(57)【要約】【課題】定着装置に転写電荷が流れ出ることなく、転写不良を発生しない画像形成装置を提供すること。【解決手段】記録材を複数箇所設けた転写部位を順次通過させて、トナー像を該記録材上に転写し、このトナー像を担持した前記記録材を前記転写部位の下流に設けた定着装置によって永久固着像を形成する画像形成装置において、前記転写部位に各々設けられた前記記録材へ電荷を供給する転写手段と、該転写手段に電圧を供給する転写高圧電源とを具備し、前記定着装置は前記記録材を挟持搬送する定着回転体を具備し、前記転写高圧電源が前記定着回転体に電圧を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材を複数箇所設けた転写部位を順次通過させて、トナー像を該記録材上に転写し、このトナー像を担持した前記記録材を前記転写部位の下流に設けた定着装置によって永久固着像を形成する画像形成装置において、
前記転写部位に各々設けられた前記記録材へ電荷を供給する転写手段と、該転写手段に電圧を供給する転写高圧電源とを具備し、前記定着装置は前記記録材を挟持搬送する定着回転体を具備し、前記転写高圧電源が前記定着回転体に電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
転写手段に接続する転写高圧電源は複数あって、記録材が定着回転体に挟持搬送される時に出力されている最も高い電圧を定着回転体に供給することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
最下流の転写手段に接続する転写高圧電源が定着回転体に電圧を供給することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着回転体は、回転軸となる芯金を有し、転写高圧電源は該芯金に電圧を供給することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記定着回転体は、表層に絶縁層を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１つ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、熱軟化樹脂トナーを担持した記録材を加熱して、記録材上に永久固着像を形成する加熱装置を具備する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
便宜上、電子写真複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置を例にして説明する。
【０００３】
従来画像形成装置としては単色のトナーを用いるモノクロ画像形成装置（例えば、特許文献１参照）と、複数色のトナーを用いてフルカラー画像を形成するカラー画像形成装置がある（例えば、特許文献２参照）。モノクロ画像形成装置は単一の露光、感光体、現像器、転写部で構成されるのに対して、カラー画像形成装置は複数の現像器を有していて繰り返し同一の感光体にトナー像を形成する装置や、より高速画像形成を実現するために複数の露光、感光体、
転写部を備える所謂インライン画像形成装置も実用化されている。インライン画像形成装置では各転写部位に電荷供給のための転写部材を設け、各転写部位間を跨がるように転写搬送ベルト（転写ベルト）又は中間転写ベルトを用いるのが一般的である。
【０００４】
画像形成装置における定着装置としては、熱ローラ方式やフィルム加熱方式を挙げることができる。熱ローラ方式は定着ローラ（熱ローラ）と加圧ローラとの回転ローラ対を形成して、定着ローラ内にハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定着温度に加熱・温調し、ローラ対の圧接ニップ部（定着ニップ部）に、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで、未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着させる加熱装置であり、フィルム加熱方式は上記熱ローラの代わりに小熱容量のフィルムを用いた加熱装置であって、昇温時間が短く、オンデマンド定着装置として利用されている。
【０００５】
モノクロ画像形成装置のように記録材に対する転写部位が１つのものでは、転写電圧による電荷が記録材に供給される際、独立に電流制御が可能であって適正な電圧を選択すれば良好な画像を得ることができる。記録材が転写部位とその下流にある定着装置に跨がるような場合であっても、転写に用いる電圧を比較的低く設定できるために転写で供給した電荷が定着装置に流れ出て転写電流を乱すような問題を容易に避けることができる。
【０００６】
又、給紙直後の記録材が転写部位に供給されるため、記録材がチャージアップする事無く、広い転写電圧に対して良好な転写画像を得ることができる。転写と定着装置が近接するような小型装置であっても、定着装置の記録材に接する回転体の表面等に絶縁層を用いて、転写部から記録材を介して電流が流れ出ることを制限すれば良好な画像を得ることができる。
【０００７】
一方、インライン画像形成装置は複数の転写部を有し、それぞれ転写電圧が印加されるために互いに転写電流が干渉し、良好な転写画像を得られない場合がある。このような問題を避けるため、転写部材の抵抗を調整して各転写部間の干渉を低減する工夫がなされている。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−００３９８８号公報（第４頁）
【特許文献２】特開２００３−００５５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、転写ベルトを用いたインライン画像形成装置においては、定着装置を前記モノクロ画像形成装置と同様に転写電流の流出を制限する構成を採ったとしても、記録材を介して転写部から定着装置へ電流が流れて不良画像となる欠点があった。これには、以下の理由が考えられる。
【００１０】
１）同極性に帯電した多くのトナーを記録材上に転写するため、転写部位に印加される電圧を高く設定する必要があり、電位勾配が大きくなって定着装置への電荷流出が避けられない。
【００１１】
２）記録材が順次転写部位を通過して転写電圧を印加されるに伴い、記録材がチャージアップして、僅かな転写電圧の低下であっても転写効率の悪化を起こし易い。
【００１２】
従って、高速画像形成に対応したインライン画像形成装置において、定着装置に転写電荷が流れ出ることなく、転写不良を発生しない装置が要望されている。
【００１３】
本発明はこのような要望に応え得る画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、記録材を複数箇所設けた転写部位を順次通過させて、トナー像を該記録材上に転写し、このトナー像を担持した前記記録材を前記転写部位の下流に設けた定着装置によって永久固着像を形成する画像形成装置において、前記転写部位に各々設けられた前記記録材へ電荷を供給する転写手段と、該転写手段に電圧を供給する転写高圧電源とを具備し、前記定着装置は前記記録材を挟持搬送する定着回転体を具備し、前記転写高圧電源が前記定着回転体に電圧を供給することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、転写手段に接続する転写高圧電源は複数あって、記録材が定着回転体に挟持搬送される時に出力されている最も高い電圧を定着回転体に供給することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、最下流の転写手段に接続する転写高圧電源が定着回転体に電圧を供給することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１つに記載の発明において、前記定着回転体は、回転軸となる芯金を有し、転写高圧電源は該芯金に電圧を供給することを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の発明において、前記定着回転体は、表層に絶縁層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、定着回転体に転写高圧電源から電圧を供給することにより、転写電流が記録材を介して定着装置へ流れ出ることがなくなり、所定の転写電圧を維持できる。特に、最下流の転写部位においては、上流の転写部位と下流の定着回転体に電圧が供給されるため、転写部位外への電位勾配を小さくすることができ、上流の転写部位でチャージアップした記録材に対しても適正な転写電圧を維持できる。
【００２０】
又、最も高い転写電圧を定着回転体に供給することにより、定着回転体へ電流が流れ出ることが防止されて適正な転写電圧を維持できる。
【００２１】
又、最下流の転写電圧を定着回転体に供給することにより、定着回転体へ電流が流れ出ることが防止されて適正な転写電圧を維持できる。
【００２２】
更に、転写電源が電圧供給する定着回転体の表層に絶縁層を設けることにより、転写電源から定着回転体へ電流が流れることがなくなるため、転写電源の容量が小さい場合であっても転写電流を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
（１）画像形成装置
図１は画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置はインライン電子写真フルカラープリンタであり、Ａ４サイズのフルカラー画像を毎分１２枚形成することができる。
【００２５】
本構成は感光体としてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックそれぞれの色トナーに対応した感光ドラム１１ａ〜１１ｄを有しており、転写ベルト１は上記各感光ドラム１１ａ〜１１ｄにそれぞれの転写部（順番に転写部Ｉ、II、III 、IV）で接触している。
【００２６】
転写ベルト１の抵抗としては、体積抵抗率で１０6〜１０12Ω・ｃｍのものが好ましく、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリイミド樹脂のものや、シリコーンゴムやヒドリンゴム等の弾性材料や、これらにカーボンや導電粉体を分散させ抵抗調整を行ったもの等を用いることができる。本例ではポリイミド樹脂にカーボンを分散させて体積抵抗率を１０8Ω・ｃｍに調整した厚み０．１ｍｍの転写ベルト１を用いている。
【００２７】
転写ベルト１は、図示のように転写ベルト１に内包される駆動ローラ１ａ、テンションローラ１ｂの２本のローラに巻架されている。
【００２８】
転写ベルト１の張力としては伸び率が１％以内になるように設定して、破断や永久歪みが発生しないようにするのが望ましく、本例では４０Ｎの荷重が掛かるように設定してある。
【００２９】
各転写部には中抵抗（５００Ｖ印加時のニップ形成での実抵抗が１０6〜１０10Ω）の弾性材を芯金に被覆した転写ローラ１５ａ〜１５ｄが感光ドラム１１ａ〜１１ｄと共に転写ベルト１を挟む形で配置してある。
【００３０】
以下、本装置の画像形成過程と共に動作を説明する。
【００３１】
感光ドラム１１ａは矢印方向に回転し一次帯電器１２ａにより一様に帯電され、ホストコンピュータより送られた画像情報信号により変調されたスキャナー１３ａからのレーザー光で感光ドラム１１ａ上に静電潜像を作成する。レーザー光の強度及び照射スポット径は画像形成装置の解像度及び所望の画像濃度によって適正に設定されており、感光ドラム１１ａ上の静電潜像はレーザー光が照射された部分は明部電位ＶL（約−１００Ｖ）に、そうでない部分は一次帯電器１２ａで帯電された暗部電位ＶD（約−７００Ｖ）に保持されることによって形成する。
【００３２】
静電潜像は、感光ドラム１１ａの回転により、現像器１４ａとの対向部に達し、同一極性（本例ではマイナス極性）に帯電されたトナーが供給されて顕像化される。フルカラー画像形成においては、各色に対応した感光ドラム１１ａ〜１１ｄについて同様にトナー像が形成され、各転写ニップにおいて転写ベルト１と共に搬送される記録材Ｐ上に順次転写されてトナー像を合成する。
【００３３】
転写ベルト１と感光ドラム１１ａ〜１１ｄの成す各転写ニップでは、転写ローラ１５ａ〜１５ｄに印加されたトナーと逆極性の電圧（＋５００〜＋４０００Ｖ）によって転写ニップ域に形成された電界によりトナー像は転写される。記録材Ｐが感光ドラム１１ｄとの転写ニップを通過した段階でフルカラー画像が記録材Ｐ上に担持され、転写行程は完了する。
【００３４】
一方、トナー像の転写を終えた感光ドラム１１ａ〜１１ｄの表面は、クリーニング装置１６ａ〜１６ｄによりそれぞれ表面を清掃された後、次の画像形成工程に備える。又、モノクロが像形成においては感光ドラム１１ｄに対してのみ上記が像形成工程を行い、記録材ＰにＢｋトナーを転写する。その場合、転写動作を行わない転写ローラ１５ａ〜１５ｃに対しては０〜１０００Ｖの低い電圧供給のみ行う。
【００３５】
転写工程を終えた記録材Ｐは、駆動ローラ１ａの曲率によって転写ベルト１から分離されて定着装置１０に到達し、加熱・加圧されて永久定着像が得られる。
【００３６】
本例で用いる定着装置１０は、フィルム定着装置であり、定着フィルム２と加圧ローラ３とによって定着ニップを形成する。定着フィルム２は、厚み５０μｍのＰＩ（ポリイミド）樹脂の表面に１０μｍのフッ素樹脂を被覆したもので、周長は５６．５ｍｍである。又、加圧ローラ３は芯金３ａの外周に３ｍｍ厚の導電シリコーンゴム層３ｂ及び５０μｍ厚のＰＦＡ樹脂層３ｃを被覆して直径２０ｍｍである。
【００３７】
加圧ローラ芯金３ａには転写ローラ１５ｄに電圧を供給している転写電源１７ｄ（Ｂｋ）から電圧を供給する。加圧ローラ３の表面を被覆しているＰＦＡ樹脂層３ｃは、記録材と芯金３ａとの間を絶縁して、転写電源から加圧ローラ３を介して電流が漏れることを防止する働きもある。
【００３８】
本例はインライン画像形成装置であり、各転写部における転写電圧を調べてみると図２のように適正領域があることが分かる。電圧上限は転写電圧によりトナーが再帯電されて転写効率が低下する現象（再転写）で決定され、電圧下限は転写電流が不足して転写効率が低下する現象で決定される。記録材が転写部Ｉから転写部IV進むに伴い、この転写の適正領域が狭く、そして、高めにシフトすることが分かる。これは記録材が転写部を通過する際にトナーや電荷をもらってチャージアップし、低電圧での転写が困難になるためであると考えられている。
【００３９】
一方、記録材Ｐが定着装置に到達すると、転写部IVと定着ニップ部との間に記録材を介して電流路ができる。
【００４０】
記録材Ｐと感光体表面（ＶL部）との電位差が転写に寄与する電圧ＶTrであり、転写ローラの抵抗をＲr、転写ベルトの抵抗をＲB、紙の抵抗をＲPとした場合に、供給する電圧と電流をそれぞれＶ，ｉとすれば式１で表される。
【００４１】
ＶTr＝Ｖ＋｜ＶL｜−（Ｒr＋ＲB＋ＲP）・ｉ    …（式１）
供給電流ｉは、転写電流ｉＴｒと漏れ電流ｉＬ との和であり式２で表される。
【００４２】
ｉ＝ｉTr＋ｉL    …（式２）
上記転写ー定着間の電流路を介して電流が漏れる場合、ｉLが大きくなってｉが大きくなり、十分なＶTrが得られなくなる場合がある。
【００４３】
本例によれば、加圧ローラ３に転写電源、特に転写部IVに供給している転写電源１７ｄから電圧を与えて両者の間の電位勾配をなくしており、転写部IVからの電流漏れを防ぐことができる。
【００４４】
従って、転写部IVおける電流漏れによる電圧降下を防止し、有効な転写電圧を得られるようにできるため、適正領域の狭い転写部IVであっても良好な転写画像を得ることができる。
【００４５】
（２）比較例
本発明の効果を確認するために、比較例を用いて実験を行った。比較例は上記加圧ローラ３の芯金３ａを電気的に浮かしたもので行った。
【００４６】
８０ｇ／ｍ2普通紙、フィルムメディアの記録紙にフルカラー印字した場合とモノクロ印字した場合の転写画像について、最も効果が大きかった高湿環境（３０℃、８０％）における結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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モノクロ印字の場合には両者共に良好な転写画像を得られるものの、フルカラー印字の場合、比較例では記録材が定着ニップに到達した際に、加圧ローラや定着フィルムの電気容量分で流れる漏れ電流により一時的に転写電圧が低下して、スジ状の転写抜けが発生した。特にフィルムメディアのように高い電圧を必要とする記録材においては、この傾向が顕著に表れる。
【００４８】
一方、本実施の形態によればフルカラー印字においても普通紙、フィルムメディア両者において良好な転写画像を得ることができる。
【００４９】
尚、モノクロ印字の場合には画像形成に用いるのは転写部IVだけであり、記録材Ｐのチャージアップが抑えられる。即ち、転写部IVにおいても転写可能な適正領域は、フルカラー印字時の転写部Ｉと同様に大きく確保できるため、比較例にある微弱な転写電圧の低下では転写不良は発生しにくい。一方、フルカラー印字では適正領域が小さくなって、微弱な漏れ電流による電圧降下によっても転写不良となるため、本実施の形態の効果が顕著になる。
【００５０】
本例では定着装置としてフィルム定着装置を用いた例を示したが、ローラ定着装置を用いた場合も同様な効果を得ることができる。
【００５１】
又、加圧ローラ３の弾性層３ｂに絶縁シリコーンゴムを用いても良い。
【００５２】
＜実施の形態２＞
本例の装置は前述図１の装置との対比において、転写電源から定着回転体に電圧を供給する部分を除いて同じである。
【００５３】
本例では図３に示す電流制限抵抗Ｒ（１００ＭΩ）及び電圧平滑コンデンサーＣ（２２００ｐＦ）を介して転写電源から加圧ローラ３の芯金３ａに電圧を供給している。
【００５４】
尚、この電流制限抵抗Ｒとしては低過ぎると電流制限の効果が薄くなり、高過ぎると定着回転体の電位と転写部位との電位差が発生する時間が長くなり、本発明の効果が低減されることから５０〜５００ＭΩ程度が好ましい。又、電圧平滑コンデンサーＣとしては低過ぎると電圧維持機能が低く、高過ぎると定着回転体の電位と転写部位との電位差が発生する時間が長くなり、本発明の効果が低減されることから３００〜５０００ｐＦのものが好ましい。
【００５５】
この接続方法によって、加圧ローラ３の芯金３ａは転写電圧が供給されている時間のみならず、上記ＲＣで決定される時定数の時間バイアスされる。従って、転写電圧をＯＮ／ＯＦＦしたり、電圧を変更したりする際に、定着回転体の電気容量に流れ込む電荷を抑制することができ、転写電流が変動を受けることなく良好な転写画像を得ることができる。
【００５６】
転写電圧を変更させる制御は、記録材が転写部に存在しない時間（紙間）と転写時との間で行って、感光ドラムに流れ込む転写電流を記録材の有無に寄らず一定にして、ドラムの帯電状態を一定に保って画像均一性を向上させるために有効である。
【００５７】
＜実施の形態３＞
本例の装置は前述図１の装置との対比において、転写電源から定着回転体に電圧を供給する部分を除いて同じである。
【００５８】
本例では図４に示すように各転写電源１７ａ〜１７ｄの出力段からダイオード接続によって加圧ローラ芯金３ａに電圧を供給する。
【００５９】
この接続により加圧ローラ芯金３ａには印加されている転写電圧の中で最も高い電圧が印加される。従って、転写部IVら記録材Ｐを介して定着装置に電流が流れ出ることがなく、転写部IVの適正転写電圧を維持することができる。
【００６０】
本例の構成は、トナー等の特性の違いにより図５に示すように転写の適正電圧が転写部の順番に相関なく決定される場合でも、定着回転体に最大電圧を供給することができるため、良好な転写画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、熱軟化樹脂トナーを担持した記録材を加熱して、記録材上に永久固着像を形成する加熱装置を具備する画像形成装置に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１における画像形成装置の一部切り欠き側面模型図である。
【図２】本発明の実施の形態１における転写電圧の適正領域を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態２における画像形成装置の一部切り欠き側面模型図である。
【図４】本発明の実施の形態３における画像形成装置の一部切り欠き側面模型図である。
【図５】本発明の実施の形態３における転写電圧の適正領域を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  転写ベルト
２  定着フィルム
３  加圧ローラ
１５ａ〜１５ｄ  転写ローラ
１７ａ〜１７ｄ  転写電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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