6)
先端電圧Vt´を印加したときに2次転写ローラ20に流れる電流をIt´とするとIt´は式7で表すことができる。
It´=(αV0´+β)/R ・・・(式7)
式7の通り、It´はV0´によって一意に決まる。
ΔIt=It´−It
={(α−1)Vd}/R ・・・(式8)
式8は、2次転写対向ローラ13の電位VdによってVtが変わり、電流が変化することを示している。
本実施例では1次転写電圧の設定値の変更に応じて2次転写の固定電圧を変更する。2転写対向ローラ13が電位Vdを有していても、先端電圧を印加したときの所望電流は、
式7で導出したIt´である必要がある。式8より、It´=It−ΔItであるため、本実施例では、It−ΔItとなるような電圧Vt´´を先端電圧と定義する。
Vt´´=R(It−ΔIt)
=α(V0−Vd)+β+Vd
=αV0+β+(1−α)Vd ・・・(式9)
図10は、本実施例において算出した先端電圧を示している。
No.1〜3は、比較として先端電圧がVtの値を記しており、このときは2次転写対向ローラ13の電位がVdであるため、Vdの作用で2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13との電位差は大きくなる。その結果、2次転写電流過多による画像弊害が発生する。中間転写ベルト10上のトナー像が正極性に反転することで記録材Pに転写されない強抜けや、2次転写ローラ20から記録材Pに対して発生する放電電流による放電ムラ画像等が発生する。
No.4〜6は、本実施例における先端電圧Vt´´であり、式9の通り2次転写対向ローラ電位Vdによるずれを補正しているため、Vt´´と2次転写対向ローラ13との間の電位差は良好な2次転写性能が得られるものとなる。すなわち、本実施例では、先端電圧の大きさが、絶対水分量が小さいほど、2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13との間の電位差が、補正前よりも小さくなるように、補正される。
比を制御することで、2次転写ローラ20から中間転写ベルト10へ流れる電流の大きさが制御され、その電流によって形成される1次転写電圧が制御されることになる。
本発明の実施例2に係る画像形成装置について説明する。実施例2は、高温高湿環境において固定電圧によって2次転写を行う場合の制御に特徴を有している。本実施例に係る画像形成装置の構成において、実施例1と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。
下限電圧制御は、高温高湿環境で実施するため、本実施例では絶対水分量を基に制御の実施を判断する。例として、本実施例では絶対水分量が14.6g/m2以上の場合に下限電圧制御を実施する。下限電圧制御によって決定される電圧をVlowとすると、固定係数をγとしてVlowは式10によって算出される。
Vlow=Vt´´−γ
=αV0+β+(1−α)Vd−γ ・・・式(10)
固定係数γは、絶対水分量によって決定される値であり、図12のように予めテーブル化されている。式10に示すように、Vlowは、実施例1で定義したVt´´とγとの差分である。実施例1で説明した通り、Vt´´は、2次転写対向ローラ13の電位Vdによるずれを補正した電圧であるため、Vlowも2次転写対向ローラ13の電位Vdに影響されず、2次転写にとって最適な電圧となる。下限電圧制御の場合、図13のタイムチャートに示すように、記録材が2次転写ローラ20に到達する前から通過するまで、式3で決定したVlowを印加する。
図14は、本実施例において算出した下限電圧を示している。
No.1〜3は、比較として実施例1のVtによって求めた下限電圧であり、このときは2次転写対向ローラ13の電位がVdであるため、Vdの作用で2次転写ローラ20と2次転写対向ローラ13との電位差は比べて大きくなる。その結果、先端電圧を印加したときの電流は実施例より大きくなるため、2次転写電流過多によって強抜け等が発生する。
No.4〜6は、本実施例の式10に従って求めた値であり、式10の通り2次転写対向ローラ電位Vdによるずれを補正しているため、Vlowと2次転写対向ローラ13との間の電位差は良好な2次転写性能が得られるものとなる。
本発明の実施例3に係る画像形成装置について説明する。実施例3は、記録材の除電手段に固定電圧を印加する構成となっている。本実施例に係る画像形成装置の構成において、実施例1と同様のものには、同一符号を付し、説明を省略する。
図16は、除電針22の長手方向断面の概略図である。図16に示す通り、除電針22は高さ3mm、ピッチ3mmの針状の形状であり、ステンレス鋼であるSUS304から成る。
Vdis=−1000V+Vt´´ ・・・(式11)
式11のVt´´は実施例1で説明した先端電圧であり、2次転写対向ローラ13の電位Vdによる変動分を補正した先端電圧である。したがって、Vdisは2次転写対向ローラ13の電位変動にされず、常に2次転写ローラ20の電位との関係に応じて適切な電圧となる。
Claims (12)
- 現像剤像を担持する像担持体と、
前記像担持体と接触しつつ回転する無端状のベルトであって、前記像担持体が担持する現像剤像が1次転写され、1次転写された現像剤像を記録材に2次転写するベルトと、
前記ベルトを支持する支持部材と、
前記ベルトを介して前記支持部材と対向する位置において前記ベルトに接触し、電圧が印加されることで前記ベルトとの接触部に電流を流す電流供給部材と、
前記電流供給部材に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、前記電圧印加部から前記電流供給部材に電圧を印加している状態において、前記ベルトの表面電位を前記1次転写のための1次転写電位とすることで前記像担持体から前記ベルトに現像剤像を1次転写するとともに、前記接触部に記録材を挟持した状態において前記支持部材との間に前記2次転写のための電位差を形成する画像形成装置において、
前記支持部材の電位を所定の維持電位に可変に維持することができる電位調整部であって、前記維持電位を変化させることで前記1次転写電位を変化させることが可能な電位調整部を備え、
前記電圧印加部は、前記2次転写において前記電流供給部材から前記支持部材へ流れる電流の大きさが所定の大きさとなるように前記電流供給部材に電圧を印加する定電流制御を行い、前記定電流制御を開始する直前に所定の大きさの固定電圧を印加し、前記電位調整部が前記維持電位を小さくするほど、前記2次転写のための前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が小さくなるように、前記2次転写電圧の大きさを変化させることを特徴とする画像形成装置。 - 前記定電流制御は、前記電流供給部材の電圧−電流特性に基づいて行われることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記固定電圧の大きさは、前記定電流制御において所定の大きさの電流を流すために前記電圧印加部が印加する電圧の平均の大きさを、前記電位調整部が維持する前記維持電位に応じて補正した大きさであることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記固定電圧は、記録材の先端が前記電流供給部材と前記ベルトとの接触部に到達する前から印加が開始され、前記先端が前記接触部に到達してから所定の時間まで印加されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記電圧印加部は、前記定電流制御が終了した直後にも前記固定電圧を印加することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記固定電圧は、記録材の後端が前記電流供給部材と前記ベルトとの接触部を通過する前から印加が開始され、前記後端が前記接触部に通過してから所定の時間まで印加されることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 温度及び湿度を検知する検知手段をさらに備え、
前記電位調整部は、前記検知手段が検知した温度及び湿度から取得される絶対水分量が大きいほど前記1次転写電位が小さくなるように、前記維持電位を小さくすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記固定電圧の大きさは、前記検知手段が検知した温度及び湿度から取得される絶対水分量が小さいほど、前記電流供給部材と前記支持部材との間の電位差が補正前よりも小さくなるように、補正されることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
- 前記電位調整部は、前記支持部材とアースとの間に接続された複数の電圧維持素子を有するとともに、前記複数の電圧維持素子のうち通電される電圧維持素子の数を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記電圧維持素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記ベルトを介して前記像担持体と対向する位置において前記ベルトに接触するとともに、前記支持部材と同電位となるように前記電圧維持素子に接続される電位維持部材をさらに備えることを特徴とする請求項9または10に記載の画像形成装置。
- 前記電位調整部に対して大きさが可変の制御信号を出力する制御部をさらに備え、
前記電位調整部は、前記支持部材とアースとの間に接続されたトランジスタを有する調整回路であって、前記制御部から入力される前記制御信号の大きさに応じて、前記支持部材の電位を変化させることができる調整回路を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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