本発明は、例えば電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成する電子写真複写機、電子写真プリンタ(例えばレーザービームプリンタ、LEDプリンタ等)、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。

画像形成装置は、感光体ドラムに形成されたトナー像を転写ローラによってシートに転写して画像形成を行う。ここで、シートにトナー像を転写する際に転写ローラに印加する転写バイアスの制御方法として定電流制御を用いた場合、画像形成に用いるシートのサイズによって転写性が変化することがある。

例えば図8(a)に示す様に、画像形成に用いるシートのサイズが大きい場合、転写ローラ上ではシート搬送方向に直交するシート幅方向にシートが通紙されない領域(以下、非通紙領域という)が小さい。この場合に転写電流が例えば11μA流されると、転写電流はシート幅方向に例えば5等分した各領域に2.2μAずつ均等に流れ、トナー像を転写するために必要な電荷がシートに対して均等に供与される。なお、シートの各領域に2μAの電流が流れれば、トナー像を転写するために必要な電荷がシートに供与されたものとする。

一方、図8(b)に示す様に、画像形成に用いるシートのサイズが小さい場合、シートのシート搬送方向に直交する方向の幅(以下、シート幅という)と転写ローラのシート搬送方向に直交する方向の幅との間に大きな差があるため、転写ローラ上で非通紙領域が大きい。このように非通紙領域が大きい場合、転写バイアスを印加すると電流は転写ローラ上の非通紙領域であって転写ローラと感光体ドラムが直接接触する部分に選択的に流れ込む。これは、感光体ドラムの電気抵抗値(以下、単に抵抗値という)よりもシートの抵抗値の方が高いため、抵抗値の低い感光体ドラム方向に電流が流れ易いためである。このような場合に、例えば転写電流として11μAを流すと、感光体ドラムと転写ローラとが直接接触した接触部には多くの電流(例えば4μA)が流れ、抵抗値の高いシートの各領域に流れる電流は少なくなる(例えば1μA)。この場合、トナー像を転写するために必要な電荷がシートに十分に供与されず、トナー像を静電的にシートに保持する力が低下し、トナー像が乱れて転写不良を起こすおそれがある。

これに対して図8(c)に示す様に、転写ローラ上の非通紙領域が大きい場合であっても転写電流を多く流すことで(例えば22μA)、転写ローラと感光体ドラムとの接触部に多くの電流が流れても(例えば8μA)、シートの各領域には2μAの電流が流れる。従って、トナー像を転写するために必要な電荷をシートに供与することができる。しかし、この場合には感光体ドラムの一部の領域に対して過剰な電荷付与を行うこととなる。このため、感光体ドラムの過剰電荷を付与された領域とその他の領域との間で電位差が生じてしまい、その電位差はすぐには解消されず、次の画像形成に用いるシートのサイズが大きい場合は画像形成の際にこれらの領域間で画像濃度差が発生するおそれがある。

さらに、高温低湿環境下で画像形成する場合や、シートの両面に画像形成する際にシートが定着器を通過して乾燥した後に裏面が画像形成される場合には、シートの抵抗値がさらに高くなる。従って、転写電流がシートではなく感光体ドラムに選択的に流れ込む傾向がより強まり、転写不良がより発生し易くなる。

そこで、このような転写不良を防ぐ方法が従来から提案されている。例えば特許文献1では、画像形成に用いられるシートのシート幅を検知し、このシート幅が所定より大きいときは転写バイアスを定電流制御し、シート幅が所定未満のときは定電圧制御する。このようにシート幅が所定未満の場合に定電圧制御することで、転写電流が過剰に感光体ドラムへ流れ込むことを防止することができる。

また特許文献2では、転写ローラ上のシート非通紙領域に抵抗体としてのトナーを付着させ、トナーを付着させたままの状態で画像形成を実施する。これにより、転写ローラ上の通紙領域と非通紙領域との間で抵抗値の差が小さくなるため、転写電流が感光体ドラムへの流れ込むことを防止することができる。なお、この場合には画像形成処理後にクリーニング手段により転写ローラ上の抵抗体としてのトナーをクリーニングする。

特開平11−95579号公報

特開平9−325624号公報

しかしながら上記特許文献1の発明にあっては、定電圧制御用の電源と定電流制御用の電源の双方を備える必要があるため、装置のコストが高くなる。また、上記特許文献2の発明にあっては、シート幅が所定以下のシートを用いて画像形成を実施する度に転写ローラ上の非通紙領域にトナーを付着させるため、トナーを大量に消費してコストが高くなる。

そこで本発明の目的は、シート幅の小さいシートを用いて画像形成を行う場合であっても、安定した転写性を確保し、トナーの大量消費を抑え、かつ低コストの画像形成装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像担持体に形成されたトナー像を転写部材へのバイアス印加によりシートに転写して画像を形成する画像形成装置において、前記転写部材にトナーを付着させるトナー付着手段と、前記転写部材に付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記トナー付着手段又は前記クリーニング手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、画像形成に際して搬送されるシートの搬送方向と直交する方向のシート幅と前回の画像形成の際に搬送されたシートの前記シート幅に応じて、前記転写部材にトナーが付着する領域を変更すること、を特徴とする。

本発明によれば、画像形成に用いられるシートのシート幅と、前回画像形成に用いられたシートのシート幅を考慮して、転写ローラ上に付着するトナーの領域を決定・変更する。このため、転写部材のシート搬送領域外に抵抗体としてのトナーを付着させる際、前回の画像形成の際に付着させた領域以外の領域にのみトナーを付着させる制御とすることができ、安定した転写性を確保しつつトナーの使用量を削減することができる。

さらに、これらを定電流制御のみで実施できるため、定電流制御用の電源と定電圧制御用の電源の双方を備える必要がなく、装置の製造コストを抑制できる。

本発明の第1実施形態に係る画像形成装置の断面概略図である。

本発明の第1実施形態に係る画像形成装置のシステム構成を示すブロック図である。

本発明の第1実施形態における画像形成時の制御を説明するフローチャートである。

本発明の第1実施形態における特徴を説明するための図である。

本発明の第1実施形態における特徴を説明するための図である。

本発明の第1実施形態に係る画像形成装置を使用した実験の結果を示す図である。

本発明の第1実施形態に係る画像形成装置を使用した実験の結果を示す図である。

本発明に係る従来技術を説明する図である。

<画像形成装置> 以下、本発明の第1実施形態に係る画像形成装置Aの全体構成を画像形成動作とともに図面を参照しながら説明する。

図1に示す様に、画像形成装置Aはシートにトナー像を転写する画像形成部と、画像形成部へシートを供給するシート給送部と、シートにトナー像を定着する定着部と、を備えている。

画像形成部は、感光体ドラム1(像担持体)、帯電ローラ2(帯電部材)、レーザスキャナユニット3(露光手段)、現像装置4、転写ローラ5(転写部材)、クリーニングブレード7などを備えている。

画像形成に際しては、図2に示すCPU201(制御手段)がプリント信号を発すると、給送ローラ9及び搬送ローラ8によってシート積載部10に積載収納されたシートが画像形成部に送り出される。

一方、画像形成部においては、高圧電源(不図示)から帯電ローラ2に対して帯電バイアスが印加されることにより、帯電ローラ2と接触する感光体ドラム1の表面が帯電させられる。そして、レーザスキャナユニット3が、内部に備える光源(不図示)からレーザ光Lを出射し、レーザ光Lを感光体ドラム1上に照射する。これにより、感光体ドラム1の電位が部分的に低下して画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム1の表面上に形成される。

現像領域においては、現像スリーブに現像バイアスが印加されることにより、感光体ドラム1上の静電潜像にトナーを付着させてトナー像が形成される。感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、感光体ドラム1と、感光体ドラム1に接触する転写ローラ5との間に形成された転写ニップ部に送り込まれる。トナー像が転写ニップ部に到着すると、転写ローラ5にトナーと逆極性の転写バイアスが印加されてトナー像がシートに転写される。なお、本実施形態において転写ローラ5はアスカーC硬度が20度〜40度のウレタンローラとして説明するが、イオン導電性ローラや電子導電タイプのローラでもよい。

その後、トナー像が転写されたシートは定着装置11に送られ、加熱・加圧されてトナー像がシートに定着される。その後、シートは排出ローラ12によって搬送されて排出部に排出される。

<制御部> 次に、本実施形態に係る画像形成装置Aの制御部の構成について図を用いて説明する。

図2に示す様に、制御部はCPU201を備えている。また、CPU201には温湿度センサ202、シート幅検知センサ206、メモリ203などが接続されている。シート幅検知センサ206はユーザーが指定するシートのサイズ情報をメモリ203に記憶する。なお、シートのサイズ情報は画像形成前に操作パネル(不図示)上からユーザーが設定するものであって、レターサイズ、A4、B5などの定型サイズ情報である。

また、転写ローラ5は転写高圧電源204に接続されており、CPU201の指示に応じて転写バイアスが印加される。この転写バイアスは、温湿度センサ202で検知された温湿度に基づいて定電流制御されており、感光体ドラム1方向に流れる電流が一定になるように制御されている。また、印加した転写バイアス値は、転写電圧検知回路205が転写バイアス印加時の電圧を検知することにより検知される。

<画像形成時の制御について> 次に、本実施形態に係る画像形成装置Aの画像形成時の制御を説明する。本実施形態に係る画像形成装置Aは、トナー付着、除去制御として、画像形成に用いられるシートが前回画像形成に用いられたシートより小さいときは、転写ローラ5上で前回の画像形成に用いられたシートのシート幅と今回用いられるシートのシート幅との差分領域にのみ新たにトナーを付着させて画像形成処理を行う。一方、画像形成に用いられるシートが前回画像形成に用いられたシートより大きいときは、転写ローラ5上の当該差分領域に存在するトナーのみを除去してクリーニングした後に、画像形成処理を行う。

以下、まずはトナー付着手段として転写ローラ5上の非通紙領域にトナー付着し、その上で画像形成処理を行う方法を説明する。次に、クリーニング手段として転写ローラ5の非通紙領域に存在するトナーを部分的に除去し、その上で画像形成処理を行う方法を説明する。

<トナー付着手段> 図3のフローチャートに示す様に、まず画像形成指示がなされると、ユーザーが設定したシートのサイズ情報を、シート幅検知センサ206により検知してメモリ203に記憶する(S1)。

次に、メモリ203に記憶されたシートのサイズ情報が、予め設定された所定サイズよりも大きいか、それとも所定以下かを判断する(S2)。ここで、本実施形態において所定サイズとは所謂レターサイズをいうものとする。従って、本工程においては、画像形成に用いられるシートのサイズがレターサイズより大きいか、或いはレターサイズ以下かを判断する。

ここで、画像形成に用いられるシートのサイズがレターサイズより大きいと判断した場合、画像形成を行う前段階で転写ローラ5上に付着したトナーを全てクリーニングする(S7)。クリーニング方法としては、転写ローラ5にクリーニングバイアスを印加して転写ローラ5上のトナーを感光体ドラム1へ移動させる。その後、クリーニングブレード7が感光体ドラム1からこのトナーを掻きとってクリーニングする。

転写ローラ5のクリーニング終了後、通常通りの画像形成が開始される(S8)。

これは、画像形成に用いられるシートのサイズがレターサイズより大きいの場合、転写ローラ5上に非通紙領域があったとしても比較的その領域は小さい。このため、そのまま転写バイアスを印加してもトナー像を転写するために必要な電荷はシートに供与される。従って、このような場合に転写ローラ5上の非通紙領域にトナーを付着させない制御を行うことにより、トナーの消費量を抑えることができる。

また、例えば1度目の画像形成の際にレターサイズ以下のシートを用いて画像形成を行い、2度目の画像形成の際にはレターサイズより大きいシートを用いて画像形成を行う場合も想定される。この場合、1度目の画像形成の際に転写ローラ5上の非通紙領域にトナーが付着され、そのトナーが保持された状態で2度目の画像形成を行うこととなる。この状態で2度目の画像形成を行うとシートの裏汚れが発生する。このため、2度目の画像形成の前段階で転写ローラ5上のトナーを全てクリーニングすることにより、シートの裏汚れを防止することができる。

一方、シートがレターサイズ以下の場合には、次のステップとして前回画像形成に用いたシートのシート搬送方向に直交する方向の幅と今回画像形成に用いるシートの幅との差分領域を算出する(S3)。

次に、今回画像形成に用いるシートのサイズが、前回の画像形成に用いたシートのサイズ未満か否かを判断する(S4)。

ここで、今回画像形成に用いるシートのサイズが前回画像形成に用いたシートのサイズ未満の場合、図4(a)に示す様に、転写ローラ5上の上記ステップで算出した差分領域に対応する領域に抵抗体としてのトナーを付着させる (S5)。このトナーの付着方法としては、感光体ドラム1上の当該差分領域に対応する領域に、レーザスキャナユニット3からレーザ光Lを照射する。これにより、感光体ドラム1上で当該差分領域に対応する領域の電位が部分的に低下して静電潜像が形成される。次に、現像スリーブに現像バイアスが印加されることでこの静電潜像にトナーを付着されてトナー像が形成される。その後、転写ローラ5にトナーと逆極性の転写バイアスを印加し、トナー像を転写ローラ5に付着させる。

これにより、転写ローラ5上の当該差分領域に対応する領域にトナーが付着される。また前回の画像形成の際に転写ローラ5上の非通紙領域には抵抗体としてのトナーが付着され、それが今回の画像形成時までそのままの状態となっている。従って、今回転写ローラ5上の当該差分領域にトナーを付着させたことにより、転写ローラ5上では今回画像形成する際の非通紙領域にトナーが付着された状態が形成される。

その後、次のステップとして転写ローラ5にトナーと逆極性の転写バイアスを印加し続けた状態で、画像形成処理を行う(S8)。

これにより、転写バイアス印加時に転写ローラ5上では、シートと抵抗体としてのトナーとが存在するため、非通紙領域と通紙領域との間の電気抵抗の差が小さくなる。従って、転写バイアスの印加時に電流が感光体ドラム1に流れ込むことを防止することができる。このため、トナー像を転写するために必要な電荷がシートに十分に供与され、安定した転写性を確保できる。

また、今回画像形成の際に新たに使用される抵抗体としてのトナーは、前回画像形成に用いたシートのシート幅と今回画像形成に用いるシートのシート幅との差分領域分のみである。従って、サイズが小さいシートに対して画像形成する際に一律に抵抗体としてのトナーを付着させる制御に比べて、トナーの消費量を削減することができ、コストを抑えることができる。

また、上記制御は定電流制御のみで実施できるため、定電流制御用の電源と定電圧制御用の電源の双方を備える必要がなく、装置の製造コストを抑制できる。

<クリーニング手段> 次に、画像形成に際して用いるシートがレターサイズ以下の場合であって、かつ、前回用いたシートより今回用いるシートのシートサイズの方が大きいときの制御について以下説明する。

このような場合、前回の画像形成の際に転写ローラ5上の非通紙領域に付着された抵抗体としてのトナーが残った状態で今回の画像形成を行うことになる。従って、前回画像形成に用いたシートのシート幅と今回用いるシートのシート幅との差分領域にトナーが存在するため、そのままの状態で画像形成を行うと当該差分領域のトナーがシートの裏側に付着して裏汚れが発生する。従ってこのような場合には、クリーニング手段として、転写ローラ5上の当該差分領域に付着したトナーのみを部分的に除去してクリーニングする制御を行う。

まず、前回画像形成に用いたシートのシート幅と今回画像形成に用いるシートのシート幅との差分領域を算出する(S3)。

次に、後述する方法で、転写ローラ5上の当該差分領域に対応する領域に付着したトナーのみを除去するクリーニングを行う(S6)。

ここで、転写ローラ5を各領域に分けてこの領域別にクリーニングバイアスの値を変更することはできない。従って、例えば図4(b)に示す様に、転写ローラ5をシート搬送方向に直行する方向で領域別に分け、転写ローラ5の非通紙領域Aと、前回との差分領域Bとでクリーニングバイアスの値は変更できない。このため、単に転写ローラ5にクリーニングバイアスを印加するだけでは、領域Aはクリーニングせず、領域Bのみをクリーニングするという制御はできない。

そこで本実施形態に係る画像形成装置Aは、図5に示す様に、感光体ドラム1表面の当該領域Aと領域Bに対応する領域の電位を、これらの領域毎に異なる電位とする制御を行う。この制御により、後述の通り転写ローラ5の領域Bに存在するトナーのみを除去してクリーニングすることが可能となる。

まず、転写ローラ5と感光体ドラム1との間に存在するトナーに働く力(F)は、トナーの帯電量をq、転写ローラ5と感光体ドラム1との電位差をEとしたときに、下記の式で現わされる。

F=q×E・・・式(1)

本実施形態では負極性のトナーを用いているため、上記式(1)においてトナーの帯電量は−qと現わされる。また、転写ローラ5表面の電位は領域Aと領域Bとでともに−800Vに制御されている。また、感光体ドラム1の領域Aに対応する領域の電位は帯電ローラ2により−800Vとされている。一方、感光体ドラム1の領域Bに対応する領域では、電位制御手段として帯電ローラで−800Vに帯電された後にレーザスキャナユニット3からレーザ光Lが選択的に照射されて−100Vに制御されている。

この状態で上記のクリーニング制御を実行すると、領域Aのトナーに働く力は0、領域Bのトナーに働く力は700qとなる。式は以下の通りである。

領域Aのトナーに働く力(Fa)=−q×{−800−(−800)}=−q×0=0・・・式(2)

領域Bのトナーに働く力(Fb)=−q×{−800−(−100)}=−q×−700=700q・・・式(3)

以上より、領域Bのトナーには感光体ドラム1方向に700qの静電気力が働くことが分かる。従って、転写ローラ5上の領域Bに存在するトナーは感光体ドラム1に移動する。これにより領域Bはクリーニングされる。一方、領域Aのトナーに働く静電気力は0のため、転写ローラ5上の領域Aに存在するトナーはそのままの状態となる。以上より、領域Bのトナーのみがクリーニングされる。

図6に示すグラフは、上記のクリーニングを行った後に転写ローラ5上に残るトナーの量を示すものである。このグラフにおいて、縦軸は上記クリーニング後に転写ローラ5に付着したトナー量を、横軸は転写ローラ5と感光体ドラム1との電位差を表す。このグラフに示す様に、電位差が0Vの領域Aでは2.00[D]のトナーが残っているのに対し、電位差が700Vの領域Bではトナーがほとんど残っていないことが分かる。なお、領域Aにおけるトナー量の2.00[D]は、クリーニングを行う前に転写ローラ5の領域Aに付着するトナーの量と同値である。このグラフより、上記制御によって転写ローラ5上の領域Aをクリーニングせず、領域Bのみがクリーニングされることがわかる。

画像形成装置Aは、上記のクリーニングを行った後、画像形成処理を行う(S8)。

このように、前回画像形成に用いたシートのシート幅と今回画像形成に用いるシートのシート幅との差分領域に存在するトナーをクリーニングした後に画像形成処理を行うことにより、小さいサイズのシートに画像形成する場合であっても、新たに抵抗体としてのトナー使うことなく安定した転写性を確保することができる。従って、トナーの消費量を削減してコストを削減することができる。

<実験結果> 次に、本実施形態に係る画像形成装置Aのトナー消費量の削減の効果を、図7に示す実験結果を参照しながら比較例に係る画像形成装置と比較して説明する。比較例に係る画像形成装置は、画像形成を実施する度に転写ローラ上の非通紙領域にトナーを付着させ、画像形成終了後は逐一転写ローラ上のトナーをクリーニングする構成である。

図7(a)は本実験に係る画像形成装置Aの転写ローラ5の長手方向の幅、画像形成に用いるシートのシート幅、転写ローラ5の長手方向における非通紙領域の幅などをまとめた表である。画像形成に用いられる紙のサイズとしては、A5サイズとレターサイズを用いた。また、レターサイズのシートのシート幅とA5サイズのシートのシート幅との差分は68mmであった。

また、本実験は2つの条件下で行った。条件1としては、1度目の画像形成ではレターサイズのシートを用い、2度目の画像形成ではA5サイズのシートを用いた。一方で条件2は条件1と手順を逆にし、1度目の画像形成ではA5サイズのシートを用い、2度目の画像形成ではレターサイズのシートを用いた。

実験の結果として、図7(b)に示す様に、条件1の下で画像形成を行うと本実施形態に係る画像形成装置Aは81g、比較例に係る画像形成装置は230gのトナーの消費があった。このため、本実施形態に係る画像形成装置Aは、比較例に係る画像形成装置よりも35.2%トナー消費量を削減することができた。同様に条件2の下で画像形成を行う場合も本実施形態に係る画像形成装置Aは比較例に係る画像形成装置よりも35.2%トナー消費量を削減することができた。

以上より、本実施形態に係る画像形成装置Aは、シート幅が小さいシートに対して画像形成する場合であっても、定電流制御によって安定した転写性を確保でき、かつトナーの消費を削減してコストを低減することができることがわかった。

1…感光体ドラム 2…帯電ローラ 3…レーザスキャナユニット 4…現像装置 5…転写ローラ 7…クリーニングブレード 8…搬送ローラ 9…給送ローラ 10…シート積載部 11…定着装置 12…排出ローラ 201…CPU 202…温湿度センサ 203…メモリ 204…転写高圧電源 205…転写高圧検知回路 206…シート幅検知センサ A…画像形成装置 L…レーザ光