JP4194130B2

JP4194130B2 - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JP4194130B2
Application number: JP09668998A
Authority: JP
Inventors: 健彦鈴木; 俊明宮代; 鶴谷　　貴明; 和弘船谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: JPH11272093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機やレーザプリンタ等のカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のカラー画像形成装置を示す概略図である。
【０００３】
カラー画像形成装置は、像担持体として感光ドラム１を有し、この感光ドラム１は、図示しない駆動手段によって矢印方向に回転され、その回転過程で感光ドラム１に当接した一次帯電ローラ２により表面が一様に帯電される。ついで、露光装置３によりイエローの画像模様に従ったレーザ光Ｌが感光ドラム１の表面に照射され、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【０００４】
回転支持体１１に４個の現像器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが支持されており、感光ドラム１の回転が進むと、回転支持体１１の回転により、イエロートナーを収容した現像器４ａが感光ドラム１と対向した位置（現像位置）に移動し、このように選択された現像器４ａにより感光ドラム１上の潜像が現像される。潜像は現像によりイエロートナー像として可視化される。
【０００５】
感光ドラム１に隣接して、感光ドラム１と略同速度で矢印方向に回転する中間転写ベルト５が設置されており、感光ドラム１上に形成されたイエロートナー像は、１次転写バイアスを印加した１次転写ローラ８ａにより、中間転写ベルト５の表面に転写される（１次転写）。以上の行程をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色について行うことにより、中間転写ベルト５上に４色のトナー像を重ね合わせて転写したカラー画像が形成される。
【０００６】
つぎに転写材カセット１２内からピックアップローラ１３によって転写材が取り出され、所定のタイミングで中間転写ベルト５に供給される。これと同時に２次転写バイアスを印加された２次転写ローラ８ｂが転写材を挟んで中間転写ベルト５に当接し、中間転写ベルト５上の４色のトナー像が転写材の表面に一括して転写される（２次転写）。
【０００７】
このようにして４色のトナー像を転写された転写材は、搬送ベルト１４によって定着装置６まで搬送され、そこで加熱および加圧によりトナーが転写材に溶融固定されて、カラーの定着画像が得られる。４色のトナー像の転写が終了して、中間転写ベルト５の表面に残留した２次転写残りのトナーは、クリーニングローラ１５により電荷が付与された後、１次転写ローラ８ａにより感光ドラム１上に逆転写され、中間転写ベルト５から除去される。一方、感光ドラム１上の１次転写残りトナーおよび逆転写された２次転写残りトナーは、クリーニング装置の公知のブレード手段７により感光ドラム１から除去される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の中間転写ベルト５は、高温高湿環境下や長期間の使用による抵抗変動で、ベルトの時定数τが下がる。ここで、時定数τとは、ベルトをＶo （Ｖ）に帯電して、それがＶo ／ｅ（Ｖ）（ｅは自然対数の底）に減衰するまでの時間である。
【０００９】
この中間転写ベルト５の時定数が下がると、ドラムゴーストが発生する問題があった。
【００１０】
すなわち、２色目以降の１次転写の際、中間転写ベルト５上に前色までの１次転写により所定の電荷が保持されており、中間転写ベルト５上の電位が下がっているので、これを前提に２色目以降の１次転写バイアスを決定している。中間転写ベルト５の時定数τが低下すると、中間転写ベルト５上に所定の電荷が保持できなくなり、中間転写ベルト５上の電位が高くなる。従って、上記で決定した転写バイアスと同一のバイアスを印加しても、所望の電位差以上の電位差になり、このため感光ドラム１へ過剰な電流が流れてしまい、ドラムゴーストが発生する。
【００１１】
また、中間転写ベルト５の時定数τが顕著に低下すると、トナーの飛び散り等の不具合も発生し、画質が劣化する。
【００１２】
このように、中間転写ベルト５の寿命を決める主たる要因は、中間転写ベルト５の時定数τの低下である。従って、時定数が所定値に低下したら、中間転写ベルト５の寿命をユーザーに知らせることが望ましい。
【００１３】
しかしながら、従来は、プリント枚数や中間転写ベルトの回転数等の予め定めた条件が所定値に達したことにより、中間転写ベルト５が寿命に至ったものとしてユーザーに知らせていた。しかし、中間転写ベルト５の時定数の低下は、使用環境や使用モード等によって変動する。このため、正常にプリントできるにもかかわらず、中間転写ベルト５を交換してしまうことがあった。
【００１４】
本発明の目的は、中間転写体の時定数τが下がっても、ドラムゴーストのない高品質の画像を得ることができ、また中間転写体の寿命告知を使用環境や使用モード等によらずに常に最適時期に行うことを可能としたカラー画像形成装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にかかるカラー画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と、中間転写体と、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体を露光し、現像して各色のトナー像が得られるたびに、そのトナー像を前記中間転写体に重ね合わせて転写する１次転写手段と、前記中間転写体に転写された各色のトナー像を一括して転写材に転写する２次転写手段とを有するカラー画像形成装置において、複数の定電圧電源と、前記複数の定電圧電源からの電圧の印加により前記中間転写体に電圧を印加し、前記中間転写体に電荷を付与する複数の電荷付与手段と、前記複数の電荷付与手段による電圧の印加によって発生する前記中間転写体に流れる電流を検知する電流検知手段とを有し、前記電荷付与手段により前記中間転写体の回動過程で前記中間転写体の同一箇所に連続して複数回電圧を印加し、前記電流検知手段によって複数回検知したそれぞれの電流値に応じて、前記１次転写手段に印加する１次転写バイアスを制御することを特徴とするカラー画像形成装置である。
【００１６】
本発明の一実施態様によれば、前記電荷付与手段が２つであり、前記１次転写手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記２次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる。
【００１７】
本発明の他の実施態様によれば、前記帯電手段とは別の第２の帯電手段と、第２の帯電手段からの帯電バイアスの印加により、前記中間転写体上の２次転写残りのトナーに電荷を付与するクリーニング部材とがさらに設置され、前記電荷を付与された２次転写残りのトナーは、前記１次転写手段によるトナー像の中間転写体への転写と同時に像担持体に逆転写されるようになっており、そして前記電荷付与手段が２つであり、前記第２の帯電手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記１次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる。
本発明の他の実施態様によれば、前記帯電手段とは別の第２の帯電手段と、第２の帯電手段からの帯電バイアスの印加により、前記中間転写体上の２次転写残りのトナーに電荷を付与するクリーニング部材とがさらに設置され、前記電荷を付与された２次転写残りのトナーは、前記１次転写手段によるトナー像の中間転写体への転写と同時に像担持体に逆転写されるようになっており、そして前記電荷付与手段が２つであり、前記第２の帯電手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記２次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に即して詳細に説明する。
【００１９】
実施例１
図１は、本発明のカラー画像形成装置の要部を示す概略図である。本発明は、中間転写体である中間転写ベルト５に電圧を印加して、そのときの電流値から中間転写ベルト５の時定数τを推定し、１次転写ローラ８ａに印加する１次転写バイアス等を制御することが大きな特徴である。本発明のカラー画像形成装置の構成自体は、図８に示した従来のカラー画像形成装置と基本的に同じであるので、以下必要に応じて図８を援用して説明する。
【００２０】
図８の従来のカラー画像形成装置では、１色目から４色目までのトナー像を１色目から４色目まで予め決められた転写バイアスにより、順次中間ベルト５上に１次転写していく。このときの転写バイアスは、中間転写ベルト５の表面電位と感光ドラム１の表面電位（暗部電位ＶD ）の電位差が所定の電位になるように設定する。１色目の転写前には中間転写ベルト５上には前残留電荷がないように除電されているので、印加された１色目の転写バイアスＶt1が中間転写ベルト５の表面電位となるため、差分Ｖt1−ＶD が所定の値になるようにＶt1を設定する。２色目転写時には、中間転写ベルト５上には１色目転写時に与えられた電荷（転写バイアスとは逆極性）が残っているため、中間転写ベルトの表面電位は印加された２色目の転写バイアスよりも低くなる（Ｖt2−ΔＶ1 ）。従って、Ｖt2−ΔＶ1 −ＶD が所定の値になるようにＶt2を設定する。同様に、３色目、４色目の転写バイアスも、前色までの残留電荷を考慮して設定している。
【００２１】
しかし、中間転写ベルト５はプリント枚数が進むにつれて表面に窒素酸化物等が付着し、それが吸湿することにより徐々に表面抵抗が下がり、時定数τも低下してしまう。これは、雰囲気の温湿度によっても変わり、高温高湿環境が最も顕著である。
【００２２】
このように、中間転写ベルト５の時定数が下がると、電荷保持能力が低下してしまう。これにより、前色までの残留電荷が減るため、所望の電位差よりも大きな電位差が発生し、転写電流が増加してしまう。転写電流が増加する、すなわち感光ドラム１が付与される電荷が増加すると、感光ドラム１の次回の帯電で所望の電位に帯電されず、ドラムゴーストが発生する。
【００２３】
そこで、本実施例では、図１に示すように、中間転写ベルト５に電荷を付与する手段として接離可能な電荷付与ローラ１６を設置し、中間転写体５が２回転する間に、定電圧電源２２からの電荷付与ローラ１６への電圧の印加によって、電荷付与ローラ１６で中間転写ベルト５の同一箇所に電圧を連続的に２回印加して中間転写ベルト５に２回電荷を付与し、そのとき中間転写ベルト５に流れる各電流値を電源２２に接続された電流検知手段２４により検知した。そして検知した２回分の電流値のそれぞれに応じて、ＣＰＵ２０により中間転写ベルト５の時定数τを推定し、これに基づき１次転写電源１８により１次転写ローラ８ａに印加する１次転写バイアスを制御するようにした。
【００２４】
本実施例によれば、中間転写ベルト５は、体積抵抗１０⁵ Ωｃｍ以下のＮＢＲ（ニトリルゴム）を厚さ１ｍｍ、幅２３０ｍｍ、周長１４０πｍｍの円筒状にシームレス成形し、その上に高抵抗の誘電体層を厚さ５０μｍ程度にコートして構成した。１次転写ローラ８ａには、体積抵抗１０⁵ Ωｃｍ以下のＥＰＤＭによる直径１４ｍｍ、幅２２０ｍｍのローラを用いた。電荷付与ローラ１６には、体積抵抗１０⁷ 〜１０⁸ ΩｃｍのＥＰＤＭによる直径１８ｍｍ、幅２２０ｍｍのローラを用いた。
【００２５】
１次転写バイアスを印加したときの中間転写ベルト５の時定数τの変化に対する転写電流Ｉt の変化を図２に示す。図２において、Ｉt1、Ｉt2、Ｉt3、Ｉt4は、１色目、２色目、３色目および４色目の転写電流で、それぞれ１次転写バイアスとして１００Ｖ、５５０Ｖ、７００Ｖおよび８５０Ｖを印加した。
【００２６】
図２から明らかなように、各色とも中間転写ベルト５の時定数τが小さくなるほど多く、また転写電流は３色目、４色目と後の色ほど多く、時定数τの変化に対する転写電流の差分は３色目、４色目で特に大きく、４色目が最も大きい。ドラムゴーストは、転写電流が９μＡを超える３色目、４色目で発生した。
【００２７】
５００Ｖの電圧を印加した電荷付与ローラ１６により中間転写ベルト５の同一箇所に２回連続して電荷を付与したときの時定数τに対する転写電流Ｉ1 、Ｉ2 の変化を図３に示す。
【００２８】
図３に示されるように、この場合も、図２の転写電流の変化と同様の傾向を示していることが分かる。また、２つの電流値の比Ｉ2 ／Ｉ1 は、時定数τが大きくなるほど小さくなるような相関があることが分かる。
【００２９】
そこで、本実施例では、１色目、２色目、３色目、４色目の１次転写バイアスＶt10 、Ｖt20 、Ｖt30 、Ｖt40 を以下のように設定した。
【００３０】
Ｖt10 ＝１００（Ｖ）
Ｖt20 ＝５００＋１００×（１−Ｉ2 ／Ｉ1 ）（Ｖ）
Ｖt30 ＝５５０＋３００×（１−Ｉ2 ／Ｉ1 ）（Ｖ）
Ｖt40 ＝６００＋５００×（１−Ｉ2 ／Ｉ1 ）（Ｖ）
【００３１】
これにより、転写電流Ｉt10 、Ｉt20 、Ｉt30 、Ｉt40 は図４のようになり、時定数τが下がっても、転写電流が９μＡを超えることがなくなり、ドラムゴーストを防止することができる。
【００３２】
以上では、電流の測定を２回行ったが、３回以上行うことができるのはいうまでもない。
【００３３】
実施例２
前述したように、中間転写ベルト５の時定数τが下がると転写電流が多くなり、次回の帯電で感光ドラム１が所望の電位まで達せず、ドラムゴーストが発生する。つまり、ドラムゴーストは帯電能力以上の電荷が転写により付与されることにより発生する。そこで、本実施例では、転写電流が多い（中間転写ベルトの時定数τが低い）ときに、帯電能力を上げてやるように帯電ローラ２の帯電バイアスを制御した。
【００３４】
従来、帯電バイアスはＶdc＝−５５０Ｖの直流成分にＶpp＝２．０ｋＶ、周波数１．２ｋＨz の交流成分を重畳したものを用いていた。このバイアスでは、転写電流が９μＡ以上になると、ドラムゴーストが発生した。
【００３５】
帯電バイアスのＶppを変更し、転写電流に対するドラムゴーストの発生状況を実験した結果を表１に示す。表１において、符号の○はドラムゴーストが発生しないことを示し、×はドラムゴーストが発生することを示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１によれば、Ｖppを高くすることによって帯電能力が上がっていることが分かる。
【００３８】
これを踏まえて、本実施例では、図５に示すように、電荷付与ローラ１６により電圧を中間転写ベルト５の同一箇所に連続して印加し、その各印加時、中間転写ベルト５に流れる電流値を電流検知手段２４で検知し、ＣＰＵ２０により中間転写ベルト５の時定数τを推定する。そして、それに基づき帯電バイアス電源２６により帯電ローラ２に印加する帯電バイアスのＶppを制御する。
【００３９】
実施例１で説明したように、転写電流は中間転写ベルト５の時定数τと相関があり、τは実施例１と同様に電荷付与ローラ１６から中間転写ベルト５の同一箇所に２回連続して電圧を印加したときの各電流値Ｉ1 、Ｉ2 の比Ｉ2 ／Ｉ1 で推定することができる。
【００４０】
そこで、本実施例では、帯電バイアスのＶppを以下のように設定した。
【００４１】
Ｖpp＝２．６−１．２×（１−Ｉ2 ／Ｉ1 ）（ｋＶ）
これにより、中間転写ベルト５の時定数τが低下しても、ドラムゴーストを防止することができる。
【００４２】
本実施例では、帯電バイアスのＶppを変更したが、ＡＣ電流値やあるいはＶdcや周波数を変更することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
実施例３
本実施例では、中間転写ベルト５の時定数τが所定の範囲から外れた場合に、中間転写ベルト５の寿命に関する信号を出力するようにした。
【００４４】
詳述すると、中間転写ベルト５の寿命は時定数τの低下に基づいている。中間転写ベルト５のτが著しく低下すると、前述したドラムゴーストだけでなく飛び散り等の不具合も発生し、画質に大きな影響を与えるため、所望のτになったら寿命をユーザーに知らせていた。
【００４５】
しかし、時定数τの低下は使用環境、使用モード等によってその速度が変わるが、従来はその中で最も速い条件でのプリント枚数を持って寿命としていた。従って、ほとんどの場合、中間転写ベルト５が依然として使用可能な状態であるにもかかわらず、寿命となってしまっていた。
【００４６】
本実施例では、上記不具合を解決するために、図１等において、ＣＰＵ２０に中間転写ベルト５の寿命に関する図示しない報知手段を設置し、上述した方法で中間転写ベルト５の時定数τを推定し、この値が所定の範囲から外れた場合、報知手段に中間転写ベルト５が寿命に達する旨のメッセージを表示して、ユーザーに告知するようにした。
【００４７】
本実施例によれば、これにより、使用環境、使用モードに応じて、中間転写ベルト５の最終的な交換時期を常に適切に知らせることができる。
【００４８】
実施例４
本実施例では、図６に示すように、１次転写ローラ８ａに１次転写バイアスを印加する１次転写電源１８に電流検知手段２４を接続し、１次転写ローラ８ａにより中間転写ベルト５の同一箇所に２回連続して電圧を印加し、電流検知手段２４によりそれぞれの電流値を検知して、中間転写ベルト５の時定数τを推定し、１次転写バイアスを制御するようにした。
【００４９】
すなわち、前の実施例１では、電荷付与ローラ１６、つまり電流測定用の電荷付与手段を設置していたが、本実施例では、１次転写ローラ８ａに電荷付与手段に兼ねさせて、特別な電荷付与手段を設置することを省略した。これにより、コストアップをすることなく、実施例１と同様な効果を発揮することができる。
【００５０】
本実施例では、１次転写ローラ８ａが電荷付与手段を兼ねたが、２次転写ローラ８ｂや中間転写ベルト５のクリーニングローラ１５に電荷付与手段を兼ねさせてもよく、同様な効果を得ることができる。
【００５１】
実施例５
本実施例では、図７に示すように、１次転写ローラ８ａと２次転写ローラ８ｂのそれぞれを電荷付与手段とし、１次転写電源１８からの１次転写ローラ８ａへの電圧の印加、２次転写電源２８からの２次転写ローラ８ｂへの電圧の印加により、中間転写ベルト５の同一箇所に連続して電圧を印加する。そしてそれぞれの電流検知手段２４、３０により得られた各電流値から、ＣＰＵ２０により中間転写ベルト５の時定数τを推定し、それに基づき電源１８により１次転写ローラ８ａに印加する１次転写バイアスを制御するようにした。
【００５２】
前の実施例１〜４では、１つの電荷付与手段により２回の電流測定を行っていたため、少なくとも中間転写ベルト５を２回転させる必要があったが、本実施例では、中間転写ベルト５の１回転で２回の電流測定が可能なため、制御工程の時間短縮が図れる。
【００５３】
本実施例では、電流検知を行って１次転写ローラ８ａの１次転写バイアスを制御したが、帯電ローラ２の帯電バイアス制御や、中間転写ベルト５の寿命決定を行ってもよい。
【００５４】
また本実施例では、１次転写ローラ８ａと２次転写ローラ８ｂのそれぞれに電荷付与手段を兼ねさせたが、電荷付与手段の１つを中間転写ベルト５のクリーニングローラ１５で代用してもよい。さらに３つ以上の電荷付与手段を用いることもできる。
【００５５】
本発明における電流検知は、画像形成行程の先頭の非画像部で毎回プリント中に行うのが好ましいが、電源投入時やジャム処理後の作動状態復帰時の前回転のときに行っても、あるいは濃度制御の前後で行ってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の定電圧電源と、複数の定電圧電源からの電圧の印加により中間転写体に電圧を印加し、中間転写体に電荷を付与する複数の電荷付与手段と、複数の電荷付与手段による電圧の印加によって発生する中間転写体に流れる電流を検知する電流検知手段とを有し、電荷付与手段により中間転写体の回動過程で中間転写体の同一箇所に連続して複数回電圧を印加し、電流検知手段によって複数回検知したそれぞれの電流値に応じて、１次転写手段に印加する１次転写バイアスを制御するようにしたので、中間転写体の時定数τが下がっても、ドラムゴーストが発生するのを防止することができる。
【００５８】
また、複数の電荷付与手段を設置して、中間転写体の同一箇所に連続して複数回電圧を印加するようにしたので、１次転写バイアス制御等の時間を短縮することができる。さらに、１次転写手段、２次転写手段もしくは中間転写体のクリーニング手段に電荷付与手段を兼ねさせた場合には、コストを上昇することなく、１次転写バイアス制御等を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラー画像形成装置の一実施例における要部を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部に設置された中間転写ベルトに１次転写バイアスを印加したときの中間転写ベルトの時定数τの変化に対する転写電流Ｉt の変化を示す図である。
【図３】図１の要部に設置された電荷付与ローラにより中間転写ベルトの同一箇所に２回連続して電荷を付与したときの時定数τに対する転写電流Ｉ1 、Ｉ2 の変化を示す図である。
【図４】図１の実施例における制御を行ったときの中間転写ベルトの時定数τに対する転写電流の変化を示す図である。
【図５】本発明の他の一実施例における要部を示す概略構成図である。
【図６】本発明のさらに他の一実施例における要部を示す概略構成図である。
【図７】本発明のさらに他の一実施例における要部を示す概略構成図である。
【図８】従来のカラー画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１感光ドラム
２帯電ローラ
５中間転写ベルト
８ａ１次転写ローラ
８ｂ２次転写ローラ
１６電荷付与ローラ
１８、２２、２６、２８電源
２０ＣＰＵ
２４、３０電流検知手段

Claims

像担持体と、中間転写体と、前記像担持体を一様に帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体を露光し、現像して各色のトナー像が得られるたびに、そのトナー像を前記中間転写体に重ね合わせて転写する１次転写手段と、前記中間転写体に転写された各色のトナー像を一括して転写材に転写する２次転写手段とを有するカラー画像形成装置において、複数の定電圧電源と、前記複数の定電圧電源からの電圧の印加により前記中間転写体に電圧を印加し、前記中間転写体に電荷を付与する複数の電荷付与手段と、前記複数の電荷付与手段による電圧の印加によって発生する前記中間転写体に流れる電流を検知する電流検知手段とを有し、前記電荷付与手段により前記中間転写体の回動過程で前記中間転写体の同一箇所に連続して複数回電圧を印加し、前記電流検知手段によって複数回検知したそれぞれの電流値に応じて、前記１次転写手段に印加する１次転写バイアスを制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
前記電荷付与手段が２つであり、前記１次転写手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記２次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる請求項１のカラー画像形成装置。
前記帯電手段とは別の第２の帯電手段と、第２の帯電手段からの帯電バイアスの印加により、前記中間転写体上の２次転写残りのトナーに電荷を付与するクリーニング部材とがさらに設置され、前記電荷を付与された２次転写残りのトナーは、前記１次転写手段によるトナー像の中間転写体への転写と同時に像担持体に逆転写されるようになっており、そして前記電荷付与手段が２つであり、前記第２の帯電手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記１次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる請求項１のカラー画像形成装置。
前記帯電手段とは別の第２の帯電手段と、第２の帯電手段からの帯電バイアスの印加により、前記中間転写体上の２次転写残りのトナーに電荷を付与するクリーニング部材とがさらに設置され、前記電荷を付与された２次転写残りのトナーは、前記１次転写手段によるトナー像の中間転写体への転写と同時に像担持体に逆転写されるようになっており、そして前記電荷付与手段が２つであり、前記第２の帯電手段が前記電荷付与手段の一方を兼ね、前記２次転写手段が前記電荷付与手段の他方を兼ねる請求項１のカラー画像形成装置。