JP4681865B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に転写手段において紙などのシートにトナーによる未定着画像を転写し、続いて搬送される定着装置において該未定着画像を定着するプロセスを有する画像形成装置に関する。

従来から、トナーを含む現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置においては、感光体上に潜像を形成し、これをトナーによって現像し、シートに転写した後に、定着装置によって加熱、加圧することによって画像を形成している。また複数色のトナーを用いてカラー画像を得るものには、中間転写体上に重畳的に一次転写したカラートナー像を一括してシートに二次転写するものと、シートに直接重畳的に各色のトナー像を順次転写するものがある。

図８は従来の中間転写体を用いた転写部近傍を説明する図である。図８（ａ）において、感光体ドラム30上のトナー像は、中間転写体の例としての中間転写ベルト35に重畳的に一次転写される。中間転写ベルト35上のカラートナー像は、転写手段の例としての転写ローラ39と、中間転写ベルト35を張架するローラの一つである転写対向ローラ38とから構成される転写手段によって、シートに一括して二次転写される。転写ローラ39と転写対向ローラ38の間には図示しない電源手段により所定のバイアス電圧がかけられるようになっている。

トナー像を転写されたシートは定着装置の例としての加熱定着器36へと搬送され、定着ローラ44および加圧ローラ45によって熱と圧力を印加されることにより、画像を定着される。転写ニップ(中間転写ベルト35と転写ローラ39の圧接部)と定着ニップ(定着ローラ44と加圧ローラ45の圧接部)の間には、シートを定着ニップへ案内するガイド部材43と、電極部材として、帯電したシート上の電荷を除去する除電針42が配置されている。

転写ニップにより搬送されるシートは、図８（ｂ）に示すように、先端部をガイド部材43によりガイドされることにより、定着ニップに導かれる。定着ニップに挟持された後は図８（ａ）に示すようにループをつくりながら、転写ニップ、定着ニップの両者に挟持搬送されつつ、転写、除電、定着工程が行われる。転写ニップ、定着ニップの両者に挟持搬送される構成とすることにより、画像形成装置の小型化が可能になる。

また特許文献１(特開平５−１０７９６６号公報)に示されるように、転写−定着間にシートに生じるループ量を検知する検知手段を備え、定着搬送速度を切替えることによりループ量を安定させるものも提案されている。

特開平５−１０７９６６号公報

しかしながら、図８に示した画像形成装置においては、転写ニップにおいてシートが搬送される速度と、定着ニップにおいてシートが搬送される速度の差異を原因として、転写手段と定着装置の間に形成されるループの状態が変化する。そして、ループの状態の変化に伴い、シートと電極部材の距離も変化し、画像欠陥が生ずる課題が有る。

また、特許文献１に示す画像形成装置においては、ループの状態を安定せて画像欠陥の発生を防ぐために、定着搬送速度の切り替えが頻繁に必要であり、切り替えによるモータの発する騒音が大きくなる課題が有る。

両者の問題とも、転写手段と定着装置の距離が短い画像形成装置において、特に顕著である。

このように、上流と下流の２つのローラ対で挟持搬送されるシート材は、上流と下流のローラ対の搬送速度が完全に一致する場合には、初期のループ量が維持されたまま搬送される。しかしながら、上流と下流のローラ対に速度差がある場合には、ループ量は搬送中に刻々と変化していく。すなわち、図８（ｃ）に示すように、初期ループＰ０で搬送されるシートについては、例えば上流の転写ローラ39の搬送速度より下流の定着ローラ44の搬送速度が速い場合には、図８（ｃ）のループ量はＰ１のようにループが小さくなっていき、逆に転写ローラ39が定着ローラ44より早い場合にはＰ２のように大きくなっていく。

このようにループ量が変化すると、シートと除電針42のギャップｇ、つまり、シートと、除電42のシートに最近接する位置Ｙとのギャップｇが変化する。除電針42の除電能力は対象物との距離に大きく影響されるため、このようにギャップｇが変化すると除電状態にも変化が生じ、様々な画像欠陥を引き起こすという問題が発生する。一般に除電針42とシートのギャップgの変化量Δgが1[mm]を超えると画像上の欠陥が目立ってくる。

除電針とシートのギャップ変化量Δgを図８のモデルをもとに数式化して説明する。図８のように転写ニップの中心Ｔと定着ニップの中心Ｆにより搬送中のシートの初期のループ量を、図９（ａ）のように二等辺三角形の二辺の形状に近似してモデル化する。三角形の底辺は、転写ニップの中心Ｔと定着ニップの中心Ｆとの最短直線である。

転写ニップから搬送されるシートは、まず転写ニップ方向(転写ニップの中心Ｔの接線方向であって、転写ローラ対の中心間を結んだ線に垂直な方向)に排出される。従って、転写ニップの中心Ｔと定着ニップの中心Ｆとの最短直線と転写ニップの接線とがなす角度をφ[rad]とすると、初期ループ量においては、二等辺三角形の二等角はφ[rad]となる。

一方、転写、定着に速度差が有る場合、ループ量は変化して、例えば図９（ｂ）の二点鎖線のようになる。このとき図において、二等辺三角形の二等角はφ[rad]からφ'[rad]に変化し除電針先端とシートの距離gはg'に変化している。

画像欠陥の原因となる除電針のシートに最近接する位置Ｙとシートのギャップ変化量Δgは
Δg=ABS(g'-g) (１)
で与えられる(ABSは絶対値を求める関数)。

変化後のギャップ量g'は除電針と転写ニップの距離j[mm]とφ、φ'により表され、
g'=g+j*(φ-φ') (２)
となる(微少角であることによる近似)。これを(１)に代入して整理すると
Δg=j*ABS(φ-φ') (３)
となる。

ところで、図９（ｂ）のようなループ量変化は、転写ローラ39と定着ローラ44の搬送速度差による、転写−定着間のループ長変化によって生じる。初期ループ時のループ長をL[mm]、変化後のループ長をL'[mm]、転写ニップの中心Ｔと定着ニップの中心Ｆとの間の最短直線の長さをd[mm]とすると、図９（ｂ）の二等辺三角形から幾何的に、
COSφ=d/L (４)
COSφ'=d/L' (５)
となる。一方、L'はLの変化量ΔL[mm]により与えられ、
L'=L+ΔL (６)
であるが、ΔLは定着-転写の速度差ΔV[mm/sec]、転写ニップと定着ニップの両方に挟持されて搬送される搬送時間T[sec]によって表され、
ΔL=ΔV*T (７)
である。ここで、搬送時間Tは搬送するシートの長さP[mm]、転写部の搬送速度V[mm/sec]、初期ループ長L[mm]で与えられ、
T=(P-L)/V (８)
となる。なお、転写、定着両方が挟持する前に転写のみで搬送されるシート長さが初期ループ長Lで、残りの部分P-Lだけの長さを速度Vで搬送する時間がTである。

(４)を変形すると
L=d/COSφ (９)
であるから、これを(８)に代入すると
T=(P-d/COSφ)/V (１０)
となる。これを(７)に代入して
ΔL=ΔV*(P-d/COSφ)/V (１１)
となる。(９)、(１１)を(６)に代入すると
L'=d/COSφ+(P-d/COSφ)*ΔV/V (１２)
これを(５)に代入すると
COSφ'=d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)*ΔV/V)) (１３)
となる。COSの逆関数をACOSと表記すれば、式(１３)は以下のようにあらわせる。

φ'=ACOS(d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)*ΔV/V)) (１４)
これを(３)に代入すると、除電針とシートのギャップ変化量Δgが転写ニップの中心Ｔと定着ニップＦの最短直線長をd[mm]、この直線と転写ニップ角がなす角をφ[rad]、転写と除電針の転写ニップ角方向の距離をj[mm] 、シート長さをP[mm]、転写速度をV[mm/sec]、転写と定着で発生しうる最大速度差をΔV[mm/sec]で表され、
Δg=j*ABS(φ-ACOS(d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)*ΔV/V))) (１５)
となる。

今、図９（ｂ）の例としてd=80[mm]、φ=0.26[rad](15°)、j=15[mm]、P=420[mm]として、式(１５)に代入すると速度差比率ΔV/Vと除電針ギャップ変動Δg[mm]の関係が求まり、図１０（ａ）のようになる。この図より分かるように、除電針ギャップΔgを小さくするには速度差比率ΔV/Vを小さくすれば良い。しかし、そのためには転写、定着の速度を高精度に制御したり、各ローラ径を高精度に加工する必要がある。このため、複雑な制御手段により装置が大型化したり、コストが上昇するという問題がある。また、Δgを完全に０にするには当該ギャップをリアルタイムに計測して速度差ΔVを０に保つ必要があり、装置の著しい複雑化と高精度の駆動によるコストアップを招くため、好ましくない。

また、上記速度差比率を例えばΔV/V=0.01(1%)とし、式(１５)より最短直線長dとΔgの関係を求めると図１０（ｂ）のようになる。この図より分かるように、最短直線長dを大きくすればΔgは小さくなるが、転写、定着間が離れる方向であるため、装置が大型化する問題がある。また、装置の小型化のため転写、定着間をショートパス化すると最短直線長dが小さくなるので図のようにΔgが増大する。特に最短直線長dが80[mm]以下の領域ではΔgが飛躍的に増大するようになり、画像欠陥が非常に起きやすくなる。

一方、このような、Δgを抑えるための手段としてはループの形状を検知して、その結果を転写もしくは定着の速度にフィードバックしてループ量を維持するいわゆるループ検知制御が提案されている。

この場合、ループを検知してすばやく速度を切替える機構を設ければΔgを十分小さく制御することが可能であるが、この場合、上記速度切替が非常に頻繁に入るためこの切替え音やモータの変調音などによる騒音問題が発生する。

図１１は、従来のループ検知制御を備えた転写部近傍を説明する図である。図１１（ａ）に示すように、転写ニップと定着ニップの間には、シートに生じるループ量を検知する検知手段の例としてループ検知センサ47が設けられている。ループが初期ループＰ０よりも大きくなるとループ検知センサ47が回動し、不図示のフォトセンサをonするよう構成されている。定着ローラ対44、45（第１の定着手段、第２の定着手段）の駆動手段には図示しない速度可変モータが用いられ、転写の搬送速度V[mm/sec]より速いVh[mm/sec]と遅いVw[mm/sec]の2通りで速度が切替え可能となっている。

そして、シートを搬送した場合、ループが成長してループ検知センサ47がonすると定着速度をVwとし、センサがoffするとVhとするよう制御を行う。この際、センサon/offしてから実際の速度切替が完了するまでには機構制御上もしくは意図的に切替え遅れ時間Tk[sec]が発生する。この遅れ時間によりシートのループ量は、ループ検知センサ47が検知した時のループ量を中心に、図１１（ａ）に破線で示すように脈動することになる。このときの除電針ギャップ変動Δgを図９（ｂ）の例と同様に求めると以下のようになる。

Δg=j*(φh-φw) (１６)

ここで、φhは定着速度がVwからVhに切替わる瞬間の上限ループ量におけるシートと転写−定着間の最短直線がなす角、φwは上記と逆にVhからVwに切替わる瞬間の下限ループ時のシートと転写−定着間の最短直線がなす角である。

上限ループ時のループ長をLh[mm]とすると、幾何的に、
COSφh=d/Lh (１７)
となる。一方、ループ検知センサon/off時のループ量におけるループ長さをLs[mm]とすると、
Lh=Ls+(Vh-V)*Tk (１８)
で与えられる。ループ検知センサ47がループ量を検知した時に前記最短直線と前記転写ニップを抜けたシートとがなす角度をループセンサ検知角φs[rad]とすると、
COSφs=d/Ls (１９)
であるから、
Ls=d/COSφs (２０)
を(１８)に代入して、
Lh=d/COSφs+(Vh-V)*Tk (２１)
となる。これを(１７)に代入すると
COSφh=d/(d/COSφs+(Vh-V)*Tk) (２２)
となるので、
φh=ACOS(d/(d/COSφs+(Vh-V)*Tk)) (２３)
を得る。

下限ループ側の角φwも同様に求めると
φw=ACOS(d/(d/COSφs+(Vw-V)*Tk)) (２４)
となり、(２３)、(２４)を(１６)に代入して
Δg=j*(ACOS(d/(d/COSφs+(Vh-V)*Tk))-ACOS(d/(d/COSφs+(Vw-V)*Tk))) (２５)
となる。

一方、ループが脈動する速度切替のサイクル時間をTs[sec]とするとTsは以下の各時間の和となる。すなわち、センサがonしてから速度がVwからVhに切替わるまでの遅れ時間Tk、上記遅れにより成長したループを速度Vhにより解消してセンサoffとなるまでの時間、センサがoffしてから速度がVhからVwに切替わるまでの遅れ時間Tk、上記遅れにより減少したループを速度Vwにより解消してセンサonとなるまでの時間である。これを式で表すと、
Ts=Tk+(V-Vw)*Tk/Vh+Tk+(Vh-V)*Tk/Vw (２６)
となる。

今、図１１（ａ）の例としてd=80[mm]、φs=0.26[rad](15°)、j=15[mm]、V=150[mm/sec]、Vh=155[mm/sec]、Vw=145[mm/sec]として、上記(２５)、(２６)に代入すると切替え遅れ時間Tk[sec]と除電針ギャップ変動Δg[mm]、速度切替サイクル時間Ts[sec]の関係が求まり、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）のようになる。

この図１１（ｂ）から分かるように切替え送れ時間Tkを小さくすればΔg[mm]を小さくすることができるが、その場合図１１（ｃ）から分かるように速度切替のサイクルが小さくなる。このような短い切替えサイクルにおいては駆動の速度が常時変わり安定しないため、モータや駆動機構からの騒音が増大する問題もある。

そこで本発明の目的は、転写手段の下流側に電極部材を備え、転写手段と定着装置が近接して配置されており、かつ転写手段と定着装置の間にシートのループが形成される画像形成装置において、シートと電極部材の距離の安定化を図り、画像欠陥の発生を防ぐことである。

また、本発明の他の目的は、転写手段の下流側に電極部材を備え、転写手段と定着装置が近接して配置されており、かつ転写手段と定着装置の間にシートのループの状態を制御し、画像欠陥の発生を防ぐ画像形成装置において、モータの駆動音を抑えることである。

また、転写手段と定着装置の間の搬送パスが屈曲している画像形成装置において、複雑な機構等を用いることなく、搬送されるシートと除電針のギャップ変動を低減することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に接触して転写ニップを形成し、前記転写ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ転写する転写手段と、第１の定着手段と第２の定着手段とにより形成される記録材を挟持搬送する定着ニップを有し、前記第１の定着手段または前記第２の定着手段の一部に弾性層が設けられているトナー像を記録材へ定着する定着装置と、前記転写手段と前記定着装置の間に電極部材を有し、記録材は、前記転写ニップにて挟持搬送されると同時に、前記定着ニップにて挟持搬送される画像形成装置において、記録材が搬送される方向における、前記転写ニップの中心と前記定着ニップの中心を結ぶ最短直線の長さd[mm]が80[mm]以下であって、前記最短直線と前記転写ニップの中心において前記転写手段に接する接線とがなす角度をφ[rad]、前記転写手段に接する前記接線に平行な方向における前記転写ニップの中心と前記電極部材の記録材に最近接する位置との距離をj[mm]、記録材の搬送方向における搬送しうる記録材の最大の長さをP[mm]、記録材が前記転写手段により搬送される速度をV[mm/sec]、前記速度V[mm/sec]と前記定着装置により記録材が搬送される速度との間で発生しうる最大の速度差をΔV[mm/sec]、ABS( )を絶対値を求める関数、ACOS( )をCOS( )の逆関数とすると、前記最大の速度差ΔV[mm/sec]が、0.03≧ΔV/V＞0.015を満たして、前記φは、0＜ｊ＊ABS(φ-ACOS(d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)＊ΔV/V)))≦1[mm]を満たすことを特徴とする。
また、本発明に係る画像形成装置の他の代表的な構成は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に接触して転写ニップを形成し、前記転写ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ転写する転写手段と、第１の定着部材と第２の定着部材の接触する定着ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ定着する定着手段と、前記転写部材と前記定着手段の間に配置された電極部材と、前記転写手段と前記定着手段との間で記録材に生じるループの状態を検知する検知手段とを備え、記録材は、前記転写ニップにて挟持搬送されると同時に、前記定着ニップにて挟持搬送され、前記検知手段の検知結果を基に記録材が前記定着手段により挟持搬送される速度を、記録材が前記転写手段により挟持搬送される速度V[mm/sec]より速い第１の速度Vh[mm/sec]と前記速度Vより遅い第２の速度Vw[mm/sec]で切り替える切り替え手段とを有する画像形成装置であって、前記転写ニップの中心と前記定着ニップの中心とを結ぶ最短直線の長さd[mm]が80[mm]以下であって、前記検知手段がループの状態を検知した時に前記最短直線と前記転写ニップを抜けた記録材とがなす角度をφｓ[rad]、前記φｓ[rad]方向における前記転写ニップの中心位置と前記電極部材の記録材との最近接位置との距離をj[mm]、前記検知手段がループの状態を検知した後に、記録材が前記定着手段に挟持搬送される速度が前記切り替え手段により切り替えられるまでの時間をTk[sec]、ACOS( )をCOS( )の逆関数とすると、前記Tkは、Tk+(V-Vw)＊Tk/Vh+Tk+(Vh-V)＊Tk/Vw≧0.5[sec]を満たし、かつ、前記φは、0＜j＊(ACOS(d/(d/COS(φs)+(Vh-V)＊Tk))-ACOS(d/(d/COS(φs)+(Vw-V)＊Tk)))≦１[mm]を満たすことを特徴とする。

本願の発明によれば、転写手段と定着装置の間に電極部材を設け、記録材が転写ニップに挟持搬送されると同時に、定着ニップに挟持搬送される画像形成装置において、ループの変化に伴って変化する、記録材と電極部材の変化を小さく抑えることが可能になり、画像欠陥の発生を防ぐことができた。

また、本願の別の発明によれば、上記構成にあって、転写手段と定着装置との間で記録材に生じるループの状態を検知する検知手段を備え、検知手段の検知結果を基に記録材が前記定着装置により挟持搬送される速度を、前記記録材が前記転写手段により挟持搬送される速度V[mm/sec]より速い第１の速度Vh[mm/sec]と速度Vより遅い第２の速度Vw[mm/sec]に切り替える切り替え手段とを有する画像形成装置において、切り替え手段による速度の切り替えの周期が長くなり、騒音を抑えることができる。

本発明は、転写−定着間をベルトやガイド、転写ドラム等に吸着せずに空中でシートを搬送し、転写手段の近傍かつ下流側に除電針を有する画像形成装置に適用することが最良の形態である。

｛第１実施例｝
本発明に係る画像形成装置の第１実施例について説明する。上述した従来技術の説明と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

［画像形成装置の全体構成］
まず、図７を用いて画像形成装置の全体構成について説明する。図７はカラー複写機の原稿リーダーユニット50、原稿読取装置52、及びプリンタユニット60の主要部断面図を示したものである。

カラー複写機で原稿を複写する操作者は、まず原稿を原稿トレイ52ａに載置し、原稿リーダーユニット50に設けた図示しないスタートキーを押してカラー複写機を動作させる。動作を開始したカラー複写機は、原稿読取装置52で原稿をプラテン50ｅ上面に送り込んでその全面を第１ミラーユニット50ａによって走査し、画像を読み取った後に原稿を排出トレイ52ｂに排出する。第１ミラーユニット50ａで走査された像は、第２ミラーユニット50ｂとレンズ50ｃを経由してＣＣＤ51へ導かれ、そこで電子データに変換されてからプリンタユニット60へ送られる。

次にプリンタユニット60は、電子データの色情報に基づいて、マゼンタトナー、イエロートナー、シアントナー、ブラックトナーの中から必要な色のトナーを給送部40から送られてきたシートに重ねて転写し、カラー画像を形成する。以下では４色全てを使う場合について転写過程の詳細を説明する。

プリンタユニット60は、まず回転現像体34を回転させてマゼンタ現像器34ａを感光体ドラム30に対向させる。次に、感光体ドラム30と中間転写ベルト35は図示されない駆動源により一定、且つ同一周速で回転駆動される。そして、感光体ドラム30は、帯電手段32で表面を一様に帯電された後、光走査装置33からのレーザービーム33ｆを受光してマゼンタ色用の静電潜像が形成される。この静電潜像はマゼンタ現像器34ａからマゼンタトナーをもらってマゼンタトナー像として現像され、中間転写ベルト35へ転写される。なお、中間転写ベルト35に転写されずに感光体ドラム30上に残ったマゼンタトナーはクリーナー31により清掃される。

このようにしてマゼンタ現像を終了した後、回転現像体34は回転して感光体ドラム30と対向する位置にシアン現像器34ｂを配置する。そしてマゼンタトナー像と同様な手順で、シアントナー像はマゼンタトナー像の上に重ねるようにして中間転写ベルト35へ転写される。以降イエロー現像器34ｃ、ブラック現像器34ｄの順番で各現像器は感光体ドラム30と対向させられ、それぞれの色のトナー像を先に転写したトナー像に重ねる形で中間転写ベルト35に形成していく。

このようにしてマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの４色の画像を転写された中間転写ベルト35は、転写部37で給送部40から送られてきたシートにトナー像を転写した後、ベルトクリーナー41を接触させられて残ったトナーを掻き落とす。

そして、カラー画像を記録材としてのシートに転写にした後、加熱定着器36でシート上のトナー像を定着してからシートを排出トレイ46上に排出し、動作を終了する。

［転写部近傍の構成］
図１は第１実施例に係る画像形成装置の転写部近傍を説明する図、図２はシート搬送の様子を説明する図、図３は除電針ギャップΔgと速度変動ΔV/Vまたは最短直線と転写ニップのなす角φとの関係を示す図である。感光体ドラム30上のトナー像は、中間転写体の例としての中間転写ベルト35に重畳的に一次転写される。中間転写ベルト35上のカラートナー像は、転写手段の例としての転写ローラ39と、中間転写ベルト35を張架するローラの一つである転写対向ローラ38とから構成される転写手段によって、シートに一括して二次転写される。中間転写ベルト35には比較的大きな当接圧(本実施例では20[N])で転写ローラ39が当接されて転写ニップが形成されている。また転写ローラ39と転写対向ローラ38の間には図示しない電源手段により所定のバイアス電圧がかけられるようになっている。

トナー像を転写されたシートは定着装置の例としての加熱定着器36へと搬送される。加熱定着器36においては、内部に加熱手段を有した定着フィルム48に加圧ローラ45が所定の当接圧で当接されることにより、定着ニップが形成されている。定着フィルムは低熱容量の可撓性フィルム体であり、速やかな加熱立上げが可能となっている。加圧ローラ45を回転駆動することで定着フィルム48も従動回転し、熱と圧力によってシート上のトナー画像を定着する。転写ニップと定着ニップの間には、シートを定着ニップへ案内するガイド部材43と、帯電したシート上の電荷を除去する除電手段の例としての除電針42が配置されている。

また、ガイド部材43の屈曲部対向側（屈曲部のコーナーの内側）には、座屈手段としての拍車61が配置されている。拍車とは先端が細くなった複数の突起を有する従動コロであって、転写されたトナー像を乱さずに記録面に当接することが可能となっている。

搬転写ニップにより搬送されるシートは、図２（ａ）に示すようにその先端部を上記ガイド部材43によりガイドされて定着ニップに導かれる。このとき、通常の剛性の低いシートはガイド部材43によりシートが座屈し、図２（ｂ）に示すようにシートがループを形成した状態で先端が定着ニップに到達する。一方図２（ｃ）に示すように、厚紙などの剛性の高いシートではシートの座屈が起きないままガイド部材43によって先端がガイドされるが、シート表面が拍車61に接触したときに、該拍車61により強制的に座屈する。この作用により、シートの剛性に関わらず定着ニップにシート先端が到達した時点では、図２（ｂ）に示すようにシートは屈曲してループが形成されている。すなわち拍車61は、シートが定着ニップに到達する前に、シートに接し、シートの搬送方向をガイドするものである。

定着ニップに挟持された後は図２（ｂ）のようなループ量を維持しながら転写ニップ、定着ニップの両者に挟持搬送されつつ、転写、除電、定着工程が行われる。また、シートが転写ニップ及び定着ニップの両者に挟持搬送されている間は、シートは拍車61には接触しない。

更に、シートが転写ニップ及び定着ニップの両者に挟持搬送されている際、シートは転写ニップから定着ニップまでの間を、いずれの部材にも接しないで搬送される。

この際、転写ローラと定着ローラの速度差により図２（ｂ）のループ量が変化し、除電針42のシートに最近接する位置Ｙとシートのギャップgが変化する。このギャップ変動Δgは従来例の項にて説明した式(１５)より
Δg=j*ABS(φ-ACOS(d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)*ΔV/V)))
となる。本実施例における各部材の位置関係の具体的な数値としては、転写ニップの中心Ｔと定着ニップの中心Ｆとの最短直線の長さd=70[mm]、最短直線と転写ニップの中心Ｔの接線とがなす角度φ=0.663[rad](38°)、転写ニップの中心Ｔの接線方向における該転写ニップの中心Ｔと除電針42との距離j=15[mm] となっている（図１参照）。すなわち従来例にて説明した構成（図９（ａ）参照）よりも、最短直線の長さdが短いショートパスとなっており、また転写ニップと定着ニップのなす角度も大きくなっている。なお、本実施例においては搬送する最大シート長さP=420[mm]となっている。これらの数値を代入すると、ΔgとΔV/Vの関係は図３（ａ）のようになる。図３（ａ）を図１０と比較すると、概略としては、速度差比率ΔV/Vに対するギャップ変動Δgが小さくなっていることがわかる。

本実施例の加熱定着器36は加圧ローラ駆動のため、加圧ローラ45の温度変化による径の変化に起因する速度変動が±0.5%生ずる。また、加工によるローラ径の公差に起因する速度変動が転写ローラ39と定着ローラ44の双方に生じ、転写−定着速度差変動として±0.3%、モータの駆動精度として0.2%生ずる。さらにシート上に乗っている未定着画像の濃度に依存する定着スリップによる速度変動分が±0.5%生ずる。これらを合わせて本実施例における転写−定着速度変動は±1.5%となるが、図３（ａ）を参照すれば、最大の速度差ΔV/V=0.015(1.5%)においても、除電針ギャップの変動Δgは画像欠陥が生ずる限界である１[mm]以下に抑えられていることがわかる。

よって、本実施例に係る画像形成装置においては複雑な速度制御手段やループ制御手段を用いることなく、ショートパスの転写−定着間においても各部材の幾何学的配置によって除電針ギャップ変動を抑えることができ、画像欠陥ない小型で安価な画像形成装置を提供することができる。

なお、前述したようにループ検知制御を有さない画像形成装置のモデルにおける除電針ギャップ変動Δgは式(１５)であらわされる。

この式に例としてd=80[mm]、j=15[mm]、P=420[mm]、速度差比率を以下の３種（ΔV/V=0.005、ΔV/V=0.01、ΔV/V=0.015）で代入し、転写ニップ角φを変数として、φと除電針ギャップΔgの関係を求めると図３（ｂ）のようになる。図３（ｂ）より、転写ニップ角φを大きくする(つまり搬送パスの屈曲量を大きくする)と除電針ギャップ変動Δgを大幅に低減できることがわかる。

一般にΔV/Vを0.005(0.5%)より小さくするには駆動に高精度モータ等も用いローラ等の径の寸法も高精度に加工する必要がある。しかし本発明によれば、ΔV/V≧0.005でも除電針ギャップ変動量を１[mm]以下に抑えることができるφ設定とすることにより、そのような特別な加工、構成を用いることなく各部材の幾何学的配置によって除電針42のギャップ変動Δｇを抑えることができる。

また、一般に省エネルギー定着器等でフィルム状の加熱部材をスポンジローラ等で駆動するとスポンジの変動分で速度変動が±1.5[%]発生し、先に述べた部品精度や定着スリップと合わせると最大±3.0[%]程度の速度変動が発生し、いわゆる、定着の速度制御もしくはループ制御が必要になる。しかし本発明によれば、0.3≧ΔV/V＞0.015でも除電針ギャップ変動量を１[mm]以下に抑えることができるφ設定とすることにより、そのような特別な制御を用いることなく各部材の幾何学的配置によって除電針42のギャップ変動Δｇを抑えることができる。

｛第２実施例｝
本発明に係る画像形成装置の第２実施例について説明する。上記第１実施例と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４は第２実施例に係る画像形成装置の転写部近傍を説明する図、図５は速度切替遅れ時間Tkと除電針ギャップΔgまたは速度切替サイクルTsとの関係を示す図、図６はループセンサ検知角φsと除電針ギャップΔgの関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、本実施例において転写ニップと定着ニップの間には、シートに生じるループの状態としてのループ量を検知する検知手段の例としてループ検知センサ47が設けられている。ループが初期ループＰ０よりも大きくなるとループ検知センサ47が回動し、不図示のフォトセンサをonするよう構成されている。定着ローラ対44、45（第１の定着手段、第２の定着手段）の駆動手段には図示しない速度可変モータが用いられ、切り替え手段62により、転写の搬送速度V[mm/sec]より速いVh[mm/sec]と遅いVw[mm/sec]の2通りで速度が切り替え可能となっている。

本実施例における各部材の位置関係の具体的な数値としては、転写ニップと定着ニップとの最短直線の長さd=60[mm]、ループ検知センサ47がループ量を検知した時に最短直線と転写ニップを抜けたシートとがなすループセンサ検知角φs=0.524[rad](30°)、転写ニップの接線方向における該転写ニップと除電針42との距離j=15[mm] となっている。

また、本実施例においては転写ローラ39の搬送速度V=150[mm/sec]に設定されている。定着ローラ44の搬送速度は、ループ検知センサ47がoffからonに切替わったことをトリガーに、所定の遅れ時間Tk[sec]後に、Vh=155[mm/sec]と速く切り替わるように設定する。またループ検知センサ47がonからoffに切替わったことをトリガーに、所定の遅れ時間Tk[sec]後に、Vw=145[mm/sec]と遅く切替わるよう設定する。

図４（ｂ）に示すように、定着ニップに挟持された後のシートのループ量は、ループ検知センサ47が検知した時のループ量を中心に、図４（ｂ）に破線で示すように脈動することになる。図において、φhは定着速度がVwからVhに切替わる瞬間の上限ループ量におけるシートと転写の中心Ｔ−定着の中心Ｆ間の最短直線がなす角、φwは上記と逆にVhからVwに切替わる瞬間の下限ループ時のシートと転写−定着間の最短直線がなす角である。

このとき、シートと除電針42先端とのギャップ変動Δgは
Δg=j*(φh-φw) (１６)
となるが、これは従来例の項にて説明したように、
Δg=j*(ACOS(d/(d/COSφs+(Vh-V)*Tk))-ACOS(d/(d/COSφs+(Vw-V)*Tk))) (２５)
となる。これに本実施例における前述数値を代入してΔgと遅れ時間Tkの関係を求めると図５（ａ）のようになる。図５（ａ）を図１１（ｂ）と比較すると、概略としては、遅れ時間Tkに対するギャップ変動Δgが小さくなっていることがわかる。

また、ループが脈動する速度切替のサイクル時間Tsは、上述した式(２６)によって表される。

Ts=Tk+(V-Vw)*Tk/Vh+Tk+(Vh-V)*Tk/Vw (２６)
これにより、速度切替のサイクル時間TsとTkの関係を求めると図５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）を図１１（ｂ）と比較すると、概略としては、ほぼ変わりがないことがわかる。

本実施例においてはセンサが検知してから定着速度が切替わるまでの遅れ時間TkをTk=0.25[sec]となるように設定している。この場合、図５（ａ）よりΔg=0.94[mm]、図５（ｂ）よりTs=0.52[sec] となる。すなわち、駆動モータの速度切替後十分な安定時間がとれつつ、シートと除電針のギャップ変動を画像欠陥の出ない１[mm]以下に抑えることができる。

よって、本実施例に係る画像形成装置においては、ショートパスの転写−定着間においてもループ検知制御を用い、さらにループ検知時のループ量が十分屈曲するようにループ検知センサ位置を配置することで、騒音等の問題の無い速度切替サイクルにおいても除電針ギャップ変動を抑えることができ、画像欠陥ない小型で安価な画像形成装置を実現できている。

なお、前述のようなループ検知制御を有する画像形成装置のモデルにおける除電針ギャップ変動Δgは式(２５)で表される。この式に例としてd=80[mm]、j=15[mm]、V=150[mm/sec]、Vh=155[mm/sec]、Vw=145[mm/sec]、切替え遅れ時間Tk[sec]を以下の３種（Tk=0.1、Tk=0.2、Tk=0.3）で代入し、ループセンサ検知角φsと除電針ギャップ変動Δgの関係を求めると図６のようになる。図６より、ループセンサ検知角φsを大きくする(つまり搬送パスの屈曲量を大きくする)と除電針ギャップ変動Δgを大幅に低減できることがわかる。

すなわち、ループセンサ検知角φsを大きくすることで、転写、定着間をショートパス化しても、細かいサイクルの速度切替を要することなく、除電針42とのギャップ変動量Δｇを１[mm]以下に抑えることができる。このため、騒音問題や画像欠陥を起こすことなく装置を小型化できる。また、速度切替サイクルを0.5[sec]以上に設定できることから、、速度切替時の速度安定時間が多少多くかかるDCモータ等でも、加熱定着器36の駆動手段として十分使用することができるようになる。

本発明は、転写手段と定着手段とを備えた画像形成装置に利用することができる。

第１実施例に係る画像形成装置の転写部近傍を説明する図である。 シート搬送の様子を説明する図である。 除電針ギャップΔgと速度変動ΔV/Vまたは最短直線と転写ニップのなす角φとの関係を示す図である。 第２実施例に係る画像形成装置の転写部近傍を説明する図である。 速度切替遅れ時間Tkと除電針ギャップΔgまたは速度切替サイクルTsとの関係を示す図である。 ループセンサ検知角φsと除電針ギャップΔgの関係を示す図である。 画像形成装置の全体構成を説明する図である。 従来の中間転写体を用いた転写部近傍を説明する図である。 シートが形成したループをモデル化した図である。 速度差比率ΔV/Vと除電針ギャップ変動Δgの関係を示す図である。 従来のループ検知制御を備えた転写部近傍を説明する図である。

符号の説明

30 …感光体ドラム
31 …クリーナー
32 …帯電手段
33 …光走査装置
33ｆ …レーザービーム
34 …回転現像体
34ａ …マゼンタ現像器
34ｂ …シアン現像器
34ｃ …以降イエロー現像器
34ｄ …ブラック現像器
35 …中間転写ベルト（像担持体）
36 …加熱定着器（定着装置）
37 …転写部
38 …転写対向ローラ（転写手段）
39 …転写ローラ
40 …給送部
41 …ベルトクリーナー
42 …除電針（電極部材）
43 …ガイド部材
44 …定着ローラ（第１の定着手段）
45 …加圧ローラ（第２の定着手段）
46 …排出トレイ
47 …ループ検知センサ（検知手段）
48 …定着フィルム
50 …原稿リーダーユニット
50ａ …第１ミラーユニット
50ｂ …第２ミラーユニット
50ｃ …レンズ
50ｅ …プラテン
51 …ＣＣＤ
52 …原稿読取装置
52ａ …原稿トレイ
52ｂ …排出トレイ
60 …プリンタユニット
61 …拍車
62 …切り替え手段
Ｔ …転写ニップの中心
Ｆ …定着ニップの中心
Ｙ …除電針のシートに最近接する位置

Claims (4)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に接触して転写ニップを形成し、前記転写ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ転写する転写手段と、
   第１の定着手段と第２の定着手段とにより形成される記録材を挟持搬送する定着ニップを有し、前記第１の定着手段または前記第２の定着手段の一部に弾性層が設けられているトナー像を記録材へ定着する定着装置と、
   前記転写手段と前記定着装置の間に電極部材を有し、
   記録材は、前記転写ニップにて挟持搬送されると同時に、前記定着ニップにて挟持搬送される画像形成装置において、
   記録材が搬送される方向における、前記転写ニップの中心と前記定着ニップの中心を結ぶ最短直線の長さd[mm]が80[mm]以下であって、前記最短直線と前記転写ニップの中心において前記転写手段に接する接線とがなす角度をφ[rad]、前記転写手段に接する前記接線に平行な方向における前記転写ニップの中心と前記電極部材の記録材に最近接する位置との距離をj[mm]、記録材の搬送方向における搬送しうる記録材の最大の長さをP[mm]、記録材が前記転写手段により搬送される速度をV[mm/sec]、前記速度V[mm/sec]と前記定着装置により記録材が搬送される速度との間で発生しうる最大の速度差をΔV[mm/sec]、ABS( )を絶対値を求める関数、ACOS( )をCOS( )の逆関数とすると、
   前記最大の速度差ΔV[mm/sec]が、0.03≧ΔV/V＞0.015を満たして、
   前記φは、0＜ｊ＊ABS(φ-ACOS(d/(d/COSφ+(P-d/COSφ)＊ΔV/V)))≦1[mm]を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に接触して転写ニップを形成し、前記転写ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ転写する転写手段と、
   第１の定着部材と第２の定着部材の接触する定着ニップにおいて記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材へ定着する定着手段と、
   前記転写部材と前記定着手段の間に配置された電極部材と、
   前記転写手段と前記定着手段との間で記録材に生じるループの状態を検知する検知手段とを備え、
   記録材は、前記転写ニップにて挟持搬送されると同時に、前記定着ニップにて挟持搬送され、
   前記検知手段の検知結果を基に記録材が前記定着手段により挟持搬送される速度を、記録材が前記転写手段により挟持搬送される速度V[mm/sec]より速い第１の速度Vh[mm/sec]と前記速度Vより遅い第２の速度Vw[mm/sec]で切り替える切り替え手段とを有する画像形成装置であって、
   前記転写ニップの中心と前記定着ニップの中心とを結ぶ最短直線の長さd[mm]が80[mm]以下であって、前記検知手段がループの状態を検知した時に前記最短直線と前記転写ニップを抜けた記録材とがなす角度をφｓ[rad]、前記φｓ[rad]方向における前記転写ニップの中心位置と前記電極部材の記録材との最近接位置との距離をj[mm]、前記検知手段がループの状態を検知した後に、記録材が前記定着手段に挟持搬送される速度が前記切り替え手段により切り替えられるまでの時間をTk[sec]、ACOS( )をCOS( )の逆関数とすると、
   前記Tkは、Tk+(V-Vw)＊Tk/Vh+Tk+(Vh-V)＊Tk/Vw≧0.5[sec]を満たし、かつ、
   前記φは、0＜j＊(ACOS(d/(d/COS(φs)+(Vh-V)＊Tk))-ACOS(d/(d/COS(φs)+(Vw-V)＊Tk)))≦１[mm]を満たすことを特徴とする画像形成装置。
3. 前記検知手段が検知する記録材のループの状態とは、記録材のループの大きさであることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記切り替え手段は、記録材のループが所定の大きさよりも大きくなった際、記録材が前記定着手段に挟持搬送される速度を前記第１の速度に切り替え、記録材のループが所定の大きさよりも小さくなった際、記録材が前記定着手段に挟持搬送される速度を前記第２の速度に切り替えることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。

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