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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11−174871
公開日 平成11年(1999)7月2日
出願番号 特願平9−346682
出願日 平成9年(1997)12月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】近島 一夫
発明者 中川 健
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記接触転写手段に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記接触転写手段を定電圧または定電流制御して、そのときに得られる電流または電圧情報に基づいて、前記転写材が前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部に位置するときの転写印加電圧を決定する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記接触転写手段の抵抗値情報を取り込んで、取り込んだ前記抵抗値情報に基づいて、前記転写材が前記転写ニップ部に位置しているときに前記転写バイアス電源から前記転写材に流れる電流値の上限値を設定するよう制御する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記接触転写手段に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記接触転写手段を定電圧または定電流制御して、そのときに得られる電流または電圧情報に基づいて、前記転写材が前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部に位置するときの転写印加電圧を決定する制御手段と、前記転写材のサイズを検知する転写材サイズ検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記転写材サイズ検知手段から前記転写材のサイズ情報を取り込んで、取り込んだ前記サイズ情報に基づいて、前記転写材が前記転写ニップ部に位置しているときに前記転写バイアス電源から前記転写材に流れる電流値の上限値を設定するよう制御する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項3】 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部の前記転写材の搬送方向上流側に、前記転写材を前記転写ニップ部に該転写材の少なくとも一部と接しながら案内する案内部材を有し、該案内部材は所定抵抗値の抵抗体を介して接地され、かつ、前記転写ニップ部と前記案内部材の前記転写ニップ部側の先端を適切な距離に保持して、前記案内部材を設置する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項4】 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する回転自在なローラ転写部材で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記ローラ転写部材に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記ローラ転写部材を定電圧制御して、そのときに計測した前記ローラ転写部材の周期むらと同期をとって、前記転写材が前記像担持体と前記ローラ転写部材間の転写ニップ部に位置しているときに前記ローラ転写部材の周期むらと逆相の転写電圧を前記転写バイアス電源から前記ローラ転写部材に印加するよう制御する制御手段と、を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式や静電記録方式等によって画像形成を行う複写機、プリンタなどの画像形成装置に係り、特に像担持体上に形成された可視画像を転写材に転写する転写手段として転写材の裏面に接触して電荷を付与する接触帯電式の転写手段を使用した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式を利用した複写機、ビームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、像担持体上に形成されたトナー像を用紙などの転写材に転写する転写手段として、コロナ放電を利用したコロナ転写装置がある。コロナ転写装置は転写材に対して非接触に配置され、コロナ放電を利用して転写材に所定の電荷を付与し、像担持体上のトナー像を転写材に転写するもので、非接触の転写手段として有効である。しかしながら、コロナ転写装置はコロナ放電の発生のために、高電圧の印加が必要であったり、コロナ放電時にオゾンが発生する等の問題を有していた。
【0003】このため、近年では、比較的低い電圧で転写できる接触式の転写手段を使用した画像形成装置が開発されている。この接触式の転写手段は、一般に転写材の裏面に当接する導電ローラ等を備え、これに比較的低いバイアス電圧を印加することにより、像担持体上のトナー像を転写材に転写するものである。このような接触式の転写手段は低電圧を印加すればよいので電源が小型にでき、また、オゾンの発生量も少なくすることができる。
【0004】図15は、上記した接触式の転写手段を使用した従来の画像形成装置の一例を示す概略断面図である。
【0005】この図に示すように、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムという)を所定のプロセススピードで矢印a方向に回転駆動し、その表面を帯電バイアス電源7が接続された帯電ローラ2で均一に帯電した後、露光装置3によって入力される画像信号に応じた露光を反射ミラー8を介して静電潜像を形成する。
【0006】そして、トナー容器9内のトナー11は現像装置4の現像スリーブ10の回転にともない、適量のトナー11が適度の帯電を受けた後に感光ドラム1上に供給され、現像スリーブ10上のトナー11が感光ドラム1の静電潜像に付着してこの静電潜像が現像され、トナー像として可視化される。
【0007】そして、感光ドラム1上のトナー像は、所定のタイミングで給紙カセット16から給紙ローラ17、分離パッド18によって1枚ずつ分離されて搬送されてきた転写材Pに、転写ローラ5により転写される。トナー像が転写された転写材Pは、定着装置15で加熱、加圧されて転写材P表面にトナー像が定着された後、排紙ローラ19により外部に排出される。
【0008】また、感光ドラム1の表面に付着している残留トナー等はクリーニングブレード14により除去され、表面をクリーニングされた感光ドラム1は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。クリーニングブレード14により除去された残留トナーは廃トナー容器6に回収される。
【0009】ところで、上記転写ローラ5は不図示の高圧電源により給電される。転写ローラ5で適切な転写を行うためには、転写環境、転写ローラ5の体積抵抗や幅などによらず、転写材Pの単位面積当たりに流れる転写電流密度を適当な範囲内に入れて、転写材Pに付与する転写電荷密度を最適にする必要がある。
【0010】最適な転写電荷の付与を目的として、いくつかの制御方法が提案されている。特に、環境によって接触転写手段である転写ローラの抵抗や転写材の抵抗が変化するのを同時に補正すべく、転写領域に転写材が存在するときには、転写ローラの定電流制御時にホールドした電圧の定数倍の電圧で定電圧制御するような手段が、例えば特開平2−264278号公報などに提案されている。ところが、この方法では高温高湿下において、高圧電源基板内での電流リークにより、ホールドした電圧が本来の値とずれてしまう問題があった。特に、高温高湿下では一般に転写ローラの抵抗が下がるので、高圧電源基板のインピーダンスと転写ローラのインピーダンスが同程度となるとホールド電圧の低下に伴って、通紙時の印加電圧も減少し転写不良が発生していた。
【0011】また、例えば特開平3−213888号公報に開示されているように、転写ローラの定電流制御時の電圧を検知し、その電圧またはその電圧を定数倍した値に一定電圧を加算した電圧値により画像領域で定電圧制御を行う方式が提案されている。この方式によれば、転写ローラの定電流制御時の最低電圧が保証され、高温高湿環境下での高圧リークにより転写不良を防ぐことができる。
【0012】このように、非通紙時に転写ローラに流れる電流を定電流制御してその印加した電圧に応じて通紙時の転写電圧を決定する方法(以下、ATVC制御という)によって、転写ローラ抵抗値の製造時のばらつきを補正することが可能となり、さらに転写ローラ抵抗が環境変動により変化しても転写印加電圧を補正することが可能となった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通紙される転写材の種類は多数あり、吸湿した薄紙など体積抵抗が極端に低いものから、トランスペアレンシーフィルムや乾燥した厚紙など体積抵抗が高い転写材まで様々である。このように千差万別の転写材に対しては、転写ローラの抵抗から一意的に決めた転写電圧では、結果的に流れる転写電流は転写材の抵抗に大きく依存する。
【0014】また、通紙時に定電流制御を行えば、幅が小さい転写材、例えば葉書等が通紙されたときに転写ローラと直接感光ドラムと当接する部位にほとんどの転写電流が流れて、葉書の裏面に供給される電荷量が減り、トナー像を引きつけられずにトナーが飛び散る画像不良を引き起こしてしまう。
【0015】そこで、上記2通りの制御を組み合わせて、非通紙時に転写ローラの定電流制御を行い、定電流制御時に印加した電圧をもとに通紙時の転写電圧を算出して印加する方式(ATVC制御)に加え、一律の上限値で転写電流を制限する制御方式が、例えば特開平2−287380号公報に開示されている。
【0016】しかしながら、この方向では一律の電流値で制限を行っているので、転写ローラの抵抗が十分高いとき、例えば転写材のインピーダンスに較べて転写ローラのインピーダンスが10倍程度高い場合は電流リミットがかかることがなく、トナー無し部とトナー有り部の転写電流の差が拡大し、その差が電位差となりトナー飛び散りが発生する。
【0017】上記したように従来では、非通紙時に転写ローラの定電流制御を行い、定電流制御時に印加した電圧をもとに通紙時の転写電圧を算出して印加する、または電流リミッタを設けて転写電流が一定値を超えないようにする転写制御方法により、一意的に転写電流を制限するので、明らかに電流が流れすぎる状況は防ぐことができる。また、転写ローラの抵抗値が低い場合は、転写材の種類によって転写電流は大きく変化するので転写電流のリミッタの値が設定しやすい。しかしながら、転写ローラの抵抗が高い場合、転写材の幅や抵抗値が変化したところで、負荷インピーダンスの大半を転写ローラが占めるので転写電流はさほど変動しない。
【0018】ところが、従来の一意的な電流リミット値では、例えば転写ローラの抵抗が高く、転写材の抵抗が低い状態のときに転写電流が流れすぎ、転写材の裏面に過剰な電荷が供給される。この過剰な電荷により、転写材上にトナーがある部位とトナーがない部位との裏面の電位差は拡大し、トナーがある部位とトナーがない部位との間にトナーを飛び散らせる電界作用が働く。
【0019】このように、転写電流が大きすぎると、しばしば低湿環境等、帯電電位差が保持されやすい状況下において、比較的トナー比率の高い画像において、局所的にトナーが飛び散る画像不良が発生していた。
【0020】また、印字比率が低い画像ほど転写電流が増大するので、全面白印字、文字印字など印字率が低く、白部が多い画像の印字の場合には白部への電流集中が生じていた。感光ドラム上の白部には本来トナーが乗っているべきではないが、本来の帯電極性と逆極性の帯電極性を持つトナーは少なからず乗ってしまう。このようなかぶりと呼ばれるトナーは白部への電流集中により、転写効率が増大し、白部を汚す原因となっていた。
【0021】そこで本発明は、接触転写手段が高抵抗の場合や転写材が低抵抗の場合でも、トナー飛び散りを防止して良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記接触転写手段に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記接触転写手段を定電圧または定電流制御して、そのときに得られる電流または電圧情報に基づいて、前記転写材が前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部に位置するときの転写印加電圧を決定する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記接触転写手段の抵抗値情報を取り込んで、取り込んだ前記抵抗値情報に基づいて、前記転写材が前記転写ニップ部に位置しているときに前記転写バイアス電源から前記転写材に流れる電流値の上限値を設定するよう制御することを特徴としている。
【0023】また、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記接触転写手段に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記接触転写手段を定電圧または定電流制御して、そのときに得られる電流または電圧情報に基づいて、前記転写材が前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部に位置するときの転写印加電圧を決定する制御手段と、前記転写材のサイズを検知する転写材サイズ検知手段と、を有し、前記制御手段は、前記転写材サイズ検知手段から前記転写材のサイズ情報を取り込んで、取り込んだ前記サイズ情報に基づいて、前記転写材が前記転写ニップ部に位置しているときに前記転写バイアス電源から前記転写材に流れる電流値の上限値を設定するよう制御することを特徴としている。
【0024】また、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する接触転写手段で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体と前記接触転写手段間の転写ニップ部の前記転写材の搬送方向上流側に、前記転写材を前記転写ニップ部に該転写材の少なくとも一部と接しながら案内する案内部材を有し、該案内部材は所定抵抗値の抵抗体を介して接地され、かつ、前記転写ニップ部と前記案内部材の前記転写ニップ部側の先端を適切な距離に保持して、前記案内部材を設置することを特徴としている。
【0025】また、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体に当接する回転自在なローラ転写部材で転写材に転写することにより画像を形成する画像形成装置において、前記ローラ転写部材に転写バイアスを印加する転写バイアス電源と、非画像形成時に前記ローラ転写部材を定電圧制御して、そのときに計測した前記ローラ転写部材の周期むらと同期をとって、前記転写材が前記像担持体と前記ローラ転写部材間の転写ニップ部に位置しているときに前記ローラ転写部材の周期むらと逆相の転写電圧を前記転写バイアス電源から前記ローラ転写部材に印加するよう制御する制御手段と、を有することを特徴としている。
【0026】(作用)本発明の構成によれば、接触転写手段の抵抗値情報に基づいて転写材に付与する電荷量の上限値を設定することにより、転写時のトナー飛び散りを防止することができる。
【0027】また、本発明の構成によれば、転写材のサイズに基づいて転写材に付与する電荷量の上限値を設定することにより、転写時のトナー飛び散りを防止することができる。
【0028】また、本発明の構成によれば、転写電流の案内部材へのリークを利用して転写電流に適切なリミットをかけることが可能となり、転写時のトナー飛び散りを防止することができる。
【0029】また、本発明の構成によれば、ローラ転写部材の周期むらと同期をとって、ローラ転写部材の周期むらと逆相の転写電圧をローラ転写部材に印加することにより、ローラ転写部材の周方向ムラに起因する制御外乱を除去して安定な電流制御を行うことができる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明の実施の形態について説明する。
【0031】(実施の形態1)図1は、本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。なお、図15に示した従来例の画像形成装置と同一部材には同一符号を付して説明する。
【0032】この画像形成装置は、主要構成要素として像担持体としての感光ドラム1と、この周囲に帯電ローラ2、露光装置3、現像装置4、転写ローラ5、クリーニングブレード14を具備しており、転写ローラ5の転写材Pの搬送方向下流側には定着装置15が配設されている。
【0033】感光ドラム1は、本実施の形態では負帯電の有機感光体でアルミニウム製のドラム基体上に感光層を有しており、所定のプロセススピードで矢印a方向に回転駆動され、その回転過程において帯電ローラ2により負極性の一様な帯電処理を受ける。
【0034】帯電ローラ2は、感光ドラム1表面に所定の押圧力で当接されて回転し、帯電バイアス電源7から帯電ローラ2に対して所定の帯電バイアスを印加して、感光体ドラムを所定の極性、電位に帯電処理する。
【0035】露光装置3は、半導体レーザを用いた走査光学系(不図示)を有しており、入力される画像信号に応じてレーザー光による露光Lを反射ミラー8を介して帯電処理された感光ドラム1上に行って静電潜像を形成する。
【0036】現像装置4は、本実施の形態では非接触1成分現像装置であり、トナー11は非磁性1成分トナーである。転写ローラ10への印加現像バイアスは、直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスを使用した。
【0037】転写ローラ5は、感光ドラム1表面に所定の押圧力で当接されて回転し、転写バイアス電源12から所定の転写バイアスが印加される。転写バイアス電源12には制御装置(CPU)13が接続されている。
【0038】制御装置13は、非通紙時に転写バイアス電源12から転写ローラ5に流れる電流を定電流制御して、その印加した電圧に応じて通紙時の転写電圧を決定する(ATVC制御)。また、制御装置13は、このATVC制御時に転写バイアス電源12を通して転写ローラ5の抵抗値情報を取り込み、この転写ローラ5の抵抗値情報に応じて通紙時に転写バイアス電源12から転写ローラ5に流す転写電流の電流リミット値を決定するよう制御する(詳細は後述する)。
【0039】次に、上記した画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【0040】画像形成時には、感光ドラム1は駆動手段(不図示)により矢印a方向に回転駆動され、感光ドラム1に接して回転する帯電ローラ2により表面が均一に帯電される。そして、帯電された感光ドラム1上に露光装置3から露光Lが反射ミラー8を介して与えられ、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。そして、トナー容器9内のトナー11は現像スリーブ10の回転に伴い、適量のトナー11が適度の帯電を受けた後に感光ドラム1上に供給され、現像スリーブ10上のトナー11が感光ドラム1上の静電潜像に付着してこの静電潜像が現像され、トナー像として可視化される。
【0041】そして、感光ドラム1上のトナー像が感光ドラム1と転写ローラ5間の転写ニップ部nに到達すると、このタイミングに合わせて給紙カセット16内の用紙などの転写材Pが給紙ローラ17と分離パッド18によって1枚ずつ分離されて搬送され、転写バイアス電源12から転写バイアスが印加された転写ローラ5により転写材Pの裏側にトナーと逆極性の電荷が付与されて、表面側に感光ドラム1上のトナー像が転写される。
【0042】そして、トナー像が転写された転写材Pは定着装置15に搬送され、定着装置15による加熱、加圧により転写トナー像が転写材P表面に永久固着画像として定着されて、排紙ローラ19により外部に排出される。また、転写されずに感光体ドラム1上に残った転写残トナーはクリーニングブレード14により除去されて廃トナー容器6に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム1は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。
【0043】次に、上述した画像形成時における転写ローラ5の転写動作について詳細に説明する。図2は、転写ローラ5と感光体ドラム1間の転写ニップ部nの断面図である。
【0044】転写ローラ5は、本実施の形態では直径6mmφのSUSからなる芯金上に発泡EPDMが一体に成形されて構成されている。EPDMにはカーボンブラック、金属酸化物等の導電性粒子が分散されており、体積抵抗値は109 〜1012Ω・cm程度である。図中のWは転写材Pの幅、Lは転写ローラ5の幅である。
【0045】感光ドラム1上のトナー像Tのトナー粒子は負の電荷を持っており、その比電荷Q/Mは約−10μC/mgである。トナー粒子は感光ドラム1の電位による静電気力と鏡像力、ファンデルワールス力などに打ち勝って転写材Pに転写されるよう、転写ローラ5には数KV程度の電圧が転写バイアス電源12から印加されている。転写材Pに転写されたトナー像Tは、転写材Pの転写ローラ5との当接面に付与された表面電荷により保持される。この際、転写特性を均一にするには、転写バイアス電源12から転写材Pの裏面に与えられる電荷密度をある範囲内に制御することが大切である。
【0046】ところで、一般に転写ローラの抵抗値のばらつきを製造工程でなくすことは困難であり、この抵抗値の1〜2桁程度の製造ばらつきを見込む必要がある。また、高温高湿環境と低温低湿環境では転写ローラのゴムの導電性が変動し、その抵抗値は1桁程度変わる。このような転写ローラの抵抗値変動に対応するため、上述したように非通紙時に転写ローラの抵抗を測定し、それに応じて転写印加電圧を変化させる制御が実用化されている。
【0047】ところが、トナーの体積抵抗と転写材の体積抵抗が転写ローラのインピーダンスとほぼ同程度になる条件では、転写材の幅、印字画像の印字比率により転写電流が大きく変動する。一方、転写電圧不足によるトナー飛び散りを避けるために転写電流が大きく変動する条件下でも、最低限必要な電流が流れるよう転写印加電圧を比較的高めに設定していた。
【0048】このように、転写印加電圧を比較的高めに設定することで転写電流不足に陥りにくくなったが、反面吸湿した薄紙等の低抵抗な転写材においては転写電流が流れすぎる傾向があった。例えば、低抵抗な転写材上に印字比率50%程度のグレースケールを印字した場合、トナー有りの部位とトナー無しの部位の間では流れる電流が大きく異なり、転写材裏面の電荷密度差が大きくなる。このため、トナー有り部とトナー無し部との間の電界が強くなり、トナー有り部にあるトナーがその電界の作用を受けて飛び散ってしまう画像不良が発生していた。
【0049】図3は、図2に対応した等価回路図である。この等価回路において、Rtr1は転写材Pと接している転写材Pの幅W分の転写ローラ5の抵抗値であり、Rpは転写材Pの抵抗値、RTはトナー部の抵抗値、Rtr2は転写材Pを介さずに直接感光ドラム1と当接している部分の転写ローラ5の抵抗値である。
【0050】そして、転写材Pの転写ニップ部nにおける単位長さ当たりの抵抗をρ、トナーの転写ニップ部nにおける単位長さ当たりの抵抗をψ、トナー印字率をα、転写ローラ5の抵抗をRとすると、転写ローラ5に転写バイアス電源12から電圧Vを印加したときに流れる電流Iは、図2の等価回路図モデルをもとに次式で表される。
【0051】
I=R(1+cγ2 )/{1+cγ2 (1−γ)}・βV …(1)
ここで、γ=W/L(Wは転写材Pの幅、Lは転写ローラ5の幅)であり、転写材Pの幅(紙幅)と転写ローラPの幅の比を示す。βは補正因子であり、γ=0、つまり転写ニップ部nに転写材Pがないときの転写電流値に応じて決定される。
【0052】cは、転写ローラ5の抵抗に対するトナーを乗せた転写材Pの抵抗の比であり、次式で表される。
【0053】c=(ρ+αψ)・L/R …(2)
図4は、上記cを変化させたときの、上記γに対する転写電流比I(βV/R)の関係の評価結果を示した図である。図4において、(1)はc=100、(2)はc=10、(3)はc=3、(4)はc=1、(5)はc=0.3、(6)はc=0.1、(7)はc=0.003である。この図から明らかなように、cが大きいほど転写電流は転写材Pの幅の影響を受けやすいことが分かる。この場合、転写ローラPの幅は一定である。
【0054】図5は、トナー抵抗に対する転写材Pの抵抗の比(紙/トナー抵抗比)を変化させたときの、c(転写ローラ5の抵抗に対するトナーを乗せた転写材Pの抵抗の比)と、トナー抵抗に対する転写ローラ5の抵抗の比(ローラ/トナー抵抗比)の関係の評価結果を示した図である。図5において、1は紙/トナー抵抗比=0.01、2は紙/トナー抵抗比=0.15、3は紙/トナー抵抗比=0.5、4は紙/トナー抵抗比=1.5、5は紙/トナー抵抗比=5である。この図から明らかなように、cが大きくなるのは、転写材Pの抵抗がトナー抵抗や転写ローラPの抵抗と比較して高い場合、またはトナー抵抗に較べて転写ローラPの抵抗値が低い場合であることが分かる。
【0055】また、転写材Pの抵抗ρL(転写材Pの転写ニップ部nにおける単位長さ当たりの抵抗・転写ローラ5の幅)は、転写材Pが普通紙の場合には1×107 〜1×109 Ω、トナーの抵抗ψL(トナーの転写ニップ部nにおける単位長さ当たりの抵抗・転写ローラ5の幅)は、本実施の形態では1×108 〜5×108 Ω程度、転写ローラ5の抵抗は、1×108 〜1×1010Ωである。これらの値を図5にあてはめてみると、前記cの値は0.01〜10の範囲である。
【0056】cがこの範囲(0.01〜10)の場合、図4において、転写電流比は、条件によっては転写材Pの幅(紙幅)によって10倍程度変化し、違う条件では転写材Pの幅(紙幅)が変わっても5%も変化しないことが分かる。なお、従来の画像形成装置による、上述したATVC制御時の電流リミッタ制御では、cが小さく転写電流変動が大きい条件下でのみ作用していた。
【0057】図6は、本実施の形態における上記した画像形成のシーケンスを示す図である。
【0058】この図に示すように、感光ドラム1はプリントスタート時(前回転時)から画像形成後の後回転時まで回転駆動され、その間帯電バイアスが印加される。また、感光ドラム1に露光装置3より画像データに応じたレーザー露光が行われ、現像バイアスの印加によりトナー像が形成される。
【0059】そして、転写バイアスは、前回転時にクリーニングバイアスがONされた後に制御装置13で定電流制御される。そして、転写ニップnに転写材Pが突入するタイミングに合わせて転写バイアス電源12から転写強バイアスを印加する。この際、転写材Pの裏側に付与する電荷量の上限を設定した電流リミッタ制御を制御装置13で行い、その後、後回転時にクリーニングバイアスをONする。
【0060】図7は、転写ローラ5の抵抗値が製造規格下限ローラと製造規格上限ローラを使用したときの各紙種(例えば、LTR:坪量75g/m2 、A5サイズ用紙:坪量75g/m2 、LTR:坪量187g/m2 、トランスペアレンシーフィルム、B5サイズ封筒、ハガキ)の転写材Pに対する転写電流の値を示したものである。この図から明らかなように、抵抗値が製造規格下限側の転写ローラ5の方が紙種による転写電流のふれ幅が大きいことが分かる。
【0061】また、印字率(ベタ黒、ベタ白、60%印字、40%印字)によっても転写電流は変動している。なお、下限ローラまたは上限ローラ1面、2面とは両面印字の場合を想定しており、2面目の印字は一度紙が定着装置15を通過しているので、含んでいた水分が蒸発してしまい、転写材Pの抵抗値が高くなっている。このように、転写材Pの抵抗値によっても低抵抗の転写ローラ5は転写電流に大きな影響を受けるのが分かる。
【0062】本発明の電流リミット値の設定に際しては、普通紙、薄紙等の転写材で印字率が50%前後の通紙条件で効くことも大切であるが、乾燥紙、つまり2面印字の転写電流不足に注意しなければならない。
【0063】通常転写制御は一番転写電圧を必要とする乾燥紙のベタ黒印字などで転写電流不足を起こさないように設定されるので、乾燥紙のベタ黒印字のときに電流リミッタがかかってしまうと転写不良を起こしてしまう。このときの転写不良を起こさないぎりぎりの転写電流は転写材の幅によって異なり、小サイズ紙の場合は転写ローラと感光体ドラムが直接接している部分が多いため無駄な転写電流が多く、多くの転写電流を必要とする。
【0064】このため、例えば転写材Pとしてのハガキの2面ベタ黒の場合には、電流リミッタがかからないように電流リミット値を設定した。すなわち、図8に示すように、本実施の形態では、抵抗値が製造規格下限側の転写ローラ(下限ローラ)5では転写電流を3.6μA、抵抗値が製造規格上限側の転写ローラ(上限ローラ)では転写電流を3.2μAに設定するよう制御装置13で制御することにより、ハガキ等の小サイズ紙でも転写不良を防ぐことが可能となると同時に、普通紙の印字率40%及び60%の場合の転写電流過多によるトナー飛び散りを防止することができる。
【0065】下記に示す表1は、転写ローラ5の抵抗値に対する上述した従来の転写電流制御と本実施の形態の転写電流リミッタ制御における、普通紙や薄紙等の転写材の反射濃度計で測定したかぶりトナー量である。
【0066】
【表1】

この表から明らかなように、本実施の形態による電流リミッタ制御により、転写電圧を普通紙、薄紙、厚紙でも印字率が低い場合など選択的に下げることが可能になり、白部のかぶりを減っているのが分かる。
【0067】このように本実施の形態では、転写ローラ5の抵抗値に基づいて転写材Pの裏面に付与する電荷量の上限である電流リミッタ値を設定することにより、転写電流過多によるトナー飛び散りを防止して、良好な画像を得ることができる。
【0068】また、本実施の形態では、接触転写手段として転写ローラ5を使用した画像形成装置であったが、これ以外にも転写ブレード、転写ベルト等の接触転写手段を使用する画像形成装置でも、本発明を適用することができる。
【0069】(実施の形態2)図9は、本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略断面図である。
【0070】本実施の形態では、給紙カセット16内から給紙される用紙などの転写材Pのサイズを検知する転写材サイズ検知装置20を設けた構成であり、他の構成は実施の形態1と同様である。
【0071】制御装置13は、転写材サイズ検知装置20で検知した転写材Pのサイズ(幅)情報に基づいて、転写材Pの裏面に付与する電荷量の上限である電流リミッタ値を制御することにより、サイズの異なる転写材Pが通紙されても最適な転写電圧を印加することができる。
【0072】また、転写材サイズ検知装置20で検知した転写材Pのサイズ(幅)情報と、実施の形態1で述べた転写ローラ5の抵抗値情報の両方に基づいて、転写材Pの裏面に付与する電荷量の上限である電流リミッタ値を制御する構成も可能である。この場合には、転写材Pのサイズ(幅)情報と転写ローラ5の抵抗値情報を用いることにより、より細かい転写制御が可能となり、より広い範囲の抵抗値を持つ転写材を使用することができる。
【0073】(実施の形態3)図10は、本実施の形態に係る画像形成装置の転写ニップ部n近傍を示す概略断面図である。
【0074】本実施の形態では、感光ドラム1と転写ローラ5間の転写ニップ部nの転写材Pの搬送方向上流側に、転写材Pを転写ニップ部nに案内するための転写前上ガイド21aと転写前下ガイド21bを設け、転写前下ガイド21bを抵抗体Rを介して電気的に接地した構成であり、他の構成は実施の形態1と同様である。
【0075】転写前上ガイド21aと転写前下ガイド21bは、SUS板やアルスター鋼板などの導電体で構成されている。転写前下ガイド21bに接続した抵抗体Rの抵抗値は、後述する転写電流リミッタのリミット値によって決定される。転写前上ガイド21aと転写前下ガイド21bの転写ニップ部n側の先端は、転写ニップ部nに転写材nが到達したときに転写ローラ5から転写材P表面を伝わって適度の電流が流れるように、転写ニップ部nとの位置が規定されている。
【0076】図11は、転写前下ガイド21bを伝わって電流が流れて、電流リミッタが働いているときの本実施の形態における図2に対応した等価回路図である。この等価回路図は、図2の等価回路に並列に抵抗Rgを追加した構成である。
【0077】抵抗Rgは、転写ニップ部nから最も近いガイド先端、通常転写前下ガイド21bの先端との間にある転写材Pの抵抗分と転写前下ガイド21bと接地の間に繋がれている抵抗体Rの抵抗値と、転写ローラ5の抵抗値の和である。この回路モデルによると、転写ローラ5の抵抗値が高いとき、つまりRtr1、Rtr2の値が大きいときはRgの影響が相対的に大きくなり、Rgを介して流れる電流量が増える。
【0078】また、図8に示したように、低抵抗の転写材Pでトナー飛び散りを起こさないためには、抵抗値の高い転写ローラ5では転写材Pの裏面に与える電荷量を減らす必要がある。つまり、Rpに流れる電流量を減らす必要がある。このためにはRgに流れる電流を調節すればよい。
【0079】図12は、転写ローラ5の抵抗が変化したときのRpに流れる転写電流の関係を示した図である。この場合、定電流源つまり電流リミットは、3.7μA一律でかかるものとしている。ここで、トナーの抵抗と代表的な転写材Pの体積抵抗から計算して、Rtは2×108 Ω、Rpは1×108 Ωとした。図12において、(1)はRg=1×1010Ω、(2)はRg=4.5×1010Ω、(3)はRg=1×1011Ωである。
【0080】図12よりRgが4.5×10100Ωのときに、実施の形態1と同様に転写ローラ5の抵抗値が製造規格下限ローラで3.6μA、転写ローラ5の抵抗値が製造規格上限ローラで3.2μAの電流が流れることが分かる。
【0081】よって、転写前下ガイド21bに抵抗体Rを繋いで接地することで転写電流をリークさせ、さらに転写ローラ5の抵抗値によって電流リミット値を変えることができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
【0082】また、この漏れ電流(リーク電流)は転写材Pを介してアースに流れるので、転写材Pの抵抗値も重要である。転写材Pとして例えば標準的なA4サイズの用紙の搬送方向の抵抗値は1×109 〜1×1010Ω・cmである。
【0083】図13は、この用紙の搬送方向の抵抗値を用い、Rg=4.5×1010Ωから算出した転写前ガイド(転写前下ガイド21b)先端と転写ニップnの距離と、転写前ガイド(転写前下ガイド21b)とアース間に入れるべき抵抗体Rの値の関係を示した図である。図13において、(1)は転写ローラ5の抵抗が5×109 Ω、(2)は転写ローラ5の抵抗が1×109 Ω、(3)は転写ローラ5の抵抗が3×108 Ωの場合である。
【0084】この図から明らかなように、転写ニップ部nと転写前ガイド(転写前下ガイド21b)先端の距離が10mmを超えると必要な抵抗が負になっているが、このことは転写ガイド(転写前下ガイド21b)と転写ニップnの距離に上限が存在することを意味する。本実施の形態においては、この距離が10mm以上では、電流リミット値が転写ローラ5の抵抗値によって所望の変化をしなくなる。よって、転写ローラ5と転写前ガイド(転写前下ガイド21b)の絶縁耐圧を考慮すると、本実施の形態では転写前下ガイド21b(転写前ガイド)と転写ニップ部nの距離は、3mm以上10mm以下が好ましい。
【0085】本実施の形態では、転写材Pの抵抗値が高いときはRgが大きくなるので、図12に示したように転写ローラ5の抵抗値が製造規格上限ローラ(図中の3)でも電流リミット値が変わらなくなり、転写電圧不足の可能性が減る。
【0086】(実施の形態4)図14は、本実施の形態に係る画像形成装置の画像形成シーケンスを示す図である。画像形成装置の構成は、図1に示した実施の形態1と同様である。
【0087】感光ドラム回転から現像バイアス印加までのシーケンスは実施の形態1と同様であり、本実施の形態の転写制御シーケンスでは、まず、前回転中に上述したATVC用定電流制御を行い、そのとき印加した転写電圧の平均値をとる。次に、その平均値で定電圧制御を少なくとも転写ローラ5が一回転する間行い、定電圧制御を開始した時間からタイマのカウントを始める。そして、定電圧制御の間に流れる転写電流のサンプリングを行う。このサンプリングにより、転写ローラ5の回転方向の抵抗ムラ、つまり周ムラの計測ができる。
【0088】転写ニップnに転写材Pが突入するタイミングに合わせて転写強バイアスを印加するが、この際、前記タイマのカウントと既知である転写ローラ5の外径と回転速度から転写ローラ5の周ムラの位相に合わせて転写電流が安定するように逆相の転写電圧制御(周ムラ補正)を制御装置(図1参照)13で行う。そして、後回転時にクリーニングバイアスをONする。
【0089】このように、転写ローラ5の周ムラの位相に合わせて転写電流が安定するように逆相の転写電圧制御を行うことによって転写電流が安定し、正確な定電流制御が可能となり、印字率50%前後のハーフトーン印字において濃度の一様性が高まった。さらに、前記各実施の形態と同様に、転写電流過多によるトナー飛び散りも防ぐことができた。
【0090】また、低抵抗の転写材(用紙)でベタ白を印字したとき、従来の転写電流リミッタでは、周ムラの影響を完全に打ち消すことができず、かぶりが転写ローラピッチで悪化していたが、本実施の形態では周ムラの影響が無くなり、かぶりが転写材全面で均一になることによってさらに目立たなくなった。
【0091】また、従来は周方向の抵抗値の最大値と最小値の比が2までの転写ローラしか使用するができなかったが、本実施の形態の転写制御シーケンスにより、この比が3までの転写ローラでも、トナー飛び散りのない良好な画像を得ることが可能となった。
【0092】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、接触転写手段の抵抗値情報に基づいて転写材に付与する電荷量の上限値を設定することにより、高抵抗の接触転写手段で発生したトナー飛び散りを防止して良好な画像を得ることができるので、広い抵抗範囲の接触転写手段を使用しても良好な画像を得ることが可能となる。
【0093】また、請求項2記載の発明によれば、転写材のサイズに応じて転写材に付与する電荷量の上限値を設定することにより、高抵抗の接触転写手段で発生したトナー飛び散りを防止して良好な画像を得ることができるので、広い抵抗範囲の接触転写手段を使用しても良好な画像を得ることが可能となる。
【0094】また、請求項3記載の発明によれば、転写ニップ部の転写材搬送方向上流側に設けた転写材を転写ニップ部に案内する案内部材に所定抵抗値の抵抗体を接続して接地し、案内部材と転写ニップ部を適切な距離に保つことにより、転写電流の案内部材へのリークを利用して転写電流に適切なリミットをかけることが可能となり、高抵抗の接触転写手段で発生したトナー飛び散りを防止して良好な画像を得ることができるので、広い抵抗範囲の接触転写手段を使用しても良好な画像を得ることが可能となる。
【0095】また、請求項4記載の発明によれば、ローラ転写部材の周期ムラと同期をとって、転写材が転写ニップ部に位置しているときにローラ転写部材の周期ムラと逆相の転写電圧を印加するよう制御することにより、ローラ転写部材の周期ムラに起因する制御外乱を除去して安定な電流制御を行うことできるので、周方向ムラの大きいローラ転写部材を使用しても良好な画像を得ることが可能となる。また、転写電流過多によるトナー飛び散りを防止することができる。




 

 


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