(57)【要約】【課題】  除電部材に与えるバイアスのフィードバック制御等を必要とせず、被転写材を効率良く除電すること。【解決手段】  ２次転写ローラ４ａと２次転写対向ローラ４ｂとで中間転写ベルト２と被転写材３を挟み、ニップ部で２次転写が行われる。２次転写ローラ４ａには２次転写バイアス電源５により被転写材３に電荷が供給される。除電部材６は転写位置の転写出力側で２次転写ベルト２と被転写材３とで挟まれる空間に配置され、除電部材７は転写位置の転写出力側で２次転写ローラ４ａと被転写材３とで挟まれる空間に配置される。除電部材７、８には、除電部材バイアス電源８、９が、それぞれ、接続され、所定の電位が与えられる。【選択図】図１
2009294555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の表面に電荷を有するトナーの像を形成し、このトナーの像を所定の転写位置で被転写材に転写して画像を形成する画像形成装置であって、
前記トナーの電荷と逆極性の電荷を被転写材に供給する電荷供給体と、
前記所定の転写位置の転写出力側で前記被転写材と前記像担持体とに挟まれた空間に配置され、前記被転写材との間でイオン流を発生させて前記被転写材を除電する第１の除電部材と、
前記第１の除電部材に第１の電位を与える第１のバイアス電源と、
前記所定の転写位置の転写出力側で前記被転写材と前記電荷供給体とに挟まれた空間に配置され、前記被転写材との間でイオン流を発生させて前記被転写材を除電する第２の除電部材と、
前記第２の除電部材に第２の電位を与える第２のバイアス電源と
を具備することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の電位は、前記第１の除電部材によって発生するイオン流の極性が前記トナーの極性と逆極性となるように与えられ、
前記第２の電位は、前記第２の除電部材によって発生するイオン流の極性が前記トナーの極性と同極性となるように与えられる
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】
前記トナーが保持する電荷が正の場合には、
前記第１の除電部材には、転写後の前記像担持体の表面の電位よりも低い電位を与え、
前記第２の除電部材には、転写後の前記電荷供給体の表面の電位よりも高い電位を与える
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナーが保持する電荷が負の場合には、
前記第１の除電部材には、転写後の前記像担持体の表面の電位よりも高い電位を与え、
前記第２の除電部材には、転写後の前記電荷供給体の表面の電位よりも低い電位を与える
ことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第１の除電部材と前記像担持体との間の距離は、前記第２の除電部材のうち前記被転写材と前記電荷供給体との間の距離よりも長い
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】
前記第１の除電部材と前記像担持体との間の距離は、前記第２の除電部材のうち前記被転写材と前記電荷供給体との間の距離よりも短い
ことを特徴とする請求項４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、像担持体表面のトナー像を転写して、被転写材に画像を形成する画像形成装置に関する。特に、トナー像が転写された後の被転写材を、像担持体あるいは電荷供給体から分離するための除電部材の配置と制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタの画像形成装置の画像形成プロセスでは、電子写真方式がよく用いられる。電子写真方式では、感光ドラムや中間転写ベルトなどの像担持体表面のトナー像を転写して、紙などの被転写材に画像を形成する。トナー像を被転写材に転写させるためには、トナーが保持する電荷と逆極性の電荷を、被転写材に供給する。トナー像と被転写材との間には、静電的な吸引力が働くので、トナー像が被転写材に転写される。被転写材への電荷供給は、ローラやコロナ帯電器などの電荷供給体を被転写材の裏面（トナー像が転写する面の裏）に配置し、トナーの電荷と逆極性のバイアスを印加することによって行う。このうち、電荷供給体をローラとしたローラ転写方式では、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生を抑制することができる、というメリットがある。
【０００３】
ローラ転写方式では、像担持体と電荷供給体で被転写材を挟みこみ、電荷供給体に、トナーの電荷と逆極性のバイアスを印加する。バイアスを印加することによって、被転写材にはトナーの電荷と逆極性の電荷が供給される。電荷の供給は、被転写材と電荷供給体の接触部分における電荷注入と、被転写材と電荷供給体の接触部付近のギャップにおける気中放電とによって行われる。
【０００４】
トナー像が転写した後、像担持体あるいは電荷供給体を搬送方向に移動させることによって、トナー像が転写された被転写材を、像担持体および電荷供給体から分離させる。転写後の被転写材には、大局的に見て、トナー像の電荷と、被転写材に供給された電荷とをたしあわせた電荷が残っている。例えば、被転写材に供給された電荷がトナー像の電荷よりも多い場合、被転写材に残る電荷は、トナーの電荷と逆極性になる。すると、分離時に像担持体と被転写材間に強い電界が生じる。この電界の影響により、被転写材が静電気力によって像担持体に巻き付くため、正常に分離しないことがある。加えて、像担持体と被転写材との間で気中放電が発生するので、被転写材上に転写されたトナー像が乱れる。
【０００５】
そのため、特開平11−38771では、被転写材と電荷供給体の空間に除電部材を設けている。そして、除電部材に被転写材に残っている電荷と逆極性のバイアスを印加する。すると除電部材の先端部からイオン流が発生し、被転写材の電荷が除電される。被転写材を除電することによって、上述した問題を回避している。
【０００６】
【特許文献１】特開平11−38771
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、転写後の被転写材に残る電荷の極性は、常に同じではない。前述したように、電荷供給体から被転写材に供給される電荷は、被転写材と電荷供給体の接触部分における電荷注入と、被転写材と電荷供給体の接触部付近のギャップでの気中放電によるものである。このうち、電荷注入による供給電荷量は、被転写材の電気抵抗に大きく依存する。電荷注入による供給電荷量は、被転写材の電気抵抗が、低い時は多く、高い場合は少ない。
【０００８】
被転写材の電気抵抗の変動に伴って、被転写材に供給される電荷量も変動する。この変動によって、供給される電荷量がトナーの電荷量よりも多くなるときは、被転写材にはトナーと逆極性の電荷が残る。逆に、供給される電荷量がトナーの電荷量よりも少ないと、被転写材にはトナーと同極性の電荷が残る。
【０００９】
被転写材の電気抵抗は、紙種の違いや環境変動による水分量の違いによって、変動する。紙種の違いや環境変化に伴い、被転写材の電荷極性がトナーと同極性になったり、逆極性になったりする。従来の技術では、除電部材に被転写材と逆極性のバイアスを印加する。この技術を適用しようとすると、被転写材の電位の極性が既知でなければ、除電部材に与えるバイアス極性を決められない。よって、被転写材の除電を行う被転写材の電位等を検知し、その値をフィードバックして、除電部材に与えるバイアスの極性を決める必要がある。そのためには、電位検知手段や制御処理手段が必要になる。すると、構成が複雑になり、製造コストが上がってしまう、という問題がある。
【００１０】
このような制御処理手段や電位検知手段を備えた複雑な構成で除電部材のバイアス極性を決めたとしても除電部材を被転写材と電荷供給体との空間に配置する従来の技術では被転写材にトナーと同極性の電荷が残った場合に除電効率が悪いという問題がある。この理由を次に説明する。
【００１１】
被転写材にトナーと逆極性の電荷があるとする。トナーの電荷よりも被転写材に供給された電荷が多い状態である。この場合、除電部材には被転写材と逆極性のバイアスを与えるので、除電部材は被転写材に対して逆極性になる。また、電荷供給体は、被転写材と同極性であるから、除電部材は電荷供給体に対しても逆極性になる。従って、被転写材と除電部材間と、除電部材と電荷供給体間の電界は、ともに強まる。除電部材の先端部の電界が強くなることで、イオン流が発生しやすい状況になり、効率的に被転写材の電荷を除電することができる。
【００１２】
逆に、被転写材がトナーと同極性に帯電されている場合を考える。除電部材には被転写材と逆極性のバイアスを与える。これはトナーに対して逆極性である。電荷供給体は、トナーに対して逆極性なので、除電部材は、電荷供給体に対して同極性になる。よって、除電部材と電荷供給体間の電界は弱まることになる。除電部材のイオン流発生部分である、先端部の電界は、弱められる。従って、被転写材がトナーと逆極性の電荷を保持している場合と同様に除電しようとすると、上述の、電界が弱められる影響を打消すだけの強い電界を生じさせる必要がある。そのためには、除電部材に与えるバイアスをより大きくする必要がある。バイアスを大きくしすぎると、除電部材と除電部材近傍に配置された部材との間で、予期せぬリーク放電が発生してしまうという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、除電部材に与えるバイアスのフィードバック制御等を必要とせず、被転写材を効率良く除電することによって、像担持体と被転写材間の分離不良と気中放電を抑制することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体の表面に電荷を有するトナーの像を形成し、このトナーの像を所定の転写位置で被転写材に転写して画像を形成する画像形成装置であって、前記トナーの電荷と逆極性の電荷を被転写材に供給する電荷供給体と、前記所定の転写位置の転写出力側で前記被転写材と前記像担持体とに挟まれた空間に配置され、前記被転写材との間でイオン流を発生させて前記被転写材を除電する第１の除電部材と、前記第１の除電部材に第１の電位を与える第１のバイアス電源と、前記所定の転写位置の転写出力側で前記被転写材と前記電荷供給体とに挟まれた空間に配置され、前記被転写材との間でイオン流を発生させて前記被転写材を除電する第２の除電部材と前記第２の除電部材に第２の電位を与える第２のバイアス電源とを具備することを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記第１の電位を、前記第１の除電部材によって発生するイオン流の極性が前記トナーの極性と逆極性となるようにし、前記第２の電位は、前記第２の除電部材によって発生するイオン流の極性が前記トナーの極性と同極性となるようにすることで、被転写材がトナーと同極性に帯電した場合は、第１の除電部材が被転写材の除電を行い、被転写材がトナーと逆極性に帯電した場合は、第２の除電部材が被転写材の除電を行うことができる。このため、被転写材の保持する電荷の極性がどちらであっても、フィードバックなどの制御を必要とせず被転写材の電荷を除電することができる。
【発明の効果】
【００１６】
被転写材の保持する電荷の極性がどちらであっても、フィードバックなどの制御を必要とせず被転写材の電荷を除電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
［画像形成装置の全体構成］
図１は、電子写真方式のフルカラーレーザープリンタの構成図である。同図において、２，３はそれぞれ中間転写ベルトと紙（被転写材）である。本装置は大きく分けて10Ｙ，10Ｍ，10Ｃ，10Ｋによる１次転写手段、１による２次転写手段、および、その他、から構成される。１次転写手段では、中間転写ベルト２にトナー像を転写し、２次転写手段では１次転写手段によって得られた中間転写ベルト２のトナー像を被転写材３に転写する。
【００１９】
初めに１次転写に係る装置の構成について説明する。10Ｙ，10Ｍ，10Ｃ，10Ｋには、それぞれ感光ドラム11ａ，11ｂ，11ｃ，11ｄが設置されている。各感光ドラム11ａ〜11ｄの周囲に、帯電ローラ12ａ，12ｂ，12ｃ，12ｄ、現像装置15ａ，15ｂ，15ｃ，15ｄ、１次転写ローラ16ａ，16ｂ，16ｃ，16ｄおよびドラムクリーニング装置18ａ，18ｂ，18ｃ，18ｄが配置されている。また、帯電ローラ12ａ〜12ｄの上方には、露光装置13ａ，13ｂ，13ｃ，13ｄと、ミラー14ａ，14ｂ，14ｃ，14ｄが配置されている。
【００２０】
感光ドラム11ａ〜11ｄは、アルミニウム製のシリンダに負帯電性の有機感光体(OPC)を塗布したものであり、駆動装置（不図示）によって矢印方向（図中で反時計回り）に所定のプロセススピードで回転駆動される。各感光ドラム11ａ〜11ｄのシリンダは接地されている。
【００２１】
帯電ローラ12ａ〜12ｄは、鋼鉄製の芯金外周に半導電性のゴム層を設けたものである。この芯金には、帯電バイアス電源（不図示）が接続されている。また、これらは、感光ドラム11ａ〜11ｄに接触するように設置されており、前述した感光ドラム11ａ〜11ｄの駆動に従って回転するようになっている。
【００２２】
露光装置13ａ〜13ｄは、ホストコンピュータ（不図示）から入力される画像情報に応じたレーザー光を発する。ミラー14ａ〜14ｄは、このレーザー光を感光ドラム11ａ〜11ｄの表面に照射するように設置されている。
【００２３】
現像装置15ａ〜15ｄは、２成分現像装置であり、それぞれイエロー、シアン、マジェンダ、ブラックのトナーと、キャリアが収納されている。現像装置15ａ〜15ｄは、攪拌手段、搬送手段、現像スリーブ、現像スリーブに接続されている現像バイアス電源（全て不図示）を備えている。攪拌手段はキャリアとトナーを摩擦帯電させ、静電的に吸着させる。搬送手段は、これらの現像剤を現像スリーブの表面に搬送する。現像スリーブの内側には固定された磁石（不図示）が設置されており、磁性体であるキャリアを引き付ける。現像スリーブ表面は回転し、感光ドラム11ａ〜11ｄの表面まで現像剤を搬送する。
【００２４】
１次転写ローラ16ａ〜16ｄは、中間転写ベルト２を感光ドラム11ａ〜11ｄと共に挟み込むように接触して配置されており、従動で回転する。１次転写ローラ16ａ〜16ｄは、鋼鉄製の芯金外周に、イオン伝導性の抵抗調整剤を分散して導電性を持たせた発泡ゴム層を設けたものである。
【００２５】
中間転写ベルト２はポリイミド樹脂フィルムにカーボンブラックを分散させて電気抵抗を体積抵抗率が１×10-9Ω・ｃｍ程度に調整したものである。厚みは85μmである。１次転写ローラ16ａ〜16ｄの芯金には、１次転写バイアス電源17ａ〜17ｄが接続されている。
【００２６】
次に、２次転写に係る装置の構成について説明する。本実施形態では、この２次転写手段１が本発明の特徴的な構成である。図２に２次転写手段１を拡大した図を示す。図１と同一の部分には同一の符号を付してある。
【００２７】
図２の、４ａと４ｂは２次転写ローラ（電荷供給体）と２次転写対向ローラである。２次転写ローラ４ａは鋼鉄製の芯金（外径12ｍｍ）の外周に、厚み６ｍｍの発泡ゴム層を設けたものである。発泡ゴム層は、イオン伝導性の抵抗調整剤を分散して体積抵抗率が１×10-9Ω・ｃｍ程度に電気抵抗を調整したものである。２次転写対向ローラ４ｂは、外径10ｍｍのＳＵＳ製ローラである。また、２次転写対向ローラ４ｂは中間転写ベルト２に所定のテンションをかけるように設置されている。さらに、２次転写ローラ４ａは、２次転写対向ローラ４ｂと共に、中間転写ベルト２を挟むように接触させて配置されている。２次転写ローラ４ａと２次転写対向ローラ４ｂは、共に中間転写ベルト２に従って回転する。
【００２８】
図２において、３は被転写材であり、給搬送手段（不図示）によって２次転写ローラ４ａと２次転写対向ローラ４ｂとが接触しているニップ部（所定の転写位置）へ送られ、２次転写ローラ４ａと中間転写ベルト２で挟まれる。２次転写ローラ４ａの芯金には、２次転写バイアス電源５が接続されており、２次転写対向ローラ４ｂは接地されている。
【００２９】
図２において、６と７は除電部材（第１の除電部材、第２の除電部材）あり、８と９は除電部材６，７に電位（第１の電位、第２の電位）を与える為の除電部材バイアス電源（第１のバイアス電源、第２のバイアス電源）である。除電部材６および７はＳＵＳ製であり、奥行き方向の形状は鋸歯状になっている。除電部材６はニップ部の転写出力側で中間転写ベルト２と被転写材３とに挟まれた空間に配置され、除電部材７はニップ部の転写出力側で被転写材３と２次転写ローラ４ａに挟まれた空間に配置されている。除電部材６の先端部は、中間転写ベルトから１ｍｍ、被転写材３の搬送路から約２ｍｍ離れた位置になるように配置される。除電部材７の先端部は、２次転写ローラ４ａの表面から2.5ｍｍ、被転写材３の搬送路から約２ｍｍ離れた位置に配置される。除電部材６と７の配置については、本発明の特徴的なところであるので、詳細は後述する。
【００３０】
図１のその他の部材や装置について説明する。19と20は、ＳＵＳ製の張架ローラである。中間転写ベルト２を張架するように設置される。張架ローラ19は所定のプロセススピードで回転駆動される。張架ローラ20は従動である。21は定着装置である。21ａと21ｂは定着ローラと加圧ローラであり、両者は対向して設置される。22はベルトクリーニング装置であり、中間転写ベルト２にクリーニングの為のブレードを押し当てるように配置される。
【００３１】
［画像形成動作］
次に本実施形態の画像形成装置の動作を説明する。
【００３２】
画像形成動作の開始信号を受け取ると、感光ドラム11ａ〜11ｄは所定のプロセススピード0.12ｍ/ｓｅｃで回転駆動される。
【００３３】
感光ドラム11ａ〜11ｄの回転に伴い、帯電ローラ12ａ〜12ｄも従動で回転する。帯電バイアス電源により、帯電ローラ12ａ〜12ｄの芯金に負電位を与える。これによって帯電ローラ12ａ〜12ｄの表面と接地されている感光ドラム11ａ〜11ｄのニップ近傍では電界が強まり、放電が発生する。感光ドラム11ａ〜11ｄの表面が所定の負電位約−650Ｖになるように帯電される。
【００３４】
露光装置13ａ〜13ｄはホストコンピュータから入力された画像信号を光信号に変換し、レーザー光を発する。レーザー光はミラー14ａ〜14ｄを介して、均一に負帯電された感光ドラム11ａ〜11ｄの表面を走査露光して静電潜像を形成する。
【００３５】
次に、現像装置15ａ〜15ｄによって、この静電潜像をトナーで現像する。現像装置15ａ〜15ｄに備えられている現像スリーブによって、トナーは、穂状になったキャリアに付着した状態で、回転する感光ドラム11ａ〜11ｄの表面に搬送される。各色のトナーを現像する為、現像バイアス電源によって現像スリーブ表面に電位を与える。電位は、直流成分−400Ｖ、交流成分が1.5ｋＶｐｐ、周波数が３ｋＨｚの矩形波を与える。これによって感光ドラム11ａ〜11ｄの表面の静電潜像に応じて現像される。
【００３６】
感光ドラム11ａ〜11ｄの表面に形成されたトナー像のトナーは、負の電荷を保持している。中間転写ベルト２に正の電荷を供給し、トナー像は中間転写ベルト２に向かう静電的な吸着力によって転写する。中間転写ベルト２への電荷供給は、１次転写バイアス電源17ａ〜17ｄを用いて１次転写ローラ16ａ〜16ｄに正の電位を与えることで行う。電位は、１次転写ローラ16ａ〜16ｄへ流れる電流を一定値15μＡになるように調整する。
【００３７】
転写後の感光ドラム11ａ〜11ｄの表面に残った少量のトナーは、ドラムクリーニング装置18ａ〜18ｄによって回収される。
【００３８】
なお、10Ｙ，10Ｍ，10Ｃ，10Ｋにおける中間転写ベルト２へのトナー像形成動作について同時に述べたが、実際にはこれらの動作は時間をずらして順に行われる。先ず10Ｙにおいて、感光ドラム11ａの周りで上述の動作が行われる。すると、中間転写ベルト２にはイエローのトナー像が形成される。その後、張架ローラ19の駆動によって中間転写ベルト２がプロセススピードで移動し、10Ｍの１次転写ローラ16ｂと中間転写ベルト２の接触ニップ付近へイエローのトナー像が移動する。これに合わせて感光ドラム11ｂの周りで上述の動作が行われ、中間転写ベルト２にはイエローのトナー像にマジェンダのトナー像が重ねあわされる。同様にして、中間転写ベルト２が移動し、10Ｃ，10Ｋの順でシアン、ブラックを重ね合わせフルカラーのトナー像を中間転写ベルト２上に形成する。
【００３９】
さらに中間転写ベルト２を移動させ、２次転写手段１の動作に移る。
【００４０】
中間転写ベルト２上のトナー像が、２次転写ローラ４ａと中間転写ベルト２が形成する接触ニップ付近に到達しようとする時、搬送手段によって被転写材３が接触ニップ付近に搬送され、いずれ接触ニップ部分に被転写材３が挟まれる。
【００４１】
接触ニップ部分に被転写材３が挟まれている間に、２次転写バイアス電源５によって２次転写ローラ４ａに正の電位1.9ｋＶを与えると、被転写材３には正の電荷が供給される。正の電荷が被転写材３に供給されることにより、負の電荷を保持するトナーには、被転写材３に向かう静電力が働く。このようにして、トナー像が、被転写材３に転写する。
【００４２】
一旦接触ニップ部分に被転写材３が挟まれると中間転写ベルト２の移動に従って被転写材３は下流（定着装置21に向かう方向）に向かってさらに搬送され、２次転写ローラ４ａと中間転写ベルト２から分離しトナー像は接触ニップ部分から遠ざかっていく。
【００４３】
分離する際、除電部材６あるいは７によってトナー像が形成された被転写材３に残っている電荷を除電する。除電が上手くいかないと、被転写材３に正あるいは負の電荷が残る。電荷が残ると、被転写材３と中間転写ベルト２との間の空間や被転写材３と２次転写ローラ４ａとの間の空間において、強い電界が生じる。これに伴い、被転写材３が静電気力を受け、中間転写ベルト２に巻き付く。また、それぞれの空間で気中放電が発生して、せっかく形成されたトナー像が乱れる。
【００４４】
そのため、除電部材６と７には、それぞれ除電部材バイアス電源８と９によって、電位として1.0ｋＶと０ｋＶを与える。被転写材３の電荷を効率的に取り除くことができる除電部材６と７の電位の与え方については、前述した除電部材の配置方法と共に本発明の特徴的な個所であり、詳細は後述する。
【００４５】
さらに搬送された被転写材３は、定着装置21に達する。定着ローラ21ａと加圧ローラ21ｂの接触ニップ部においてトナー像が形成された被転写材３を挟み込み加圧し、かつ加熱することによって被転写材３にトナー像を熱定着させる。その後、被転写材３は外部に排出されて、一連の画像形成動作を完了する。
【００４６】
尚、中間転写ベルト２に残った少量のトナーは、ベルトクリーニング装置22によって回収される。
【００４７】
次に、２次転写分離時の除電部材の配置や電位の与え方について詳しく説明する。
【００４８】
まず、２次転写において、トナー像が像担持体である中間転写ベルト２から被転写材３に転写した後、トナー像が形成された被転写材３が保持する総電荷量（除電する必要が有る電荷量）について説明する。
【００４９】
被転写材３には、トナーが保持する負の電荷と、２次転写ローラ４ａから供給された正の電荷が存在している。被転写材３は、大局的に見てこれらの電荷を足し合わせた電荷を保持していることになる。通常、この被転写材３が保持する電荷量は、変動する。
【００５０】
トナー像を転写する時、電荷供給体である２次転写ローラ４ａから、被転写材３へ正の電荷が供給されるが、この供給のされ方には２通りのパターンがある。１つは、２次転写ローラ４ａと被転写材３が接触している部分での電荷注入による電荷移動である。もう１つは、２次転写ローラ４ａと被転写材３が接触している付近の空気ギャップでの気中放電による電荷移動である。このうち前者は被転写材３の電気抵抗に依存するところが大きい。電荷注入による電荷移動量は被転写材３の電気抵抗が低いと多く、電気抵抗が高いと少ない。
【００５１】
被転写材３の電気抵抗は一定でない。被転写材には様々な種類のものが存在し、それぞれ電気抵抗が違う。また、被転写材の電気抵抗は、湿度の変動によって変動する。湿度が変動すると、被転写材に含まれる水分量が変動するからである。このような被転写材の電気抵抗の変動に伴い、２次転写ローラ４ａから供給される正の電荷が変動する。すなわち、被転写材３が保持する電荷量も変動する。
【００５２】
この電荷量は変動し、正になったり負になったりする。２次転写においてトナー像が被転写材３に供給された正の電荷に引き付けられるという静電力によるものだけだとする。この場合、被転写材３が保持する電荷は正か零にしかならない。しかし、実際にはトナー像と被転写材３との間には非静電的な付着力が働く。このため、被転写材３に供給された正の電荷以上にトナーが転写されることがある。特に、被転写材３の電気抵抗が高い場合は、供給される正の電荷が少ないので、被転写材３が保持する電荷が負になりやすい。
【００５３】
このような理由から、本実施形態では、除電部材６は像担持体である中間転写ベルト２と被転写材３に挟まれた空間に配置し、除電部材７は電荷供給体である２次転写ローラ４ａと被転写材３に挟まれた空間に配置する。さらに、除電部材６には中間転写ベルト２よりも高い電位を与え、除電部材７には２次転写ローラ４ａよりも低い電位を与える。こうすることによって、被転写材３が転写後に保持する電荷が正であろうと負であろうと、効率的に除電することができる。
【００５４】
この理由を図３と図４を用いて詳しく説明する。図３、図４はそれぞれ、被転写材３に正あるいは負の電荷が残っている場合の等電位線の模式図である。
【００５５】
図３では、被転写材３に正電荷が残っている。等電位線23ａが除電部材７の先端部を囲うように分布すると、除電部材７の先端部の電界が強くなることを示している。一方で、除電部材６の先端部は、等電位線23ｂと先端の向きがほぼ平行になり、除電部材６の先端部の電界が弱くなることを示している。この場合は、除電部材７によって被転写材３の正電荷が除電される。
【００５６】
図３のような等電位線を与える為には、除電部材７の電位は２次転写ローラ４ａの表面の電位よりも低く、かつ被転写材３の電位よりも低くなければならない。２次転写ローラ４ａの芯金には1.9ｋＶの電位を与えている。２次転写ローラ４ａの表面の電位は、体積抵抗による電圧降下を加味して、およそ1.0ｋＶになる。被転写材３が分離やトナーの乱れの問題に影響する程度の正の電荷を保持していると、正の電荷が発生する電界が支配的になる。そのため、被転写材３の電位は２次転写ローラ４ａの表面電位が約1.0ｋＶよりも高くなる。従って、除電部材７には約1.0ｋＶより低い電位を与えれば、図３のような電位分布となる。
【００５７】
しかし、実際には、２次転写ローラ４ａと除電部材７の間の電界をさらに強めた方が、除電効果が高まるので、さらに低い０Ｖ付近の電位を与える方が望ましい。
【００５８】
図４では、被転写材３に負の電荷が残っている場合を示すものである。等電位線24ｂが除電部材６の先端部を囲うように分布すると、除電部材６の先端部の電界が強くなることを示している。一方で、除電部材７の先端部は等電位線24ａと先端の向きがほぼ平行になり、除電部材６の先端部の電界が弱くなることを示している。この場合は、除電部材６によって被転写材３の負電荷が除電される。
【００５９】
図４のような等電位線を与える為には、除電部材６の電位は中間転写ベルト２の表面の電位よりも高く、かつ被転写材３の電位よりも高くなければならない。
【００６０】
中間転写ベルト２の表面の電位は、２次転写対向ローラ４ｂの表面が０Ｖであり、中間転写ベルト２の体積抵抗が十分低いことから、ほぼ０Ｖである。被転写材３が、トナーの乱れの問題に影響する程度の負の電荷を保持していると、負の電荷が発生する電界が支配的になるので、被転写材３の電位は中間転写ベルト２の表面電位の０Ｖよりも低くなる。従って、除電部材６には約０Ｖより高い電位を与える。
【００６１】
しかし、実際には、中間転写ベルト２と除電部材６の間の電界をさらに強めた方が、除電効果が高まるので、１ｋＶ付近の電位を与える方が望ましい。
【００６２】
被転写材３にある負の電荷を、除電部材７で除電しようとしても、効率が悪い。例えば、除電部材７に１ｋＶの電位を与えると、除電部材７と２次転写ローラ４ａの表面との電位差はほぼ０Ｖになる。両者部材間の電界は、非常に弱く、除電部材７の先端部電界をも弱める。一方で、除電部材６に同じ１ｋＶの電位を与えると、中間転写ベルト２との電位差はほぼ１ｋＶある。除電部材６の先端部電界を強め、イオン流が発生しやすい傾向になる。このことから、被転写材３が負の電荷を有する時は、除電部材６を用いるべきである。同様の考え方から、逆に被転写材３が正の電荷を有する時は、除電部材７による除電を行うべきである。
【００６３】
このように、除電部材６および７をそれぞれ被転写材３の両面に配置することによって、被転写材３が正負どちらに帯電しても除電が可能である。また、除電部材６と７に上述のような電位を与えることによって、さらに効率的に除電を行うことができる。
【００６４】
また、除電部材６の方が、除電部材７よりも、被転写材３が分離する位置に近い個所に配置するのが好ましい。これは、除電部材６が正のコロナ放電であるのに対して、除電部材７が負のコロナ放電であるためである。正のコロナ放電はあまり安定せず、除電効果も若干低いことが知られている。そこで、除電部材６と除電部材７の配置位置をずらして、中間転写ベルト２あるいは２次転写ローラ４ａとの距離を変える。先端部の電界に差を設け、除電部材６の先端部の電界を強める方向に除電部材を配置することで、除電部材６と除電部材７の除電効果を均等にする。これによって、被転写材３に残る電荷をほぼ零にすることができる。
【００６５】
［実験結果］
次に、２次転写分離部における効果を確認したシミュレーションについて説明する。
【００６６】
計算機を用いて数値演算を行い、数値実験によって本発明の効果を確認した。使用した計算機については以下のとおりである。ＣＰＵは、Intel Xeonプロセッサ、クロック周波数が3.06ＧＨｚ、アーキテクチャはＦＳＢ533、キャッシュの容量は512ＫＢ、メモリはＤＤＲ ＳＤＲＡＭ ２ＧＢ、ハードディスクはUltra ATA133 160ＧＢである。数値演算の方法は、特開2005−345119、特開2005−345120、特開2005−346141に示されているものである。ここでは、誘電分極、気中放電、電気伝導を考慮して、未知の変数である電位と電荷を算出する。これらの電位と電荷の算出においては、２次元有限要素法を用いた。
【００６７】
有限要素法を用いるので、図５に示す要素分割図を作成した。要素分割図は、１次の三角形あるいは四辺形要素の集まりであり、各辺は領域の最外郭以外は必ず２要素において共有されるようにした。２次転写対向ローラ４ｂは、他の部材に対して十分抵抗が小さいので、導体と見なし、要素を充填させていない。
【００６８】
要素分割図における最外郭の境界のうち、２次転写対向ローラ４ｂの表面、２次転写ローラ４ａの芯金表面、除電部材６の表面については、電気力線が境界に対して垂直となるように、固定境界条件とした。これらの固定境界条件においては、前述の各バイアス電源による電位を与えた。その他の最外郭の境界は、電気力線が境界に対して平行となるように、自然境界条件とした。
【００６９】
以上のような条件を整え、まず初めに、ポアソン方程式を解いた。このとき、バイアスが印加された（上記境界条件を与えた）状態で、２次転写ローラや中間転写ベルトなどの部材の誘電率や、各部材間の空気の誘電率に応じて要素分割図の全節点の電位を算出した。部材の誘電率は、真空の誘電率に対する比誘電率に換算して、中間転写ベルト、２次転写ローラ、被転写材の値はそれぞれ100，40，３を用いた。
【００７０】
次にポアソン方程式によって得られた各節点の電位が、パッシェン曲線に基づく放電条件を満足しているかどうかを判定した。パッシェン曲線とは、ギャップ間の距離と、その距離での放電開始電圧（パッシェン電圧）の関係を示したものである。ある２節点間の電位差がパッシェン電圧を超えた場合、２節点の電位差がパッシェン電圧になるように節点間で電荷を移動させた。電荷を移動させた後で再度ポアソン方程式を解き、気中放電を考慮した各節点の電位を求めた。
【００７１】
次に、オームの法則により、部材の表面の電荷を変化させた。この電荷の変化の度合いは、部材の導電率に基づく。中間転写ベルト２および２次転写ローラ４ａの導電率は、前述に示すとおりであるが（前述では抵抗率で表記してある）、被転写材３の導電率は１×10-12Ｓ/ｍを用いた。ここで再度ポアソン方程式を解き、電荷を変化させた後の各節点の電位を求めた。
【００７２】
除電部材６と除電部材７の先端部から生じるイオン流の計算は、ポアソン方程式と電流連続の式を繰り返し解き、空間電荷と電位において、自己無撞着な解が得られるまで反復する方法を用いた。本方法は一般的に知られている方法である。反復計算では、前ステップとの電荷の変化が0.01％以内に収まることで収束（自己無撞着な解が得られた）と見なした。なお、空間におけるイオンの移動度は２×10-4ｍ/Ｖ・ｓｅｃとした。イオン流によって移動する電荷量を算出し、再度ポアソン方程式を解いて電位を算出した。
【００７３】
ここで求まった電界を元にトナーの動きを計算した。トナーは剛体として扱い、動きは、運動量の保存則を満たすように決めた。トナーに働く力は、電界による静電気力と、トナーと被転写材の間に働く非静電的な付着力５ｎＮを考慮した。
【００７４】
これらの演算を、時間を微小刻み幅２×10-5ｓｅｃごとに繰り返し行い、系の電界が安定するまで（４×10-2ｓｅｃまで）行った。各時間ステップにおいて、全節点の電位と電荷の他に、気中放電とイオン流による電荷の移動量およびその放電がどの位置で発生しているかの情報をデータファイルに出力した。
【００７５】
図６と図７は、最終ステップ（時間４×10-2ｓｅｃ）における電位分布、イオン流分布、気中放電発生分布の算出結果を同時に示したものである。図６と図７はそれぞれ、本実施形態で示したとおりに除電部材の電位を与えた場合と、その逆の電位を与えた時の結果である。すなわち、図７は、除電部材６に０Ｖ、除電部材７に１ｋＶの電位を与え、被転写材３が負に帯電した時に除電部材７で除電しようと試みるものである。図中のグリッド線（破線）は位置を明確に示す為のものであり、一目盛りあたり２ｍｍである。25ａと25ｂはイオン流の分布である。イオン流25ａ，25ｂは除電部材６あるいは除電部材７の先端部から流れ、被転写材３や２次転写ローラ４ａの表面に到達していることが分かる。図６では、除電部材６からイオン流25ａが被転写材３の剥離部分に向かって流れている。図７でも、除電部材７からのイオン流25ｂが流れているが、図６に比べると効果が弱い。
【００７６】
また、被転写材３と２次転写ローラ４ａの剥離直後において、気中放電が発生しているのだが、図６と図７ではわかりづらい。そこで図８、図９で、気中放電の様子を被転写材３と２次転写ローラ４ａの剥離直後の位置付近を拡大して、わかりやすく表示した。図８と図９はそれぞれ、本実施形態で示した電位を与えたものと、その逆の電位を与えたものである。同じ画角で示している。図中黒線で示されている26ａと26ｂは、気中放電が発生している発生分布を示している。実際には、要素分割図の２節点間を黒線で繋いだものである。これらの繋がれた２節点間の電位差は、パッシェン電圧を超えて放電が発生していることを示している。図中グリッド線の一目盛りあたりの間隔は、200μmである。
【００７７】
図８と図９の気中放電の発生分布26ａと26ｂを比べると、両者の差が良く分かる。図９は図８に比べて圧倒的に放電範囲が広い。この放電が被転写材３上のトナー像を乱すので、画像品質には図８が有利になる。上述のように、図８、図９は同じ画角であるが、図８ではイオン流25ａが見えている。図８の方が図９よりも、被転写材３の剥離位置近くまでイオン流が到達している。イオン流25ａによって、剥離位置近くの被転写材３の電荷が除電され、電位が低くなり、放電を抑制できている。これは、除電部材６と７に適切な電位を与えることによって、気中放電を抑制できるということである。
【００７８】
本発明は上述した本実施形態に記載されている構成部品（帯電ローラ、転写ローラ、中間転写ベルトなど）の寸法、材質、形状、その相対配置、本装置に搭載されている補助装置（帯電装置、現像装置など）等はこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、トナー、帯電極性、バイアス等の極性や相対値を変えた場合における適用も可能である。また、像担持体が感光ドラムである直接転写系や、１次転写部における適用も可能である。なお、像担持体が感光ドラムである直接転写系や１次転写においては、トナー像がラインとスペースである場合は、像担持体の表面の電位が一定ではない。このような時は、除電部材６に与える電位は、像担持体表面の電位の平均電位よりも高くするように設定すれば十分である。
【００７９】
以上のように、本実施形態の画像形成装置によれば、除電部材に与えるバイアスのフィードバック制御等を必要とせず、被転写材を効率良く除電することによって、像担持体と被転写材間の分離不良と気中放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態である画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の２次転写部分の構成を示す図である。
【図３】被転写材が正の電荷を有する時の除電部材の働きを示す図である。
【図４】被転写材が負の電荷を有する時の除電部材の働きを示す図である。
【図５】図１に示す画像形成装置の動作を有限要素法でシミュレーションするための要素分割図である。
【図６】図１に示す画像形成装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図１に示す画像形成装置において２つの除電部材の電位を逆にした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】被転写材と２次転写ローラの剥離直後の位置付近の気中放電の拡大説明図である。
【図９】被転写材と２次転写ローラの剥離直後の位置付近の気中放電の拡大説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
２    …中間転写ベルト
３    …被転写材
４ａ  …２次転写ローラ
４ｂ  …２次転写対向ローラ
５    …２次転写バイアス電源
６，７ …除電部材
８，９ …除電部材バイアス電源
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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