(57)【要約】中間転写ベルトから用紙上に２次転写を行う用紙転写ローラの上流側位置に、用紙転写ローラのベルト接触幅より狭いアース接触幅で接触するアースローラ等のアース電極部材を配置し、用紙サイズが小さいために用紙転写ローラが直接接触した部分を通って中間転写ベルトに流れる漏れ電流を抑制する。用紙転写ローラとバックアップローラに対する２次転写電圧の供給を清掃時に転極スイッチ回路により切替え、１つの電源で転写用と清掃用の転写電圧を供給する。
2002069056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に色の異なる現像剤を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部のそれぞれの像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために前記像担持体と接触したベルト状転写部材と、
前記画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置して前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写電極部材と、
バックアップ部材の反対側に前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写電極部材と、
を備えた画像形成装置に於いて、
前記用紙転写電極部材の上流側または下流側の所定位置に、前記用紙転写電極部材のベルト状転写部材に対する接触幅Ｌより狭いアース接触幅Ｗで接触するアース電極部材を配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記アース電極部材は、前記用紙転写電極部材の接触幅Ｌに対し１／１５乃至１／３のアース接触幅Ｗを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記アース電極部材は、中央に前記アース接触幅Ｗの導電部位を持ち、前記導電部位の両側に絶縁部位を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記アース電極部材は、中央に前記アース接触幅Ｗの第１導電部位を持ち、前記導電部位の両側に絶縁分離された第２及び第３導電部位を連設した構造であり、前記第１導電部位はアースに固定接続され、前記第２及び第３導電部位は、用紙サイズが大きいときにオンしてアース接続し、用紙サイズが小さい時にオフしてアース接続を切離すスイッチを介してアースに接続されたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記アース電極部材は、ローラ部材またはブラシ部材であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するシングルパス構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記ベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、前記ベルト状転写部材に前記複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するタンデム構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
像担持体上に色の異なる現像剤を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部のそれぞれの像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために前記像担持体と接触したベルト状転写部材と、
前記画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置して前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写電極部材と、
バックアップ部材の反対側に前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写電極部材と、
を備えた画像形成装置に於いて、
転写時に前記用紙転写電極部材を２次転写電圧を印加する定電流源に接続すると共に前記バックアップ部材をアースに接続し、清掃時に前記バックアップ部材を前記定電流源に接続すると共に前記用紙転写電極部材をアースに接続する転極スイッチ回路を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求の範囲８の画像形成装置に於いて、前記転極スイッチ回路は、転写時および清掃時以外の時は、前記用紙転写電極部材とバックアップ部材を共にアースに接続していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求の範囲８の画像形成装置に於いて、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するシングルパス構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求の範囲８の画像形成装置に於いて、前記ベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、前記ベルト状転写部材に前記複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するタンデム構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電子写真プロセスによってカラー画像を形成するプリンタやコピアなどの画像形成装置に関し、特に、感光体ドラム上に形成された異なる色のトナー画像を中間転写ベルトに転写して重ね合せた後に最終的に用紙上に転写する中間転写プロセスを備えた画像形成装置に関する。
背景技術
従来、電子写真プロセスを用いてカラー画像を形成するプリンタ等の画像形成装置は、４パス型とシングルパス型（タンデム型）の２つに大別される。
図１は従来の４パス型のプロセスである（特開平９−１５２７９１号等）。４パス型は、単一の感光体ドラム１００とイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色の画像を形成するための現像ユニット１０６を有する。感光体ドラム１００は、クリーニングブレード１０１に続いて設けられた帯電器１０２により表面を均一に帯電された後に、露光ユニット１０４のレーザスキャンにより静電潜像が形成される。次に現像ユニット１０６のイエロートナーにより現像して画像を形成し、感光体ドラム１００と接触した中間転写体である転写ベルト１０８上に転写ローラ１１０による１次転写電圧ＶＴ１の印加で静電的にトナー画像を転写する。続いてマゼンタ、シアン、及びブラックの順に同じ処理を繰り返して転写ベルト１０８上に色を重ね、最終的に２次転写電圧ＶＴ２が印加された転写ローラ１１２によって４色の現像剤を用紙上に一括転写し、定着器１１５で定着している。
このように４パス型では、感光体ドラム１００、クリーニングブレード１０１、帯電器１０２、露光ユニット１０４及び転写ローラ１１０が１セットあればよいので、コスト的に優位である。しかし、１枚のカラー画像を形成するためには、中間転写ベルト１０８を４回転させる必要があり、カラー印刷のスピードはモノクロ印刷の１／４と遅くなる。
図２は従来のシングルパス型（タンデム型）のプロセスである（特開平１１−２４９４５２号等）。シングルパス型は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色毎に画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４を一列に並べる。即ち、画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４は感光体ドラム１２０−１〜１２０−４を備え、その周囲にクリーニングブレード、帯電器、ＬＥＤ露光ユニット、現像器を配置し、各画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４で各色の画像を形成する。感光体ドラム１２０−１〜１２０−４に形成された各色の画像は、各色の感光体ドラム１２０−１〜１２０−４と接触して移動する中間転ベルト１１６上に転写ローラ１２２−１〜１２２−４による転写電圧の印加を受けて順次重ねて静電的に転写され、最終的にバックアップローラ１３２の反対側に設けた用紙転写ローラ１３４による転写電圧の印加で用紙上に一括して転写し、定着器１３８で用紙に定着して画像を得ている。
ここで中間転写体として機能する転写ベルト１１６を用いた場合、感光体ドラムから中間転写ベルトへの転写を一次転写、中間転写ベルトから用紙上への４色一括転写を二次転写と一般的に称する。また感光体ドラム１２０−１〜１２０−４から中間転写ベルト１１６に転写する転写ローラ１２２−１〜１２２−４も、中間転写ベルト１１６から用紙に転写する用紙転写ローラ１３４も、一般的には、導電性を付与したスボンジローラを使用している。このようなシングルパス型の場合は、１回のパスでカラー画像を形成することができるので、４パス型より印刷速度を早くすることができる利点がある。
このような従来の４パス型およびシングルパス型のいずれのカラー画像形成装置にあっては、最大用紙サイズ、例えばＡ４サイズに合わせて中間転写ベルトの横幅や用紙転写ローラの接触幅を決めており、Ａ４サイズ以下の用紙を選択した印刷ができる。
しかしながら、最大用紙サイズＡ４に対し、Ａ５サイズ、Ａ６サイズ、ハガキといった記録幅の狭い用紙を使用した場合、用紙転写ローラの用紙幅を越える部分は直接転写ベルトと接触することとなり、用紙が間に介在しない分だけ抵抗が少なくなり、用紙転写ローラと中間転写ベルトとが直接接触している部分からの漏れ電流が大きくなる。このため、２次転写部に加わる実行的な転写電圧が低下し、満足な用紙転写が行えず、また無駄な電流を消費するという問題があった。
また中間転写プロセスをもった従来の画像形成装置にあっては、装置電源の投入時のイニシャル処理で用紙転写ローラに付着しているトナーを除去するクリーニングを行っている。この用紙転写ローラのクリーニングは、２次転写電圧と逆極性の電圧をバックアップローラと用紙転写ローラとの間に加え、用紙転写ローラから中間転写ベルトに逆に転写させることで、用紙転写ローラのクリーニングを行っている。
しかし、従来の用紙転写ローラのクリーニングにあっては、クリーニング時に逆極性の電圧を加えなければならないため、２次転写部は転写用の電源とクリーニング用の電源の２つを必要とし、その分、構造が複雑化しコストが高くなる問題があった。
本発明は、用紙サイズが小さくなった場合の漏れ電流の増加を防止し、安定な用紙転写を可能とする画像形成装置を提供することを目的とする。
また本発明は、転写と清掃に必要な２次転写部の電源を１つとして構造の簡略化とコストの低減を図るようにした画像形成装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の画像形成装置は、感光体ドラム等の像担持体上に色の異なる現像剤を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、画像形成部のそれぞれの像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために像担持体と接触した中間転写ベルト等のベルト状転写部材と、画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置してベルト状転写部材を挟んで接触配置され、画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写ローラ等の中間転写電極部材と、バックアップ部材の反対側にベルト状転写部材を挟んで接触配置され、ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写ローラ等の用紙転写電極部材とを備えた画像形成装置を対象とする。
このような画像形成装置につき本発明は、用紙転写電極部材の上流側の所定位置に、用紙転写電極部材のベルト状転写部材に対する接触幅Ｌより狭いアース接触幅Ｗで接触するアースローラ等のアース電極部材を配置したことを特徴とする。このため本発明では、記録幅の狭い用紙に中間転写ベルトから画像の２次転写を行う場合、用紙転写ローラの用紙幅を越える部分で中間転写ベルトと直接接触していても、上流側に幅の狭いアースローラを配置することによって、中間転写ベルトの用紙幅を越える外側部分での表面方向の抵抗を大きくし、これにより用紙転写ローラが直接接触した部分を通って中間転写ベルトに流れる漏れ電流を抑制し、安定な二次転写ができる。もちろん、アース電極部材は下流に配置されていてもよい。
ここで本願発明者の実験的な考察によれば、アース電極部材は、用紙転写電極部材の接触幅Ｌに対し１／１５乃至１／３のアース接触幅Ｗを持つようにする。アースローラの構造としては、中央にアース接触幅Ｗの導電部位を持ち、導電部位の両側に絶縁部位を備える。また別のアースローラの構造として、中央にアース接触幅Ｗの第１導電部位を持ち、この導電部位の両側に絶縁分離された第２及び第３導電部位を連設した構造とする。この場合、第１導電部位はアースに固定接続され、第２及び第３導電部位は、用紙サイズが大きいときにオンしてアース接続し、用紙サイズが小さい時にオフしてアース接続を切離すスイッチを介してアースに接続される。
また本発明の別の形態にあっては、同じく中間転写プロセスをもつ画像形成装置につき、転写時に用紙転写電極部材を２次転写電圧を印加する定電流源に接続すると共にバックアップ部材をアースに接続し、清掃時にバックアップ部材を定電流源に接続すると共に用紙転写電極部材をアースに接続する転極スイッチ回路と、清掃時に前記ベルト状転写部材を所定時間逆転駆動させるコントローラとを備えたことを特徴とする。更に、転極スイッチ回路は、転写時および清掃時以外の時は、用紙転写電極部材とバックアップ部材を共にアースに接続している。
このように転写時の清掃時に転写電圧の極性を切替えて用紙転写ローラとバックアップローラに印加することで、１つの電源で転写用と清掃用の転写電圧が供給できる。
ここで本発明の画像形成装置に於いて、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するシングルパス構造でも良いし、ベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、ベルト状転写部材に複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するタンデム構造であっても良い。
発明を実施するための最良の形態
図３は、中間転写プロセスを備えた本発明の画像形成装置の実施形態であり、カラープリンタを例にとっている。図３において、カラープリンタ１０は、駆動ローラ２６、テンションローラ２８及びバックアップローラ３２に掛け回された中間転写ベルト２４を備え、中間転写ベルト２４の上部の上流から下流に向けて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色について画像形成ユニット１２−１，１２−２，１２−３，１２−４を配置している。画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、図４のイエロー（Ｙ）の画像形成ユニット１２−１に取り出して示すように、像担持体としての感光体ドラム１４−１の周囲に帯電ブラシ１６−１、ＬＥＤアレイ１８−１、現像器の現像ローラ２１−１を配置し、更に帯電ブラシ１６−１の手前にはクリーニングブレード１５−１を配置している。
再び図３を参照するに、画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている現像器２２−１〜２２−４に対しては、トナーカートリッジ２０−１〜２０−４が装着されている。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている感光体ドラム１４−１〜１４−４に、中間転写ベルト２４を挟んで反対側に中間転写電極部材としての中間転写ローラ３８−１，３８−２，３８−３，３８−４を配置している。このカラープリンタ１０における印刷プロセスは、画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体ドラム１４−１〜１４−４上に形成された各色のトナー画像が、１次転写電圧が印加される中間転写ローラ３８−１〜３８−４によって順番に中間転写ベルト２４に重ねて転写され、駆動ローラ２６、テンションローラ２８の位置を経由して、バックアップローラ３２の反対側に設けている用紙転写ローラ４５による２次転写位置に搬送される。この２次転写位置では、ピックアップローラ５２によりトレイ４８から引き出された用紙５０が用紙転写ローラ４５により搬送され、用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２の間に印加される２次転写電圧により中間転写ベルト２４上のトナー画像は用紙５０に転写され、ヒートローラ５８とバックアップローラ５６を備えた定着器５４で加熱溶着され、スタッカ６０に排出される。
ここで画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体ドラム１４−１〜１４−４に対し、中間転写ベルト２４を挟んで反対側に配置された中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、金属シャフトの周囲にスポンジ層を形成したスポンジローラを使用しており、電源４０−１〜４０−４より規定の１次転写電圧の印加を受けている。バックアップローラ３２に対向して設けた用紙転写ローラ４５は、同じくスポンジローラで構成され、定電流源として機能する電源４６より規定の２次転写電圧を用紙転写のタイミングで受けている。
用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２で構成される中間転写ベルト２４における２次転写部の手前（上流側）の位置にはアースローラ６０が配置される。アースローラ６０は、中間転写ベルト２４のセンタに配置された導電部位でベルトに接触するアース接触幅Ｗを、用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌに対し狭くしている。これによって幅の狭い用紙５０を使用した２次転写時に、用紙幅を越える部分で用紙転写ローラ４５が直接に中間転写ベルト２４に接触して流れるむだな電流を抑えるようにしている。このアースローラ６０の構造及び機能は後述する。また中間転写ベルト２４の駆動ローラ２６、テンションローラ２８は電気的にアースに接続されている。コントローラ６２は、カラープリンタにおけるプロセス機構及び画像データの処理を行うもので、ＭＰＵにより実現される。
更に、図３において各部の構成を具体的に説明すると次のようになる。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている感光体ドラム１４−１〜１４−４は、例えば外径３０ｍｍのアルミ粗管に電荷発生層及び電荷輸送層からなる層厚約２５μｍの感光層を塗布している。この感光体ドラム１４−１〜１４−４は、図４のイエローＹの画像形成ユニット１２−１に取り出して示すように、帯電ブラシ１６−１によって均一に帯電される。帯電ブラシ１６−１は感光体ドラム１４−１の表面に接触し、例えば周波数８００Ｈｚ、Ｐ−Ｐ電圧１１００Ｖ、オフセット電圧−６５０Ｖの帯電バイアスを印加し、感光体ドラム１４−１の表面を約−６５０Ｖに帯電する。帯電器としては、帯電ブラシ１６−１以外にコロナ帯電器、ソリッドローラ帯電器などを用いることができる。ＬＥＤアレイ１８−１は、波長７４０ｍｎ、解像度６００ｄｐｉであり、画像に応じた露光を行って感光体ドラム１４−１の表面に静電的な潜像を形成する。ＬＥＤアレイ１８−１以外にレーザスキャニング露光ユニットなどを用いることもできる。感光体ドラム１４−１の表面に形成された静電的な潜像に対しては、マイナスに帯電した各色のトナーを有する現像器、図４の場合にはイエロートナーを使用した現像ローラ２１−１により現像を行い、感光体ドラム１４−１上の静電潜像を可視化する。ここでは現像方法として非磁性１成分接触現像を用いているが、これに限定されない。また現像の際のトナーの帯電極性はマイナスに限定されない。
再び図３を参照するに、中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、画像形成ユニット１２−１〜１２−４で感光体ドラム１４−１〜１４−４上に形成されたモノカラー画像を中間転写ベルト２４上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に順次重ねて転写を行い、中間転写ベルト２４上にカラー画像を形成する。中間転写ベルト２４上に対する各色の重ね合わせのタイミングは、ＬＥＤアレイの書き出しタイミングで調整し、正確な位置合せを行う。なお色重ねの順番、色数は、この実施形態に限定されない。
感光体ドラム１４−１〜１４−４から中間転写ベルト２４への転写は、電源４０−１〜４０−４から中間転写ローラ３８−１〜３８−４に＋５００Ｖ〜１０００Ｖの範囲の予め設定した規定電圧を印加することによって静電的に行う。中間転写ベルト２４はカーボンで抵抗調整した厚さ１５０μｍの例えばポリカーボネイト樹脂部材で作られている。
また本発明の中間転写ベルト２４としてはポリカーボネイト樹脂に限定されることはなく、ポリイミド系、ナイロン系、フッ素系などの樹脂材料を使用することができる。また中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、感光体ドラム１４−１〜１４−４の対向位置に設ける必要はなく、中間転写ベルト２４の回転方向に対し上流あるいは下流の離間した位置に設けてもよい。
中間転写ベルト２４上に１次転写により重ねて転写されたカラー画像は、２次転写部により一括して用紙などの記録媒体上に転写される。この２次転写のための用紙転写ローラ４５は、シャフトと表面間が１０５〜１０８Ω程度の抵抗値に調整されたスポンジローラを使用しており、中間転写ベルト２４を挟んでバックアップローラ３２に１〜２ｋｇ程度の圧力で押し当てるように配置している。また用紙転写ローラ４５として使用するスポンジローラの硬度は、アスカーＣで４０〜６０度としている。用紙転写ローラ４５に対し接続された電源４６は定電流源であり、中間転写ベルト２４上の画像位置に対し、タイミングを合わせて搬送される用紙上に電源４６によってバイアスを印加し、静電的にトナーを転写する。この２次転写によって用紙上に転写されたカラー画像は、定着器５４で現像剤を熱的に用紙上に定着して固定画像を得る。また駆動ローラ２６による中間転写ベルトの速度は例えば９１ｍｍ／ｓである。もちろん中間転写ベルトの速度で決まる印刷速度はこれに限定されず、これ以下もしくはこれ以上の速度としてもよい。
図５は、図３の実施形態で使用しているアースローラ６０を取り出している。このアースローラ６０は中央に導電部位６４を有し、その両側に絶縁部位６６−１，６６−２を一体に形成している。
図６は、図５のアースローラ６０の２次転写部に対する配置状態を、図３における中間転写ベルト２４の裏側から見て平面図で表わしている。２次転写部は中間転写ベルト２４を間に挟んで配置された用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２で構成されており、図示の状態にあっては用紙転写ローラ４５と中間転写ベルト２４の間を用紙６８が通過している転写タイミングの状態を表わしている。この２次転写部に対し、アースローラ６０は中間転写ベルト２４の上流側の距離Ｙだけ離れた位置に配置されており、中央の導電部位６４は幅Ｗを持っており、この幅Ｗは用紙転写ローラ４５の中間転写ベルト２４に対するベルト接触幅Ｌより狭くなっている。ここでアースローラ６０の導電部位６４の幅Ｗは中間転写ベルト２４に接触してアースに接続することから、以下、アース接触幅Ｗという。本発明のアースローラ６０にあっては、導電部位６４のアース接触幅Ｗを用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌに対し
Ｗ＝Ｌ／１５〜Ｌ／３
の範囲に設定している。より具体的には、中間転写ベルト２４により転写可能な用紙の最大サイズをＡ４サイズとすると、用紙６８の通過幅ＰＷはＰＷ＝２９７ｍｍとなり、この場合、用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌとなる横幅は例えばＬ＝３０９ｍｍとしている。このため最大サイズとなるＡ４サイズの用紙６８に転写する際には、用紙転写ローラ４５は両端側においてごく僅か中間転写ベルト２４に接触するが、実質的には用紙６８を間に介して中間転写ベルト２４に接触することとなり、この場合に用紙転写ローラ４５の両側のベルト接触部分から無駄な電流が流れ込むようなことはない。これに対し用紙６８をＡ５縦サイズとした場合には用紙幅ＰＷはＰＷ＝１４８．５ｍｍとなり、用紙転写ローラ４５は両側を合わせた１６０．５ｍｍの外側部分で直接中間転写ベルト２４に接触し、直接接触により間に用紙６８が介在しないことで抵抗が減少し、ここに無駄な漏洩電流が流れ、２次転写がうまくできなくなる原因となる。
そこで本発明にあっては、用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌに対しアース接触幅ＷをＷ＝Ｌ／１５〜Ｌ／３と幅の狭い導電部位６４を持った構造とすることで、２次転写位置の手前距離Ｙ離れた位置でアース接触幅Ｗをもって中間転写ベルト２４と接触させる。このためアースローラ６０のアース接触幅Ｗの接触部６５から見て、用紙転写ローラ４５に対する中間転写ベルト２４の接触部分までの距離は、アース接触幅Ｗに相対した部分については距離Ｙと同じになるが、アース接触幅Ｗに相対する位置の外側の部分については距離Ｙより長い距離となる。ここで中間転写ベルト２４としては例えば体積抵抗１×１０９Ω・ｃｍのものを使用しており、用紙転写ローラ４５の接触位置とアースローラ６０のアース接触幅Ｗとの間の抵抗は距離にほぼ比例して増加する関係にある。したがって、用紙転写ローラ４５によりベルト接触幅Ｌに亘って２次転写を印加した場合、アースローラ６０のアース接触幅Ｗによる接触部６５から見た抵抗値は、アース接触幅Ｗに対応した中央部では小さく、ベルト両側に行くに従って抵抗値が増加する関係にある。このように用紙転写ローラ４５とアースローラ６０の中間転写ベルト２４に対する接触関係から見た抵抗が中間転写ベルト２４の外側ほど大きくなることで、転写する用紙サイズが例えばＡ５サイズと小さくなった場合に、用紙転写ローラ４５が直接中間転写ベルト２４に接触しても、ベルト両側のアースローラ６０のアース接触幅Ｗに対する抵抗成分が高いことから、ベルトの直接接触部分から流れる無駄な漏洩電流が抑えられる。
図７は本発明で使用している中間転写ベルト２４について、用紙転写ローラ４５に対しアースローラ６０を設けた場合の抵抗成分の分布状態を調べるための測定説明図である。図７において、中間転写ベルト２４は横幅ＢＷ＝３６０ｍｍのものを使用しており、２次転写ローラの接触位置として測定点７０−１〜７０−５の５点を設定する。即ち中間転写ベルトの中央に測定点７０−３を設定し、その両側５０ｍｍ離れた位置に測定点７０−２と７０−４を設定し、更にそこから５０ｍｍ外側の位置に測定点７０−１，７０−５を設定している。これら５つの測定点７０−１〜７０−５は、例えば導電性の電極を貼り付けている。このような５点の測定点７０−１〜７０−５で代表した用紙転写ローラの接触位置に対し、中間転写ベルトの上流側、距離Ｙ離れた中央位置に、本発明のアースローラ６０に相当するアース電極幅Ｗを持ったアース電極７２を貼り付ける。ここで測定点７０−１〜７０−５のそれぞれは電極幅が１０ｍｍである。またアース電極７２は長手方向の幅が５ｍｍのものを使用している。
次に電源／測定器７４により、測定点７０−１とアース電極７２との間に規定の２次転写電圧、例えば１０００Ｖを印加して抵抗値を測定する。このような抵抗値の測定を測定点７０−２，７０−３，７０−４，７０−５とアース電極７２の間についても同様にして行う。また測定に際しては、アース電極７２のベルト長手方向の配置距離Ｙを１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ及び４０ｍｍと４段階に変えて測定点７０−１〜７０−５とアース電極７２の間の抵抗値を測定する。
図８は図７の中間転写ベルトにおける抵抗値の測定結果である。図８（Ａ）は、アース電極７２のアース接触幅Ｗ＝２０ｍｍとし、更に長手方向の距離Ｙを１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍと変えて測定した場合の抵抗値である。この測定結果から明らかなように、中間転写ベルト２４のセンタ７１の測定点７０−３において抵抗値が最も低く、センタ７１から両側に５０ｍｍ離れた測定点７０−２，７０−４の抵抗値が次に大きく、更にセンタ７１から両側に１００ｍｍ離れた測定点７０−１，７０−５の抵抗値が最も大きい値となっている。このセンタから外側に向かうに従って抵抗値が増加する関係は、アース電極７２のベルト長手方向の距離Ｙが変化しても基本的にその関係は維持される。その結果、アース電極７２の例えばＹ＝１０ｍｍの測定値を例にとると、図示のＶ型の特性直線７２−１のような抵抗成分の分布がアース接触幅Ｗを持ったアース電極７２により形成されていることが理解できる。
図８（Ｂ）はアース電極７２のアース接触幅ＷをＷ＝５０ｍｍとした場合の測定結果であり、アース接触幅Ｗが増加することで、図８（Ａ）に比べるとベルト両側での抵抗値が低下しているが、Ｖ字直線７２−２の特性に示す、中央で低く両側に行くほど高くなる抵抗分布が得られる。
更に図８（Ｃ）はアース接触幅ＷをＷ＝１００ｍとした場合であり、図８（Ｂ）に対し中央及び両側とも抵抗値が更に低下しているが、中央で抵抗値が低く外側に行くほど抵抗値が増加するＶ字直線７２−３の抵抗分布は依然として維持されている。
ここで中間転写ベルトのセンタ７１における０ｍｍの抵抗値に対するセンタ７１から外側１００ｍｍの内の抵抗値の比率を見ると、図８（Ａ）のアース接触幅Ｗ＝２０ｍｍの場合、１．８〜３．１倍、中央に対し両側が高くなっている。また図８（Ｃ）にあっては、１．８〜２．９倍、中央に対し外側の抵抗値が高くなっていることが分かった。
一方、アース電極７２のアース接触幅Ｗを２０ｍｍより小さくすると、センタ７１の中央となる０ｍｍでの抵抗値が大きくなりすぎ、結果として転写効率が下がることになる。一方、アース電極７２のアース接触幅Ｗが１００ｍｍを越えると中央に対する両側の抵抗値の差が小さくなり、ベルト両側の直接接触部分から流れ込む電流を抑える効果が少なくなる。したがって本発明で使用するアースローラ６０のアース接触幅Ｗとしては、図８の測定結果からアース接触幅Ｗを２０〜１００ｍｍとすればよいことが分かる。ここで図６における用紙転写ローラ４５のベルト接触幅ＬはＬ＝３０９ｍｍであることから、図７の測定結果から得られたアース接触幅Ｗ＝２０〜１００ｍｍとの関係を見ると、
Ｗ＝Ｌ／１５〜Ｌ／３
とすれば、本発明により期待する効果が得られると判断できる。
図９はアースローラ６０のアース接触幅Ｗを用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌ＝３０９ｍｍと同じＷ＝３０９ｍｍとした場合と、本発明の適用によりＷ＝１００ｍｍとし、用紙サイズＡ４，Ａ５縦の２種について２次転写のために定電流源から注入する電流値を変え、そのときの定電流源の出力電圧を測定した特性図である。まず特性７４−１はアース電極幅Ｗを用紙転写ローラの横幅と同じ３０９ｍｍとし、普通紙Ａ４に転写した場合の電流値に対する出力電圧値の測定結果である。これと同じアース接触幅Ｗ＝３０９ｍｍの条件で用紙をより小さいＡ５縦サイズに変えて電流値に対する電圧値を測定すると、測定特性７４−２の結果が得られる。この測定特性７４−１と７４−２を比較して見ると、例えば注入する電流値が３０μＡの場合、Ａ４サイズと用紙サイズが大きいときの出力電圧値２３００Ｖに対し、用紙サイズをＡ５縦サイズと小さくすると出力電圧値は約２０００Ｖに低下している。この用紙サイズをＡ４サイズからＡ５縦サイズに小さくしたときの約５００Ｖの電圧低下は、用紙サイズが小さくなるのに伴い用紙転写ローラの両側の部分が直接中間転写ベルト２４に接触し、直接接触した部分から余分な漏れ電流が流れることにより発生していることが裏付けられる。
これに対し測定特性７６−１，７６−２は、本発明によりベルト接触幅Ｌ＝３０９ｍｍに対し本発明によりアースローラ６０のアース接触幅ＷをＷ＝１００ｍｍと１／３にした場合である。測定特性７６−１はＡ４サイズの用紙の場合であり、同じアース接触幅Ｗ＝１００ｍｍで用紙サイズをＡ５縦サイズに小さくすると測定特性７６−２が得られる。この測定特性７６−１の用紙サイズＡ４から測定特性７６−２の用紙サイズＡ５縦に小さくしても、注入する電流値に対する電圧値はほとんど変化しておらず、アースローラ６０のアース接触幅Ｗを用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌの３分の１としたことで、用紙サイズがＡ４からＡ５縦と小さくなっても、用紙外側のベルトに対する直接接触する部分から余分な電流が流れてしまうことの防止効果が確認でき、これによって記録幅の狭い用紙であっても安定した２次転写ができることが確認された。
図１０は、図３の実施形態で使用するアースローラ６０の他の実施形態である。このアースローラ６０にあっては、中央の導電部位７８の外側に絶縁部位７９−１，７９−２を介して導電部位８０−１，８０−２を連接したことを特徴とする。ここで中央の導電部位７８はアース接触幅Ｗ１を持っており、このアース接触幅Ｗ１は図５の実施形態に示したアースローラ６０の中央の導電部位６４のアース接触幅Ｗに相当し、用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌに対し、Ｗ１＝Ｌ／１５〜Ｌ／３の範囲で設定した値を持つ。この中央の導電部位７８は、電気的にはアースに固定的に接続されている。両側に位置する導電部位８０−１，８０−２は、スイッチ８２−１，８２−２を介してアースに接続されている。スイッチ８２−１，８２−２はコントローラ６２によりオン，オフ制御される。コントローラ６２は図３のスタッカ４８に収納されている用紙５０のサイズを認識し、例えばＡ４サイズであればスイッチ８２−１，８２−２をそれぞれオンして導電部位８０−１，８０−２をアースに接続し、この結果、アースローラ６０は用紙転写ローラ４５のベルト接触幅Ｌに一致するアース接触幅Ｗ２を実質的に持つことになる。これに対しコントローラ６２でＡ５サイズの用紙が認識された場合には、図示のようにスイッチ８２−１，８２−２をオフして両側の導電部位８０−１，８０−２をフローティング状態とし、これによって中央の導電部位７８のみがアースに接続され、結果として図５に示したと同じアースローラ６０の機能が実現できる。
図１１は、図１０のコントローラ６２によるアースローラ切替処理のフローチャートである。このアースローラ切替処理にあっては、ステップＳ１で用紙サイズがＡ４サイズか否かチェックしており、Ａ４サイズであればステップＳ２に進んでスイッチ８２−１，８２−２をオンする。一方、用紙サイズがＡ４でなければＡ４より小さいＡ５であることから、ステップＳ３に進み、スイッチ８２−１，８２−２をオフするようになる。なお図１０のアースローラ６０にあっては、中央の導電部位７８の両側に絶縁部７９−１，７９−２を介して導電部位８０−１，８０−２を設けた３分割構造を例にとっているが、必要に応じて５分割、７分割というように形成することもできる。また上記の実施形態のアースローラ６０の代りに導電ブラシを使用してもよい。
図１２は、本発明の画像形成装置の他の実施形態であり、図３の実施形態と同様なプリンタ内の中間転写プロセスをもつ構造を取り出している。この中間転写を行うプロセス機構は、アースローラ６０を除いている点以外は、図３の実施形態と同じである。これに加え図１２の実施形態にあっては、用紙転写ローラ４５に付着したトナーをクリーニングするための機構と制御機能を設けている。即ち、用紙転写ローラ４５とこれに中間転写ベルト２４を介して配置されたバックアップローラ３２は、切替スイッチ８４−１，８４−２を介して２次転写電圧を印加する電源４６とアースに接続されている。切替スイッチ８４−１は切替接点８６−１１，８６−１２を持ち、切替接片８８−１を２次転写電圧を印加する電源４６に接続している。切替スイッチ８４−１の切替接点８６−１１は、用紙転写ローラ４５に接続されると同時に切替スイッチ８４−２の切替接点８６−２２に接続される。また切替スイッチ８４−１の切替接点８６−１２は、バックアップローラ３２に接続されると同時に切替スイッチ８４−２の切替接点８６−２１に接続される。この切替スイッチ８４−１と切替スイッチ８４−２の相互接続によって、用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２に対し、電源４６とアースを接続極性を交互に入れ替えて接続する転極スイッチ回路を構成している。
切替スイッチ８４−１，８４−２は、コントローラ６２からの信号により切り替えられる。コントローラ６２は、印刷動作時にあっては図示のように切替スイッチ８４−１，８４−２を切替接点８６−１１，８６−２１に閉じており、このため電源４６からの２次転写電圧が用紙転写タイミングで用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２間に印加される。これに対し用紙転写ローラ４５の清掃タイミングになると、コントローラ６２は切替スイッチ８４−１，８４−２を切替接点８６−１２，８６−２２に切り替える。このため、電源４６は切替スイッチ８４−１を介してバックアップローラ３２に接続され、同時に用紙転写ローラ４５が切替スイッチ８４−２を介してアースに接続され、これによってバックアップローラ３２側に清掃のための２次転写電圧が印加され、印刷時とは逆に２次転写電圧が加えられることで、用紙転写ローラ４５に付着しているトナーが転写ベルトに転写されることでクリーニングされる。
本願発明者にあっては、電源４６により２次転写電圧として２１００Ｖを設定し、用紙転写ローラ４５のクリーニング試験を行った。このクリーニング試験は中間転写ベルト２４から前面ベタ印字を用紙を通さずに用紙転写ローラ４５に付着させた後、切替スイッチ８４−１，８４−２をクリーニング位置となる切替接点８６−１２，８６−２２に切り変えてバックアップローラ３２側に２次転写としての２１００Ｖを印加してクリーニング性能を確認した。この場合、用紙転写ローラ４５の１周分の時間をクリーニング時間とすると、次の印刷の際に用紙の裏に多少トナーが付着しているが、用紙転写ローラ４５の２周分以上の時間をクリーニング時間を設定すると、次の印字の際にトナーは用紙の裏にほとんど付かなくなり、十分なクリーニング効果が確認された。したがって、クリーニング時にあっては用紙転写ローラ４５の２回転以上のクリーニング時間を設定すればよいことが分かる。
図１３は、図１２のコントローラ６２による２次転写ローラ清掃処理のフローチャートである。この２次転写ローラ清掃処理は、プリンタの電源を投入した際に初期化処理で行われる。より具体的には、プリンタの使用を開始する際の電源投入時もしくは使用中に用紙ジャムが発生し、用紙を取除いた後の電源投入時となる。
２次転写ローラ清掃処理にあっては、初期状態にあってはステップＳ１のように切替スイッチ８４−１，８４−２を切替接点８６−１１〜８６−２２から離れた待機位置にある。この待機位置では、用紙転写ローラ４５及びバックアップローラ３２をフローティング状態としても良いが、それぞれアースに接続しておくことが望ましい。次にステップＳ２で印刷タイミングが判別されると、ステップＳ３で切替スイッチ８４−１，８４−２を転写切替位置となる切替接点８６−１１，８６−２１に切り替え、用紙転写ローラ４５側に用紙転写タイミングで２次転写電圧を電源４６から印加できるようにする。続いてステップＳ４で清掃タイミングが判別されると、ステップＳ５で切替スイッチ８４−１，８４−２を清掃側の切替位置となる切替接点８６−１２，８６−２２に切り替え、ステップＳ６で中間転写ベルト２４を回転し、ステップＳ７で清掃時間を監視するタイマをスタートする。そしてステップＳ８で清掃タイマが予め設定した用紙転写ローラ４５の２回転以上の所定時間に達してタイムアップすると、ステップＳ９で一連の清掃処理をリセットし、ステップＳ１０で装置停止指示があるまで、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
図１４は、用紙転写ローラのクリーニングについての他の実施形態であり、この実施形態にあっては、図１２に加え、バックアップローラ３２の手前に図３の実施形態と同様アースローラ６０を設けたことを特徴とする。このようにアースローラ６０を設けた場合には、印刷時にバックアップローラ３２を電気的にフローティング状態にする必要があることから、バックアップローラ３２に対する切替スイッチ８４−１，８４−２からの接続ラインにスイッチ９０を設け、コントローラ６２は印刷時にあってはスイッチ９０をオフし、バックアップローラ３２を電気的にフローティング状態とし、これによってアースローラ６０の機能を有効としている。それ以外の構成は図１２の実施形態と同じである。
なお上記の実施形態は画像形成装置としてカラープリンタへの適用を例にとるものであったが、同様にして画像形成を行うコピアなどの適宜の画像形成装置にそのまま適用することができる。また本発明は、その目的と利点を損なわない適宜の変形を含む。更に本発明は上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
産業上の利用可能性
以上説明してきたように本発明によれば、中間転写プロセスを備えた画像形成装置において、中間転写ベルトから用紙に２次転写を行う用紙転写ローラの上流側位置に用紙転写ローラのベルト接触幅より狭いアース接触幅で接触するアースローラを配置したことで、用紙サイズが小さいために用紙転写ローラが直接ベルトに接触している部分を通って流れる無駄な漏れ電流を抑制することができ、漏れ電流による２次転写の低下がないことから、安定した２次転写を実現することができる。
また用紙転写ローラとバックアップローラに対する２次転写電圧の供給を清掃時に電極スイッチ回路により逆極性に切り替えてクリーニングを行うようにしたことで、１つの電源からの２次転写を利用して転写と清掃の両方を行うことができ、電源が１つで済む分、装置構成を簡単にしてコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の４パス型の画像形成プロセスの説明図；
図２は従来のシングルパス型の画像形成プロセスの説明図；
図３は本発明の実施形態の説明図；
図４は図３のイエロー用の画像形成ユニットを取出した説明図；
図５は図３で使用しているアースローラの説明図；
図６は図３の２次転写部をベルト裏面から見た平面説明図；
図７は用紙転写ローラの５点の接触位置に対し上流側のアースローラの接触位置と接触幅を変えて中間転写ベルトの表面抵抗を測定するための説明図；
図８は図７により測定されたベルト幅方向の位置に対する表面抵抗の測定結果の説明図；
図９は従来と本発明のアースローラにつき定電流源からのバイアス電流を変化させて異なるサイズの用紙を通過した時の測定出力電圧の特性図；
図１０は図３で使用する３分割構造のアースローラとそのアース接続切替回路の説明図；
図１１は図１０のコントローラによるアースローラ切替処理のフローチャート；
図１２は用紙転写ローラの清掃機能を備えた本発明の実施形態の説明図；
図１３は図１２のコントローラによる用紙転写ローラの清掃処理のフローチャート；
図１４は用紙転写ローラの清掃機能を備えた本発明の他の実施形態の説明図；
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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