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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−24447
公開日 平成11年(1999)1月29日
出願番号 特願平9−194847
出願日 平成9年(1997)7月4日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】倉橋 暎
発明者 伊藤 善邦 / 井上 雅博 / 別所 勇爾 / 木村 要一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 可視像が形成される像担持体と、記録材を担持し搬送する記録材担持体と、該記録材担持体を介して前記像担持体と相対する転写帯電部とを備え、画像形成中に記録材が複数の導電性部材と接触或いは誘電体層を介して接触する画像形成装置において、前記導電性部材に流れる電流を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記導電性部材に流れる電流は定電流制御により制御することを特徴とする請求項1の画像形成装置。
【請求項3】 前記導電性部材または誘電体層が、前記像担持体、または前記記録材担持体を支持する記録材担持体支持部、または記録材担持体を介して前記像担持体と相対する転写帯電部、または記録材を前記記録材担持体に静電吸着させる吸着帯電部、または記録材上の画像を定着する定着部、または記録材のガイド部、または記録材のレジスト部、または除電針であることを特徴とする請求項1又は2の画像形成装置。
【請求項4】 大気温湿度を検知する検知手段を有し、検知した温湿度情報に応じて前記導電性部材に流れる電流を制御することを特徴とする請求項1、2、又は3の画像形成装置。
【請求項5】 記録材を検知する手段を有し、検知した記録材情報を用いて前記導電性部材に流れる電流を制御することを特徴とする請求項1、2、又は3の画像形成装置。
【請求項6】 大気温湿度を検知する検知手段及び記録材を検知する検知手段を有し、検知した温湿度情報及び記録材情報を用いて前記導電性部材に流れる電流を制御することを特徴とする請求項1、2、又は3の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利用して、画像を記録材上に形成してハードコピーを得る複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、複数の画像形成部を備え、各画像形成部でそれぞれ色の異なったトナー像を形成し、そのトナー像を同一記録材上に順次重ね合わせて転写してカラー画像を形成する画像形成装置が種々提案されている。
【0003】このような状況のなかで、無端状の記録材担持体を用いた多色電子写真方式のカラー複写機が高速記録に用いられている。
【0004】カラー電子写真画像形成装置の一例を図2に基づいて説明する。装置内には第1、第2、第3、第4の画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdが並設され、各々異なった色のトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。
【0005】第1〜第4の画像形成部Pa〜Pdは、それぞれ専用の像担持体、本例では電子写真感光ドラム3a、3b、3c、3dを具備し、各感光ドラム3a〜3d上に各色のトナー像が形成される。
【0006】各感光ドラム3a〜3dに隣接して記録材担持体(以下、転写ベルトという)130が設置され、感光ドラム3a〜3d上に形成された各色のトナー像が、転写ベルト130上に担持し搬送される記録材p上に転写される。さらに各色のトナー像が転写された記録材pは、定着部9で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外の排紙トレイ63に排出される。
【0007】感光ドラム3a〜3dの外周には、それぞれ露光ランプ111a、111b、111c、111d、ドラム帯電器2a、2b、2c、2d、電位センサー113a、113b、113c、113d、現像器1a、1b、1c、1d、転写帯電器24a、24b、24c、24d、及びクリーナー4a、4b、4c、4dが設けられ、装置の上方部にはさらに図示しない光源装置およびポリゴンミラー117が設置されている。
【0008】光源装置から発せられたレーザー光をポリゴンミラー117を回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、fθレンズにより感光ドラム3a〜3dの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム3a〜3d上に画像信号に応じた潜像が形成される。
【0009】現像器1a〜1dには、現像剤としてそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックのトナーが、図示しない供給装置により所定量充填されている。現像器1a〜1dは、それぞれ感光ドラム3a〜3d上の潜像を現像して、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像、及びブラックトナー像として可視化する。
【0010】記録材pは記録材カセット10に収容され、そこから複数の搬送ローラ11及びレジストローラ12を経て転写ベルト130上に供給され、転写ベルト130による搬送で感光ドラム3a〜3dと対向した転写部に順次送られる。
【0011】転写ベルト130は、ポリエチレンテレフタレート樹脂シート(PET樹脂)や、ポリフッ化ビニリデン樹脂シート、ポリウレタン樹脂シートなどの誘電体樹脂のシートからなっており、その両端部を互いに重ね合わせて接合し、エンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが用いられている。
【0012】さて、駆動ローラ13及び支持ローラ14、15によりこの転写ベルト130が回転し、所定の位置にあることが確認されると、記録材pがレジストローラ12から転写ベルト130に送り出され、記録材pが第1画像形成部Paの転写部へ向けて搬送される。これと同時に画像書き出し信号がオンとなり、それを基準としてあるタイミングで第1画像形成部Paの感光ドラム3aに対し画像形成を行なう。
【0013】そして感光ドラム3aの下側の転写部で転写帯電器24aが電界または電荷を付与することにより、感光ドラム3a上に形成された第1色目のトナー像が記録材p上に転写される。この転写により記録材pは転写ベルト130上に静電吸着力でしっかりと保持され、第2画像形成部Pb以降に搬送される。また、転写と同時に記録材Pを転写ベルト130上に静電吸着するのではなく、図3に示すように、支持ローラ14と第1画像形成部Paの転写帯電器24aとの間に、転写ベルト130を挟むように吸着帯電器5、6を設けて、転写前に吸着させる場合もある。
【0014】吸着帯電器5は、コロナ放電のような非接触帯電器、またはブレード、ローラー、ブラシのような帯電部材を用いた接触帯電器を用いる。
【0015】転写帯電器24a〜24dも同様に、コロナ放電のような非接触帯電器、またはブレード、ローラー、ブラシのような転写帯電部材を用いた接触帯電器を用いる。非接触帯電器では、オゾンが発生してしまうこと、空気を介して帯電するため大気の温湿度環境変動に弱く画像が安定的に形成されない等の問題点がある。一方、接触帯電器では、オゾンレス、温湿度環境変動に強い、高画質等のメリットがある。
【0016】また、転写性安定のために、図3に示すように、各転写帯電器24a〜24dの転写ベルト130の移動方向下流側に除電針7a〜7dを設ける場合もある。除電針7a〜7dは転写ベルト130には非接触であるが転写電流の一部を放電して逃す役割を果している。この構成により、感光ドラムと記録紙が剥離するときの剥離放電を防止することができる。
【0017】第2〜第4画像形成部Pb〜Pdでの画像形成、転写も第1画像形成部Paと同様に行なわれる。次いで4色のトナー像を転写された記録材pは、転写ベルト130の搬送方向下流部で分離帯電器32により除電して静電吸着力を減衰させることによって、転写ベルト130の末端から離脱する。通常駆動ローラー130は、安定な分離を行なうため接地されている。また分離帯電器32は、トナー像未定着の状態で記録材pに帯電するため、非接触帯電器が用いられる。
【0018】転写ベルト130から離脱した記録材pは、ガイド部材64を介して搬送部62により定着装置9へ搬送される。
【0019】定着装置9は、定着ローラ51、加圧ローラ52と、その各々をクリーニングする耐熱性クリーニング部材54、55と、ローラ51、52内に設置されたローラ加熱ヒータ56、57と、定着ローラ51にジメチルシリコーンオイル等の離型剤オイルを塗布する塗布ローラ50と、そのオイルの溜め53と、加圧ローラ52の表面の温度を検知して定着温度を制御するサーミスタ58とから構成されている。
【0020】4色のトナー像を転写された記録材pは、定着によりトナー像の混色及び記録材pへの固定が行なわれ、フルカラーのコピー画像に形成され、排紙トレイ63に排出される。
【0021】転写が終了した感光ドラム3a〜3dは、それぞれのクリーナ4a〜4dにより転写残トナーをクリーニング、除去され、引き続き次の潜像形成以下の工程に備えられる。転写ベルト130上に残留したトナー及びその他の異物は、転写ベルト130の表面にクリーニングウェブ(不織布)19を当接して、拭い取るようにしている。尚、クリーニングウェブ19は巻き出しローラ17、巻き込みローラ18、テンションローラ22、及びテンションローラ22のバックアップローラ21により転写ベルト130への当接を制御される。
【0022】以上のような構成の画像形成装置において用いられる転写ベルトは前述のようにPETシートやポリフッ化ビニリデンシート、ポリウレタンシート等の誘電体シートであり、これらの体積抵抗は1013〜1018Ωcmのものが一般的である。
【0023】また、転写帯電手段の転写に寄与する電流を適正電流で一定にすると画像が安定することが知られている。そこで、記録材の種類(厚さ、材質等)や吸湿条件等により、体積抵抗値が変化した場合にも一定電流が得られるように定電流制御を行なうことが一般的である。
【0024】多重転写を行なう画像形成装置では、たとえば、1度の転写電圧で1kVの転写電圧がかかる場合、第1画像形成部では1kV、第2画像形成部では2kV、第3画像形成部では3kV、第4画像形成部で4kVというように順次転写電圧は上昇していく。言い換えると、転写ベルト、記録材は、各転写工程で定電流制御により一定の電荷が充電された後、分離部で互いに分離され、転写ベルトは転写ベルト除電部で、記録材は定着工程後の記録材除電部等で除電される。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構成で、例えば高湿環境に放置することで低抵抗化した記録材pに画像形成を行なう際、分離帯電器32の対向電極として接地された上記導電性部材としての駆動ローラ(前記分離部)13と、転写部との間を、該記録材pが短絡したとき、感光ドラム3上に現像されたトナー像が記録材pに良好に転写されないという現象、或いは、一度記録材pへ転写されたトナー像が下流の画像形成部のドラムに再度転写するという現象(以後、再転写と称する)といった著しい転写不良(画像不良)が発生する。一般的に、記録材の体積抵抗は、種類や吸湿条件によって約107 〜1011[Ωcm]まで変化する。
【0026】この現象について、図4に基づいて説明する。画像形成中、記録材pが第4画像形成部Pdの感光ドラム3dと駆動ローラ13とを短絡すると、転写ベルト130のうち記録材pと駆動ローラ13に同時に接している部分(図4中斜線E部)に充電されている電荷対の一部が、裏面の正電荷は接地された駆動ローラ13へ、表面の負電荷は記録材pを通って転写帯電部へ流れ、結果的に除電される。このとき、転写帯電器24dから対向電極である感光ドラム3dへ流れるべき転写電流(図2矢印A、B方向)が、より抵抗の低い記録紙を通って転写ベルトE部に供給されてしまい(図2矢印A、D)、十分な転写電流が得られず転写不良が発生する。
【0027】同様に、転写帯電部と他の導電性部材が記録材により短絡されたときも、転写電流が記録材を通って該導電性部材へ流れてしまい、十分な転写電流が得られず転写不良が発生する。ここで記録材pによって短絡される部材は、駆動ローラ13と転写部に限らず、転写部と、吸着帯電部、または記録材担持体支持部、または定着部、またはガイド部、またはレジスト部、または除電針であってもよい。
【0028】記録材が第4画像形成部Pdの感光ドラム3dと駆動ローラ13とを短絡する場合、さらに、記録材が低抵抗化すると、転写ベルト130のE部は、転写電流を全て奪うだけでなく、感光ドラム3d側からも正電荷を供給しようとし、電流の方向はA、D方向及びC、D方向となる。
【0029】この電流方向Cは、正常な画像形成時の転写電流の方向Bとは逆方向であり、この逆方向の電流が流れることによって、トナーが正常に転写されない、或いは、再転写するといった現象が発生する。記録材pによって短絡される部材は、駆動ローラ13と転写部に限らず、転写部と除電針であってもよい。
【0030】従って、本発明の目的は、低抵抗化した記録材を用いたとしても、転写不良及び画像欠陥の発生を防止し、良好な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【0031】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、可視像が形成される像担持体と、記録材を担持し搬送する記録材担持体と、該記録材担持体を介して前記像担持体と相対する転写帯電部とを備え、画像形成中に記録材が複数の導電性部材と接触或いは誘電体層を介して接触する画像形成装置において、前記導電性部材に流れる電流を制御することを特徴とする画像形成装置する画像形成装置である。
【0032】前記導電性部材に流れる電流は定電流制御により制御することが好ましい。前記導電性部材または誘電体層は、前記像担持体、または前記記録材担持体を支持する記録材担持体支持部、または記録材担持体を介して前記像担持体と相対する転写帯電部、または記録材を前記記録材担持体に静電吸着させる吸着帯電部、または記録材上の画像を定着する定着部、または記録材のガイド部、または記録材のレジスト部、または除電針であることが好ましい。
【0033】大気温湿度を検知する検知手段を有し、検知した温湿度情報に応じて前記導電性部材に流れる電流を制御することが好ましい。記録材を検知する手段を有し、検知した記録材情報を用いて前記導電性部材に流れる電流を制御することが好ましい。
【0034】
【発明の実施の形態】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。尚、下記の実施例の説明においては、本発明は、前出の図2又は図3に示したフルカラー画像形成装置に具現化されるものとする。従って、フルカラー画像形成装置の全体的構成、及び機能についての説明は省略し、本発明の特徴部分について説明する。
【0035】実施例1本発明に係る画像形成装置の実施例1について図1により説明する。
【0036】転写ベルト130用の誘電体シート素材としては、PET、ポリアセタール、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエーテルケトン、ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニリンスルフィド、ポリウレタン、シリコン樹脂、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエーテルスルホン、ポリサルフォン、芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、芳香族ポイミド等、エンジニアプラスチックのフィルム形状シートが一般的に用いられる。本実施例では、機械特性、電気的特性、及び難燃性等の点から、ポリイミド樹脂を使用した。体積抵抗は1016Ωcm、厚みは10μmでシームレスタイプのものを用いた。
【0037】又、本実施例の画像形成装置におけるプロセススピードは100mm/sである。
【0038】転写帯電器24a、24b、24c、24dは、記録材搬送方向に対して直交する方向(以下スラスト方向と称する)に伸びる長方形の板状導電性ゴムからなる。板状導電性ゴムは転写ベルト130を介して感光ドラム3a、3b、3c、3dと接触するように押圧されている。この転写帯電器24a〜24dにより、転写部に搬送された記録材pの裏面側からトナーと逆極性(本実施例ではプラス)の帯電がなされることにより、感光ドラム3a〜3d側のトナー画像が記録材pの表面に静電転写される。本実施例では、定電流制御を行ない、転写電流は6μAとした。
【0039】さて、まず、前出の図4に示したように、駆動ローラ13を本体アースに接続し、駆動ローラ13と転写帯電器24dとの距離はd1=50mmの構成とした。この構成で、高温高湿環境(絶対水分量約22g/kgまたは室温30℃、相対湿度80%)において、作像時に測定した、転写電流から駆動ローラ13に流れ込んだ電流は3μAであった。このとき、形成された画像は転写不良を起こしてしまった。ただし、記録材が、第4の感光ドラム3dと駆動ローラ13の間、または、第3の感光ドラム3cと駆動ローラ13の間にあるときのみ、転写電流の駆動ローラ13への流れ込みおよび転写不良が発生している。また、使用した記録材は秤量157g/m2 の日本製紙株式会社製印刷用紙銀環を十分環境に調湿したものを用いた。この時は、第4の転写帯電器24dまたは第3の転写帯電器24から駆動ローラ13へ転写電流が逃げ込んでいる、或いは転写ベルト130の除電による電流が流れ込んでいると考えられる。
【0040】そこで、本実施例では、駆動ローラ13を本体アースに直接接続するのではなく、図1に示すように、駆動ローラ13を、定電流電源70を介して本体アースに接続し、定電流電源70により、駆動ローラ13と転写帯電器24dの間、または、駆動ローラ13と感光ドラム3dの間には電流が流れないように定電流制御可能な構成とした。
【0041】定電流電源70は、記録材が、第4の感光ドラム3dと駆動ローラ13の間、または、第3の感光ドラム3cと駆動ローラ13の間を短絡しているときのみオンし、画像形成中でも上記以外のときはオフとなるようシーケンスで制御する。
【0042】このように構成することで、駆動ローラに流れる電流は0μAとなり、転写電流が駆動ローラを介して本体アースに逃げることを防止でき、また、転写ベルトの除電による電流が流れることを防止でき、上述のような転写不良による画像欠陥をなくすことができた。
【0043】実施例2次に本発明に係る実施例2について、再度図1により説明する。本実施例は、大気の環境湿度に応じて分離帯電器と定電流制御を切換える構成である。さらに、詳細に説明すると、低湿環境では分離帯電器をオン、定電流制御をオフ、逆に高湿環境では分離帯電器をオフ、定電流制御をオンする構成である。
【0044】分離帯電部32は、転写ベルト130の最下流上方、すなわち、転写ベルト130の駆動ローラ13の上方に配置され、放電ワイヤーを備えている。放電ワイヤーはスラスト方向に張設されており、放電ワイヤーの片側端部にスプリングを設けることで張力を保っている。放電ワイヤーへの給電は本体側コネクターより不図示の給電端子、給電ピン、スプリングを介して行なわれる。
【0045】また、駆動ローラ13は定電流電源70を介して本体アースに接続され放電ワイヤーの対向電極の機能を兼ねている。
【0046】本実施例では、転写帯電器24dと分離帯電部との距離がd2=50mmであり、分離帯電部に10kVpp、500HzのAC電圧を印加した。
【0047】前述したように、低湿環境では、転写ベルト130と記録材の静電吸着力は大きく分離帯電器32により静電吸着力を弱める効果は大きい。また、低湿環境では、転写ベルト130と記録材との分離時に剥離放電による画像欠陥が発生しやすく、その対策のためにも分離帯電器32は効果がある。かつ、上記の転写不良は低湿環境では起きにくいため、実施例1にて説明した駆動ローラ13に対するゼロアンペア制御(定電流制御)をする必要がない。このため、低湿環境では、分離帯電器32をオンにし、定電流制御をオフにしたほうがよい。
【0048】一方、高湿環境では、転写ベルト130と記録材の静電吸着力は低湿環境に比べれば小さく、分離帯電器32の効果も小さい。また、上記の転写不良は起き易いため、定電流制御を行なったほうがよい。そこで、高湿環境では、分離帯電器をオフにし、定電流制御をオンにする。
【0049】本実施例では、湿度環境により分離帯電器、定電流制御のオン・オフを下記の表1のように変化させた。
【0050】
【表1】

【0051】環境A、Bで記録材の体積抵抗は、大まかに107 、1011[Ωcm]と変化し、駆動ローラ13に流れ込む電流はそれぞれ、3μA、0μAとなった。
【0052】また、本構成では、電流発生源としての分離部での転写ベルトの除電による電流も含めて、定電流制御により流れないようにしている。
【0053】このように構成することで、低湿環境では転写ベルトと記録材の分離性能、画質を維持し、高湿環境でも上記転写不良が発生しない画像形成装置を得ることができた。
【0054】また、大気湿度の検知は、画像形成装置本体に湿度検知センサーを設けて自動的に検知し、分離帯電器、定電流制御のオン、オフを制御してもよいし、操作者またはサービスマンが操作部等から湿度を入力してもよい。
【0055】実施例3次に、本発明に係る実施例3について説明する。本実施例では、記録材の種類に応じて分離帯電器、定電流制御のオン・オフを制御する構成とした。
【0056】通常画像形成装置に使用される記録材の秤量はおおよそ50g/m2 〜200g/m2 まであり、各々の記録材の抵抗も異なる。
【0057】秤量の大きな記録材では、記録材厚が厚いので表裏間の抵抗も大きくなる。そのため転写電圧も大きくなり、より転写電流が駆動ローラに逃げ易くなる場合がある。または、紙厚が厚いため電流が流れる断面積が大きくなり、転写電流が駆動ローラに逃げ易くなるとも考えられる。このため、厚紙などの厚い記録材に画像形成するときに、転写帯電部と駆動ローラ間をゼロアンペア制御(定電流制御)することで、転写電流が逃げるのを防止し、上記転写不良が発生しない画像形成装置を得ることができる。
【0058】また、記録材の種類の検知は機械式センサーや光学式センサーを用いて自動的に判別するか、操作者が操作部等から指定してもよい。
【0059】上記実施例1〜3においては、導電部材を駆動ローラとしたが、画像形成装置の構成によっては、吸着帯電部、除電針、記録材担持体支持部、定着器、記録材ガイド、記録材レジスト部等の電位差があるところやその他の接地部等であれば同様に電流が流れ込む可能性はある。そのような場合でも、上記実施例のように定電流制御することで同様の効果が得られる。除電針は、転写ベルトとは非接触であるが、空気層を誘電体として電気的に接触している。
【0060】転写帯電器は、コロナ帯電器または導電性弾性ローラ、ブラシ等を転写帯電部材としてもよく、前記同等の効果が得られた。また、転写ベルトのみならず、転写ドラムの構成であってもよい。
【0061】被帯電体としての像担持体は電子写真感光体に限らず、静電記録における誘電体であってもよい。
【0062】像担持体3a〜3d上の静電潜像の現像手段1a〜1dとしては、一般的に、非磁性トナーについてはブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナーは磁気力によってコーティングして搬送し、像担持体に対して非接触状態で現像する1成分非接触現像方法と、像担持体に対して接触状態で現像する1成分接触現像方法と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し像担持体に対して接触状態で現像する2成分接触現像方法と、上記2成分現像剤を非接触状態にして現像する2成分非接触現像方法との、4種類に大別される。本発明において現像手段はそれらのいずれでもよい。画像の高画質化や高安定性の面から、2成分接触現像方式が多く用いられる。
【0063】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画像形成中に記録材と近接または接触または誘電体を介して接触する複数の導電部材または誘電部材間を記録材を介して電流を流さないように定電流制御することで、転写不良を起こさず、画像欠陥のない高品質画像を得ることができた。




 

 


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