(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上からトナー像を用紙上に転写するために転写領域において転写バイアス電圧を該用紙を介して該像担持体に印加する転写部材と、
トナー像を転写された用紙を除電するために前記転写領域の直後の除電領域において除電バイアス電圧を用紙に印加する除電部材と、
前記転写部材にトナー像とは異極性であって定電流制御又は定電圧制御された直流に交流を重畳した転写バイアス電圧を印加する転写電源と、
前記除電部材に交流電圧又は直流に交流を重畳した除電バイアス電圧を印加する除電電源と、
を備え、
前記転写バイアス電圧の周波数と前記除電バイアス電圧の周波数は同じ周波数であり、
前記転写領域から前記除電領域に至るまでの用紙搬送時間の分だけ前記転写バイアス電圧の位相よりも前記除電バイアス電圧の位相を遅らせること、
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記除電バイアス電圧の交流の位相は、以下の式を満たすように制御されること、
Ｖ＝Ａ×ｓｉｎ（ｔ１−φ／ω）
ｔ２＝φ／ω［ｓｅｃ］
Ｖ：除電バイアス電圧の交流電圧
Ａ：振幅
φ：位相［ｒａｄ］
ｔ１：時間
ｔ２：転写領域から除電領域に至る用紙搬送時間［ｓｅｃ］
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記用紙搬送時間は、用紙の移動速度ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］と、前記転写領域から前記除電領域にいたるまでの用紙表面に沿った距離Ｃ［ｍｍ］とに基づいて算出すること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記移動速度ｖは、予め設定されている用紙搬送速度に基づいて算出すること、を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記移動速度ｖは、前記除電部材よりも用紙搬送方向上流側に配置された用紙搬送部材の従動回転数に基づいて算出すること、を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記移動速度ｖは、前記除電部材よりも用紙搬送方向上流側に配置されたセンサからの用紙検知情報に基づいて算出すること、を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記転写バイアス電圧の周波数及び前記除電バイアス電圧の周波数は１〜１０００Ｈｚの低周波領域であること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記除電バイアス電圧の電圧値を画像形成に使用される用紙の種類に基づいて制御すること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記転写部材と前記除電部材との間に絶縁部材が配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置、特に、複写機やプリンタなど電子写真方式により用紙上に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用印刷市場や企業内印刷市場では、印刷物の多品種・小ロット化により必要なときに必要な部数を低コストで印刷できるオンデマンドプリンティングに対するニーズが拡大している。特に、オフセット印刷と同様の幅広い種類の用紙対応力が求められている。
【０００３】
そこで、高品質な画像形成のためにトナー像の用紙への転写時に、交流高電界を用いてトナーの往復移動を発生させ、トナー間に物理的・電気的相互作用を与えることによってトナーの付着力を低下させ、これにて高転写率を実現し、濃度の均一性に優れた画像を得る技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、用紙の像担持体からの分離不良に関して、用紙上の未定着トナー像を乱すことなく用紙を像担持体から分離するためには適切なバイアス電圧を印加する必要がある。かかるバイアス電圧については、分離除電部材により未定着トナー像を構成するトナーと同極性の直流を重畳した交流バイアスを印加する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術においては以下の問題点が発生する。図１０（Ａ）は転写工程を示しており、用紙Ｓに対してローラ状の転写部材１３５から直流電圧に交流電圧を重畳した転写バイアス電圧（図１０（Ｂ）参照）を印加すると、交流成分の周期に起因して、用紙Ｓの裏面には正電荷の多い場所と少ない場所とが周期的に帯電された状態となる。そこに、負極性に帯電されたトナーは正電荷の多い場所に多く転写され、正電荷の少ない場所には少なく転写される。より多くのトナーを転写するために、トナーが保持する電荷よりも過多に静電電荷が用紙Ｓの裏面に保持された状態となっている。しかし、用紙の帯電量が大きいと用紙の像担持体（中間転写ベルト）に対する静電吸着力が大きくなり、用紙の分離不良（紙詰まり）が発生しやすくなる。
【０００６】
以上の問題点（転写後の用紙の分離不良）を解消するために、図１１（Ａ）に示すように、転写部材の用紙搬送方向下流側に針状の除電部材１４０を設け、トナーと同極性の除電バイアス電圧（図１１（Ｂ）参照）を印加することによって、除電領域に到達した用紙Ｓの裏面の電荷を除去することができる。
【０００７】
この除電時において、直流電圧に交流電圧を重畳した除電バイアス電圧を前記転写バイアス電圧と同じタイミングで出力すると、転写バイアス電圧の交流成分と除電バイアス電圧の交流成分とが干渉して、電界が大きくなる瞬間が生じ、除電部材１４０と転写部材１３５との間でリークが生じやすい。そこで、それぞれ交流電圧を重畳した転写バイアス電圧及び除電バイアス電圧を印加する転写システムにおいては、転写バイアス電圧の交流成分と除電バイアス電圧の交流成分の周波数を等しくし、位相のずれを四半周期以下に調整することにより、転写部材と除電部材との電位差を小さくしてリークを防止する技術が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−０３８７８３号公報
【特許文献２】特開昭６０−１５００７０号公報
【特許文献３】特開２０１３−０８３９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載の技術では、転写部材と除電部材との間の空間放電の抑制には有効であるが、用紙が除電領域に到達した時点で、用紙上の電荷の周期と除電バイアス電圧の周期が逆位相で揃った場合には、部分的に用紙裏面と除電部材との電位差が大きくなり、用紙裏面の電荷が過剰に除電されてしまい、除電チリ（トナーの飛散）が発生しやすくなる。
【００１０】
本発明の目的は、転写後における用紙上の過剰な電荷を効果的に除電でき、ひいては、除電チリの発生を抑制するとともに用紙分離性が良好な画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一形態である画像形成装置は、
像担持体上からトナー像を用紙上に転写するために転写領域において転写バイアス電圧を該用紙を介して該像担持体に印加する転写部材と、
トナー像を転写された用紙を除電するために前記転写領域の直後の除電領域において除電バイアス電圧を用紙に印加する除電部材と、
前記転写部材にトナー像とは異極性であって定電流制御又は定電圧制御された直流に交流を重畳した転写バイアス電圧を印加する転写電源と、
前記除電部材に交流電圧又は直流に交流を重畳した除電バイアス電圧を印加する除電電源と、
を備え、
前記転写バイアス電圧の周波数と前記除電バイアス電圧の周波数は同じ周波数であり、
前記転写領域から前記除電領域に至るまでの用紙搬送時間の分だけ前記転写バイアス電圧の位相よりも前記除電バイアス電圧の位相を遅らせること、
を特徴とする。
【００１２】
前記画像形成装置においては、転写バイアス電圧の周波数と除電バイアス電圧の周波数を同じ周波数とし（図９（Ｂ）参照）、転写領域から除電領域に至るまでの用紙搬送時間に応じて、除電バイアス電圧の位相を用紙上の電荷周期性に合わせるようにしている。即ち、転写部材から付与された用紙上の電荷周期性に対応して除電バイアス電圧の交流成分の位相が揃えられる。これにて、除電領域において、用紙裏面の過剰な電荷のみが除電される（図９（Ａ）参照）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、転写後における用紙上の過剰な電荷を効果的に除電でき、ひいては、除電チリの発生を抑制するとともに良好な用紙分離性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施例である画像形成装置の概略構成図である。
【図２】転写・除電システムの第１の制御例を示す説明図である。
【図３】転写領域及び除電領域を示す説明図である。
【図４】図２に示した第１の制御例での動作説明図である。
【図５】転写・除電システムの第２の制御例を示す説明図である。
【図６】転写・除電システムの第１及び第２の制御例での除電バイアス電圧の制御例とその効果を示す図である。
【図７】転写・除電システムの第３の制御例を示す説明図である。
【図８】図６に示した第３の制御例での効果を示す図である。
【図９】（Ａ）は除電領域における用紙上のトナーの付着状態と電荷の形成状態を示す説明図、（Ｂ）は転写バイアス電圧及び除電バイアス電圧を示すチャート図である。
【図１０】第１の先行技術を示し、（Ａ）は転写領域における用紙上のトナーの付着状態と電荷の形成状態を示す説明図、（Ｂ）は転写バイアス電圧を示すチャート図である。
【図１１】第２の先行技術を示し、（Ａ）は除電領域における用紙上のトナーの付着状態と電荷の形成状態を示す説明図、（Ｂ）は転写バイアス電圧及び除電バイアス電圧を示すチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
一実施例である画像形成装置１は、図１に示すように、タンデム方式でカラー画像を形成するようにしたものである。即ち、四つのプロセスユニット１０（イエロー画像用のユニット１０ｙ、マゼンタ画像用のユニット１０ｍ、シアン画像用のユニット１０ｃ、ブラック画像用のユニット１０ｋ）が並置されており、各感光体１１上に形成された各色のトナー画像を矢印Ａ方向に回転駆動される中間転写ベルト３１上に各転写ローラ３２から付与される電界により転写／合成（１次転写）する。その後、合成トナー画像を転写部材３５（以下、転写ローラ３５と称す）から付与される電界により記録媒体（用紙）上に２次転写する。
【００１７】
それぞれの感光体１１の周囲には、帯電ローラ１２、現像器１３、残留トナーのクリーニングブレード１４などが配置されており、さらに感光体１１上に静電潜像を形成するビーム走査光学ユニット２０が配置されている。この種のプロセスユニット１０によって電子写真方式で感光体１１上にトナー画像を形成し、該トナー画像を中間転写ベルト３１上に１次転写し、さらに記録媒体上に２次転写するプロセスは周知である。
【００１８】
記録媒体（用紙）は、給紙カセット５０に積載収容されており、給紙ローラ５１によって１枚ずつ給紙される。給紙された用紙は、レジストローラ対５２から所定のタイミングにて２次転写領域へ搬送され、前記中間転写ベルト３１からトナー画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット５５でトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５６から排出部５７へ排出される。
【００１９】
図２に示すように、中間転写ベルト３１は支持ローラ３３を介してグランドに接続されており、転写ローラ３５には転写電源３６から転写バイアス電圧が印加される。ここで、転写バイアス電圧とは、トナー像とは異極性であって定電流制御又は低電圧制御された直流に交流を重畳した電圧である（図９（Ｂ）参照）。さらに、２次転写領域の直後（用紙搬送方向Ｂの下流側）の除電領域には除電部材（以下、除電針４０と称する）が配置され、該除電針４０には除電電源４１から除電バイアス電圧が印加される。除電バイアス電圧とは、交流電圧又はトナーとは同極性の直流に交流を重畳した電圧である（図９（Ｂ）参照）。
【００２０】
２次転写領域では中間転写ベルト３１と転写ローラ３５とで用紙が挟着され、中間転写ベルト３１上の未定着トナー像が用紙Ｓの表面と対向圧着する。このとき、転写ローラ３５から印加される転写バイアス電圧にて負極正に帯電したトナーが用紙Ｓの表面に転写される。さらに、用紙は、転写領域の直後の除電領域において、除電針４０から印加される除電バイアス電圧にて裏面の電荷が除電される。詳しくは、転写バイアス電圧の周波数と除電バイアス電圧の周波数を同じとし（図９（Ｂ）参照）、転写領域から除電領域に至るまでの用紙搬送時間に応じて、除電バイアス電圧の位相を用紙Ｓ上の電荷周期性に合わせる。即ち、転写ローラ３５から付与された用紙Ｓ上の電荷周期性に対応して除電バイアス電圧の交流成分の位相が揃えられる。これにて、除電領域において、用紙Ｓ裏面の過剰な電荷のみが除電される（図９（Ａ）参照）。
【００２１】
ところで、前記除電バイアス電圧の交流の位相は、以下の式（１），（２）を満たすように制御されることが好ましい。
Ｖ＝Ａ×ｓｉｎ（ｔ１−φ／ω）    …（１）
ｔ２＝φ／ω［ｓｅｃ］            …（２）
ここで、
Ｖ：除電バイアス電圧の交流電圧
Ａ：振幅
φ：位相［ｒａｄ］
ｔ１：時間
ｔ２：転写領域から除電領域に至る用紙搬送時間［ｓｅｃ］
【００２２】
前記用紙搬送時間は、用紙Ｓの移動速度ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ］と、転写領域から除電領域にいたるまでの用紙表面に沿った距離Ｃ［ｍｍ］とに基づいて算出される。距離Ｃとは、図３に示すように、用紙搬送方向Ｂに沿った転写領域の中心から除電領域の中心までの距離をいう。ここでの演算や転写バイアス電圧、除電バイアス電圧などの制御はＣＰＵ５０（図２、図５参照）によって行われる。
【００２３】
移動速度ｖは、本画像形成装置１において予め設定されている用紙搬送速度に基づいて算出してもよく、あるいは、除電針４０よりも用紙搬送方向Ｂの上流側に配置された用紙搬送部材（具体的にはタイミングローラ５２）の従動回転数に基づいて算出してもよい。さらに、移動速度ｖは、除電針４０よりも用紙搬送方向Ｂの上流側に配置されたセンサＳＥ１，ＳＥ２（図５参照）からの用紙検知情報に基づいて算出してもよい。
【００２４】
ここで、移動速度ｖを画像形成装置１において予め設定されている用紙搬送速度に基づいて算出する第１の制御例について図２、図４を参照して説明する。この制御例でＣＰＵ５０は、画像形成装置１の操作パネルにおいてユーザーが入力した用紙の種類（普通紙、厚紙、薄紙など）に基づいて用紙Ｓの搬送速度を抽出し、転写領域から除電領域までの距離Ｃから、用紙Ｓが除電領域に到達する時間（予測到達時間）を予測する。例えば、用紙搬送速度が１００ｍｍ／ｓ、距離Ｃが１ｍｍである場合、用紙Ｓの到達時間は６００ｍｓとなる。
【００２５】
用紙Ｓが給紙されてその先端が転写領域へ近づき（図４（Ａ）参照）、用紙Ｓの先端が転写領域の中心へ到達した時点で転写バイアス電圧をオン（出力）する。この転写バイアス電圧の出力時点を０とし、前記予測到達時間（６００ｍｓ）の分だけ、位相を遅らせて除電バイアス電圧をオンする。用紙Ｓの後端が除電領域を通過した後に、転写バイアス電圧及び除電バイアス電圧をオフする。
【００２６】
次に、移動速度ｖをタイミングローラ５２の従動回転数に基づいて算出する第２の制御例について図５を参照して説明する。この制御例でＣＰＵ５０は、タイミングローラ５２の従動回転側ローラの回転数から用紙Ｓの移動速度を算出し、前記距離Ｃから用紙Ｓが除電領域に到達する時間（実測到達時間）を計測する。例えば、ローラ５２の回転数から算出した用紙搬送速度が１００ｍｍ／ｓ、距離Ｃが１ｍｍである場合、用紙Ｓの到達時間は６００ｍｓとなる。転写バイアス電圧や除電バイアス電圧のオン、オフタイミングは前記第１の制御例と同様である。
【００２７】
ところで、転写バイアス電圧の周波数及び除電バイアス電圧の周波数は１〜１０００Ｈｚの低周波領域であることが好ましい。このような低周波領域であると、転写バイアス電圧及び除電バイアス電圧の位相を揃えることが容易である。
【００２８】
また、除電バイアス電圧の電圧値（直流成分）は画像形成に使用される用紙の種類に基づいて制御（変更）することが好ましい。用紙の種類とは、例えば、坪量が６０〜９０ｇ／ｍ2の普通紙、坪量が３０〜６０ｇ／ｍ2の薄紙、坪量が１００〜３００ｇ／ｍ2の厚紙である。図６に示すように、用紙が普通紙の場合、初期値として、除電バイアス電圧の直流成分の電圧値は−５００Ｖに設定されており、薄紙の場合は−７００Ｖに設定され、厚紙の場合は−３００Ｖに設定される。
【００２９】
前記初期値の設定で、普通紙にあっては除電チリの発生は試料５０枚に対して０であり、分離性（用紙の分離不良の発生）は試料５０枚に対して０であり、転写ローラ３５と除電針４０との間の電荷リークも試料５０枚に対して０であった。薄紙にあっては前記初期値の設定のままであると、除電チリが１０／５０で発生し、分離不良が５０／５０で発生し、リークが１０／５０で発生した。これに対して、電圧値を−７００Ｖに変更すると、除電チリ及び分離性は０／５０に減少した。電荷のリークに関しては同程度であった。また、厚紙にあっては前記初期値の設定のままであると、除電チリが５０／５０で発生し、分離性及び電荷のリークは発生しなかった。これに対して、電圧値を−３００Ｖに変更すると、除電チリは０／５０に減少した。
【００３０】
除電バイアス電圧の電圧値を用紙の坪量に応じて変更することが好ましいのは、静電容量が薄紙では高く厚紙では低く、それゆえ、初期値のままでは薄紙の裏面の電荷量が多くなり、厚紙の裏面の電荷量が少ないことに起因している。
【００３１】
図７に示すように、転写ローラ３５と除電針４０との間に板状の絶縁部材４２が配置されていてもよい。用紙が薄紙の場合は転写バイアス電圧の印加によって用紙の裏面に多くの電荷が発生し、除電針４０と転写ローラ３５との間で放電が発生しやすくなるのは前述のとおりであり、絶縁部材４２はこの放電を抑制する効果がある
【００３２】
図８に示すように、絶縁部材４２を配置することで、坪量６０ｇ／ｍ2以下の薄紙において、除電バイアス電圧が初期値のままであっても電荷のリークは０／５０に減少した。さらに、薄紙において、絶縁部材４２の配置に加えて除電バイアス電圧の電圧値を−７００Ｖに変更すると、分離性が０／５０に減少した。
【００３３】
なお、本発明に係る画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００３４】
特に、画像形成装置における基本的な構成や細部の構成は任意であり、プリント機能のみを備えたもの以外に、通信機能やファクシミリ機能などを備えた複合機であってもよい。また、中間転写ベルトを用いてトナー画像を合成する方式以外に、感光体上に形成したトナー画像を用紙に直接転写する方式の画像形成装置であって本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明は、画像形成装置に有用であり、特に、除電チリの発生を抑制するとともに良好な用紙分離性を得ることができる点で優れている。
【符号の説明】
【００３６】
１０…プロセスユニット
１１…感光体
３１…中間転写ベルト
３５…転写ローラ
３６…転写電源
４０…除電針
４１…除電電源
４２…絶縁部材
５０…ＣＰＵ
【図１】
0006664054.tif 000002
【図２】
0006664054.tif 000003
【図３】
0006664054.tif 000004
【図４】
0006664054.tif 000005
【図５】
0006664054.tif 000006
【図６】
0006664054.tif 000007
【図７】
0006664054.tif 000008
【図８】
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【図９】
0006664054.tif 000010
【図１０】
0006664054.tif 000011
【図１１】
0006664054.tif 000012