JP2010044185A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対向して回転する回転体がローラであっても、転写電界のニップ領域外への広がりを抑制できる転写部を有する画像形成装置を実現すること。
【解決手段】対向して回転する回転部材によって形成されるニップ部にて転写材を搬送しながら、像担持体上に形成されたトナー画像を前記転写材に転写する転写部を有する画像形成装置において、前記転写部は、前記対向して回転する回転部材のうち少なくとも一方は、中空ローラであって、前記中空ローラの内面の前記ニップ部に近接する領域に当接させた電圧印加部材を有することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー画像を、対向して回転する回転部材によって形成されるニップ部にて転写材に転写する転写部を有する電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真技術による複写機、プリンタ等の画像形成装置は、感光体や中間転写体等の像担持体上に形成されたトナー画像を、転写部にて用紙等の転写材に転写する。

転写部は、対向して配置され回転するローラ又はベルトで形成されるニップ部にて転写材を搬送すると共に電界を形成することにより、帯電しているトナーを像担持体から転写材に移動させる。

帯電したトナーを転写材に移動させるための電界の形成は、対向して回転する回転体の金属部に転写バイアスを印加することにより実現される。

トナー像の移動を促すために転写部に作られる電界は、上述のニップ部の領域のみに形成されることが望ましいが、通常、この転写バイアスの印加によって形成される電界は、前記ニップ部の領域外も形成される。

その結果、像担持体上の一部のトナーが、空間を介して、ニップ部に進入する直前の転写材の面に移動し、トナーの飛び散りによる画像品質低下をもたらす場合がある。

このような問題を防止するためには、転写バイアスを印加する転写電極をできる限り小さくすることによって、又は、ニップ部領域を広げることによって、トナーの移動に影響する大きさの電界が、できる限りニップ部領域内に形成されることが望ましい。

対向する回転体のうち少なくとも一方がベルトであり、ニップ領域を大きくとることができる場合には、ブラシ電極等を用いて、電界を狭めることにより、ニップ部領域外でのトナーの移動を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような転写部は一般に小型化が難しく、部品点数も増加するという弱点を有する。

また、ニップ部の領域を大きく取らずに、ニップ部を通過する転写材の背面に当接する電極の転写材の進行方向の接触幅をできる限り小さくするために、線形電極や、ブレード電極を転写材に摺擦させる提案もある（例えば、特許文献２、３参照。）。

図３は、一般的な転写部を説明する図である。

図に示す転写部は、ステンレスやアルミニウムのような金属部材から作られる芯金４２１に所定の抵抗値のＮＢＲ層（ニトリルブタジエンラバー）４２２を設けた転写ローラ４２と、中間転写ベルト４１を介して前記転写ローラ４２と対向するように配置され、前記転写ローラ４２と同様な構造を有するベルトローラ４３等から構成される。

像担持体である中間転写ベルト４１上のトナー画像は、転写ローラ４２と、前記転写ローラに対向する位置に配置されているベルトローラ４３との間に形成される電界の作用によって、ニップ部Ｎ及びその近傍にて像担持体である用紙Ｐに移行する。

前記電界は、金属部材である転写ローラ４２の芯金４２１とベルトローラ４３の芯金４３１との間に印加されたバイアス電圧ＶＢによって作られる。

なお、バイアス電圧の極性方向や電圧値、及び転写電流であるバイアス電流の電流値は、使用するトナーや感光体及びプロセス条件から決定されるものである。

このような構成においては、広い周面を有する電極となる転写ローラ４２の芯金４２１とベルトローラ４３の芯金４３１との間に電界が形成される。

従って、像担持体から転写材である用紙Ｐへのトナーの移行は、ニップ部Ｎにおいてのみ行われることはなく、電界の作用が強く働くニップ部Ｎの近くの上流側の空間部においても像担持体から用紙Ｐに移行する。

上述の現象は、既に述べたごとく画像品質の低下をもたらす原因として広く知られているものである。

このようなニップ部直前でのトナーの移行を防止するために、電気力線がニップ部に集中するように電界を形成する試みも多くなされている。

図３（ｂ）は、所定の電気抵抗を有するポリイミド樹脂を円弧状にした転写部材４２４内面に線型電極４２３を設けることにより、電極をニップ部Ｎ接近させて、電気力線をニップ部に集中させるようにした例（例えば、特許文献２参照。）である。

その他、転写ローラ４２をブレードに代えて、ブレード先端部をベルトローラ４３に対向させることにより電気力線を集中させる提案（例えば、特許文献３参照。）もある。

しかしながら、上述したような方法では、転写に関わる電界の作用領域を狭めることはできるものの、転写部材４２４が転写材である用紙Ｐと摺動することから、転写部材４２４の摩耗等による新たな問題を招くこともある。
特開平９−２６９６８１号公報 特開２００３−１４９９５８号公報 特開２０００−５６５４１号公報

本発明は、上述したような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、対向して回転する回転体がローラであっても、転写電界のニップ領域外への広がりを抑制できる転写部を有する画像形成装置を実現することにある。

上記課題は、以下の発明を実現することにより達成される。
１．対向して回転する回転部材によって形成されるニップ部にて転写材を搬送しながら、像担持体上に形成されたトナー画像を前記転写材に転写する転写部を有する画像形成装置において、
前記転写部は、
前記対向して回転する回転部材のうち少なくとも一方は、中空ローラであって、
前記中空ローラの内面の前記ニップ部に近接する領域に当接させた電圧印加部材を有することを特徴とする画像形成装置。
２．前記電圧印加部材の当接する位置が、前記転写材の進行方向に対して、前記ニップ部の中心部よりも下流側にあることを特徴とする１項に記載の画像形成装置。
３．前記中空ローラは、ポリイミドにカーボンを分散させた樹脂部材であることを特徴とする１又は２項に記載の画像形成装置。
４．前記電圧印加部材がローラ状の電極であることを特徴とする１乃至３項の何れか１項に記載の画像形成装置。
５．前記電圧印加部材がブラシ電極であることを特徴とする１又は４項に記載の画像形成装置。

本発明によって、ローラを有する転写部における、ニップ領域外での像担持体から転写材へのトナーの移動が抑制される。

その結果、画像形成装置により出力されるコピーの画像品質の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。但し、説明は本発明を例示する実施形態に限定するものではない。

図１は、画像形成装置Ｇの概念図である。

図に例示したカラー画像形成装置Ｇは、複数の感光体３１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを一本の中間転写ベルト４１に対面させて縦列に配列し、フルカラーの画像を形成するタンデム型カラー画像形成装置と称されるものである。

このカラー画像形成装置Ｇは、その上部に自動原稿送装置ＡＤＦを備えている。

自動原稿送り装置ＡＤＦの原稿載置台１０３に載置された原稿Ｄは、一枚ずつに分離され原稿搬送路に送り出され、搬送ドラム１０８により搬送される。

搬送中の原稿Ｄの画像は原稿画像読み取り位置ＲＰにて原稿読取部１により、読み取りがなされる。読み取りが終了した原稿Ｄは複数の搬送ガイド、及び原稿排出ローラ１０５により原稿排紙台１０７に排出される。

画像形成装置Ｇは、原稿読取部１、露光部２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ、画像形成部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ、中間転写部４、定着部５、反転排紙部６、再給紙部７、給紙部８、制御部Ｃ等から構成され、それらが一つの筐体内に収められている。

原稿読取部１は、原稿読取り位置ＲＰにて原稿の画像をランプＬにて照射し、その反射光を第１ミラーユニット１１、第２ミラーユニット１２、レンズ１３によって導き、撮像素子ＣＣＤの受光面に結像させる。

撮像素子ＣＣＤにより光電変換された画像信号は、画像読取制御部１４にてＡ／Ｄ変換、シェーディング補正、圧縮等の処理がなされ、制御部Ｃのメモリに画像データとして格納される。

メモリに格納された前記画像データには、ユーザにより設定されている条件により適宜な画像処理が施されて、出力画像データが生成される。

露光部２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、レーザ光源、ポリゴンミラー、複数のレンズ等から構成され、レーザビームを生成する。

前記露光部２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、制御部Ｃから送られる前記出力画像データを基に出力される出力情報に対応して、画像形成部３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋの構成要素である感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋの表面をレーザビームにより走査露光する。

前記レーザビームの走査露光により、感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋには潜像が形成される。

画像形成部３Ｙは、感光体３１Ｙと、その周辺に配置されている、主帯電部３２Ｙ、現像部３３Ｙ、第１転写ローラ３４Ｙ、クリーニング部３５Ｙからなる。感光体３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋについても同様である。

感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上の潜像は、対応する現像部３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋにより現像されて、各感光体上にはトナー画像が形成される。

像担持体である感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上に形成された前記トナー画像は中間転写部４の第１転写ローラ３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋにより、中間転写体である中間転写ベルト４１上の所定位置に逐次転写される。

トナー画像の転写を終えた感光体の表面はクリーニング部３５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋによって残留トナーが除去される。

一方、像担持体となった前記中間転写ベルト４１上に転写された前記トナー画像は、第２転写ローラ４２によって、給紙部８の給紙トレイＰＧ１、ＰＧ２、ＰＧ３から搬送され、給紙ローラ８１によってタイミングが取られて送り出された転写材である用紙Ｐに転写される。

トナー画像の用紙Ｐへの転写を終えた中間転写ベルト４１はベルトクリーニング部４３により、表面が清掃され、次の画像転写に供される。

一方、トナー画像を担持した用紙Ｐは、定着部５に送られ、対向して配置されたローラ又はベルトによって加圧加熱されることによって、トナー画像が用紙Ｐへ定着される。

定着部５による定着処理を終えた用紙Ｐは用紙搬送路切替部６により進路が導かれ、排紙台６１に排紙される。

用紙Ｐを表裏反転して排紙する場合には、排紙ガイド６２にて、一旦、用紙Ｐを下方に導き、排紙反転ローラ６３に用紙Ｐの後端を挟持させた後、これを逆転させ、排紙ガイド６２により排紙ローラ６４に導き排紙する。

なお、用紙Ｐの裏面にも画像形成を行う場合には、表面の画像定着を終えた用紙Ｐを用紙ガイド部材６２により下方にある再給紙部７に搬送し、再給紙反転ローラ７１により後端を挟持させた後、逆送することによって用紙Ｐを反転させて、再給紙搬送路７２に送り出し、裏面への画像形成に供する。

図２は、転写部４の構成を示す図である。

既に説明したように、図１のような画像形成装置Ｇにおいては、第１の像担持体である感光体３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ上に形成されたトナー像は、先ず、第１転写部３４０Ｙ、３４０Ｍ、３４０Ｃ、３４０Ｋにて、第２の像担持体である中間転写ベルト４１に転写さる。

次いで、転写ベルト上のトナー画像は、第２転写部４２０にて、矢印で示すように進行する転写材である用紙Ｐに転写される。

上述の第１転写部３４０Ｙ、３４０Ｍ、３４０Ｃ、３４０Ｋ及び第２転写部４２０は、転写部としてほぼ同様の機能を有することから、以下の説明は、第２転写部を代表的に取り上げて転写部として説明する。

図４は、本発明の転写部を説明する概念図である。

転写ローラ４２は、カーボンを分散させたポリイミド樹脂からなる中空ローラであり、その内面のニップ部に近接した位置にバイアスを印加する電圧印加部材である電極５１、５２が当接している。

図４（ａ）は、電圧印加部材としての電極５１を回転可能なローラ状のものとした場合の例示であり、（ｂ）は、電極５２をブラシ状のものとした場合の例示である。

転写ローラ４２は、従来の転写ローラと同様に回転駆動されることから、転写ローラ４２と用紙Ｐとの摺動はなく、摺動によりもたらされる問題の発生はない。

また、図から明らかなように、電極５１、５２のサイズと配置から、電界の作用範囲は、ニップ部Ｎに集中されることから、ニップ部直前でのトナーの移行が大幅に減少する。

図５は、本発明の転写ローラ４２の概念を説明する断面図である。

図に示すように転写ローラ４２は、中空のローラであり、固定軸６０に軸受け６１によって回転可能に取り付けられており、歯車６３を介して伝えられる動力により回転駆動される。

ローラ状の電極５１は、支持部材６５によって転写ローラ４２の内面の所定位置に当接するように支持されており、転写ローラ４２の回転に従動して回転する。

なお、前記ローラ状の電極５１をブラシ電極としても良い。また、電極へのバイアスは、前記固定軸６０と支持部材６５を介して印加しても良いし、導線を内部に導き電極に直接印加するようにしても良い。

転写ローラ４２の端部に設けられた絶縁部材６４は、転写ローラ４２と固定軸６０を電気的に絶縁するものであるが、前記絶縁部材を設けずに、中空ローラと一体化された部分としても差し支えない場合もある。

図６は、複数の実施例による実験結果である。

なお、図中◎は問題となる現象が目視できなかった状態、○は問題となる現象が一部に見られたが使用上は問題とならない状態を示す。

実験は、図１で示した画像形成装置Ｇとほぼ同じ構成からなるＫＯＮＩＣＡ ＭＩＮＯＬＴＡ ｂｉｚｈｕｂ ＰＲＯ Ｃ５００、用紙はＫＯＮＩＣＡＭＩＮＯＬＴＡ Ｊ−ＰＡＰＥＲを用いて、常温常湿（室温２０℃、湿度５０％）下で行った。

本実験は、この実験用画像形成装置の中間転写ベルトから用紙に転写する転写部の転写ローラである外径３０ｍｍ、芯金１５ｍｍの周面にＮＢＲ層を設けたローラを、本発明の転写ローラに変更して行った。

なお、ベルトローラ４３は外径３０ｍｍで、外径１５ｍｍのステンレス製芯金の周面に所定の抵抗値のＮＢＲ層を設けたものである。

転写ローラとベルトローラとの圧接による形成される転写部のニップ部の領域は用紙の進行方向で約５ｍｍであった。

以下の各実験において、転写部の総抵抗や転写領域が大きく異なり、転写電圧の適正値も異なるため、それぞれ転写効率が最大となる電圧値に設定した。なお、各実験における転写効率はほぼ同等であった。

実施例１は、前述の図４（ａ）で示されるとおり、転写ローラとしてポリイミドにカーボンを分散させた素材からなる回転可能な中空ローラを採用したものである。

前記中空ローラは、外径３０ｍｍ、周厚２ｍｍ、電気抵抗（体積抵抗率）１０^−６Ω・ｃｍという寸法と特性を有する。

また、前記中空ローラ内面のニップ部の中央部に対応する位置には、中空ローラに従動回転する外径６ｍｍのローラ状のステンレス製電極が当接されている。

実施例２は、前述の図４（ｂ）で示されるとおり、外径３０ｍｍ、周厚２ｍｍ、電気抵抗１０^−３Ω・ｃｍの回転するポリイミド製の中空ローラ内面に、実施例１のローラ状の電極に代えて原糸抵抗約１０^６Ωの導電性ポリエステルからなる幅１ｍｍのブラシ状電極を当接させたものである。

実施例３は、実施例２の中空ローラの電気抵抗を１０^−４Ω・ｃｍに変更したものである。

実施例４は、実施例２の中空ローラの電気抵抗を１０^−８Ω・ｃｍに変更したものである。

実施例５は、実施例２の中空ローラの電気抵抗を１０^−９Ω・ｃｍに変更したものである。

比較例１は、前述の図３（ａ）で示されるとおり、従来の転写ローラを用いたもので、１５φのステンレスの芯金の周面に厚さ７．５ｍｍの電気抵抗１０^−６Ω・ｃｍの導電性ＮＢＲ層を設けたものである。

比較例２は、前述の図３（ｂ）で示されるとおり、カーボンを分散させたポリイミドシートを、用紙Ｐと摺動する面が円弧状となるようにした転写部材を配置して、そのシートの内側から、金属製線型電極をニップ部に向けて当接させた図３（ｂ）で示したような転写部である。

実験の結果、実施例１、３、４では、転写電界の作用がニップ部の上流側に及ばない効果が見られ、トナーの飛び散りも見られず、２０万枚のプリントを行っても文字や細線の再現は良好であり、また、画像不良やジャムの発生もなかった。

実施例２においても、使用においては全く問題ないレベルに改善された。なお、ブラシ電極による電界の形成は狭められたものの、中空ローラの電気抵抗が低いため、中空ローラが転写電極の一部となり、転写電界の広がりを招き、従来と同様のニップ部上流側でのトナーのわずかな飛び散りが発生した。

実施例５においても、使用においては全く問題ないレベルに改善された。なお、ブラシ電極による電界の形成は狭められたことにより、文字や細線の再現は良好であった。しかしながら、中空ローラの電気抵抗が高いため、転写電界が弱められ、転写電流が低下したことから、わずかな転写不良を招いた。

比較例１は、従来の転写部であり、ニップ部上流部でのトナーの移行によるトナーの飛び散りが見られた。

比較例２は、用紙と転写部との摺擦から、プリント枚数の増加と共に、転写部材の摩耗と転写部材への紙粉の蓄積の進行が見られた。

その結果、プリント枚数１５万枚で、用紙の後端部が中間ベルトに接触する頻度が高まり、画像ずれや後端汚れが発生するようになり、２０万枚では、更にジャムも発生するようになった。

上述の実施例においては、中空ローラの内側の、ニップ部の中央部に対応する位置に電極を当接させているが、転写材である用紙の進行方向におけるニップ部の上流側における電界の作用をより弱めるためには、当接させる位置をニップ部の中央部よりもわずか下流側に移動させることが望ましい。

図７は、ブラシ電極の位置を移動した例を示す図である。

このようなブラシ電極の移動の効果を確認するために、実験環境を常温常湿から気温１０℃、湿度８０％に変更して、高湿度による電界の広がりの影響を調べた。

その結果、常温常湿では全く問題のなかった実施例３においても、目立たないレベルではあるが、わずかな飛び散りが発生した。しかしながら、ブラシ電極をニップ部の下流方向に５ｍｍずらせたところ、飛び散りの発生は全くなくなった。

また、常温常湿であっても転写材である用紙の電気抵抗が低い場合には、電界の広がりによる飛び散りが発生することがあるが、この場合にも上述した電極の移動により飛び散りの発生を防止することができた。

画像形成装置Ｇの概念図である。 転写部４の構成を示す図である。 一般的な転写部を説明する図である。 本発明の転写部を説明する概念図である。 本発明の転写ローラ４２の概念を説明する断面図である。 複数の実施例による実験結果である。 ブラシ電極の位置を移動した例を示す図である。

符号の説明

４ 転写部
４２ 転写ローラ
５１ ローラ状の電極
５２ ブラシ電極
Ｇ 画像形成装置
Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（転写材）

Claims (5)

1. 対向して回転する回転部材によって形成されるニップ部にて転写材を搬送しながら、像担持体上に形成されたトナー画像を前記転写材に転写する転写部を有する画像形成装置において、
   前記転写部は、
   前記対向して回転する回転部材のうち少なくとも一方は、中空ローラであって、
   前記中空ローラの内面の前記ニップ部に近接する領域に当接させた電圧印加部材を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電圧印加部材の当接する位置が、前記転写材の進行方向に対して、前記ニップ部の中心部よりも下流側にあることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記中空ローラは、ポリイミドにカーボンを分散させた樹脂部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記電圧印加部材がローラ状の電極であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧印加部材がブラシ電極であることを特徴とする請求項１又は４に記載の画像形成装置。

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