JP3627933B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いたプリンタや複写機等に代表される画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を用いた画像形成装置は、高速で高画質印刷を行えるという特長を有しており、計算機やＯＡ機器等の出力装置や複写機として一般に広く使用されている。

また、計算機用の出力装置として用いられる画像形成装置においては、従来、記録用紙として連続紙を用いるものが主流であったが、近年ではこの種の計算機用の出力装置においてもカット紙が用いられるようになってきており、併せて両面印刷のニーズも高まってきている。

更に、印刷に使用する用紙も、証書や手紙等に用いられる厚紙（連量１００ｋｇ紙以上、厚さ約１５０μｍ以上）であったり、再生紙、ＯＨＰシート等と多様化している。一方、装置側にも小型化、高信頼化（用紙ジャムが少ない）等の要求が高まっている。

ところで、画像形成装置の転写方式には様々な方式が知られているが、上記のような要求を満たすためにはベルト転写方式が有効である。図６にベルト転写方式を用いた画像形成装置の一例を示す。

感光体１表面は帯電器２により均一に帯電された後、露光器３による光照射で潜像が形成される。潜像は現像機４で現像され、感光体１上にはトナー５による画像が形成される。

一方、図示しない給紙装置から給紙された用紙６は上部ローラ７ａ及び下部ローラ７ｂからなるレジストローラ対により搬送され、感光体１上に形成されたトナー像と同期をとって転写ベルト８上に送られ、転写ベルト８により感光体１に押し付けられる。

転写ベルト８裏面には転写器９によりトナー５と逆極性の電荷が供給されているので、感光体１上に形成されたトナー像は用紙６に転写される。用紙６が転写ベルト８から剥離する際には、トナーの舞い上がりを防止するためディスチャージャ１２により用紙６裏面にトナーと逆極性の電荷が供給される。その後、用紙６は加熱ローラ１１ａ及びバックアップローラ１１ｂからなる定着機へ送られ、トナー像は用紙６に固着される。

転写を終えた感光体１はクリーニング装置１３により残留トナーが除去される。なお、図において、１０は転写ベルト８に付着したトナーや紙粉を除去するためのバイアスクリーナであり、トナー５と逆極性の電圧が印加された導電性ブラシローラ１０ａ、導電性ブラシローラ１０ａよりも高電圧が印加された回収ローラ１０ｂ及びトナーや紙粉を回収ローラ１０ｂから除去するブレード１０ｃから構成される。

上記のようなベルト転写方式は、用紙を転写ベルトに吸着して定着部まで搬送するため感光体への用紙巻き付きによる用紙ジャムを少なくすることができるという利点を有している。また、用紙を転写ベルトによって感光体に押し付けるため、用紙先端まで印刷できるという利点を有している。更に、転写ベルトは用紙の吸着搬送機能をも有するため他の用紙搬送系を小型化できるという利点を有している。

ベルト転写方式は上記のような利点を有するものの、画像形成装置を印刷量の多い環境下で用いた場合は次のような問題点が生じる。なお、本発明において、トナーの帯電極性はプラス、マイナスを問わないが、以下の説明においてはトナーの帯電極性をマイナスとして説明する。

まず、第１の問題点は転写ベルト上におけるトナーフィルミングの発生である。現像剤の劣化等により感光体上に付着したカブリトナー（帯電量が少ないトナー、逆極性に帯電してしまったトナー、粒径が小さくなり過ぎたトナー等）は、感光体と転写ベルトとの間に用紙が介在しない状態の時に感光体１から転写ベルト８上に転移してしまう。転写ベルト８上に付着したトナーの内、一部のトナーには、上述のディスチャージャ１２からのプラス電荷の影響を受け、極性がマイナスからプラスに反転してしまうものが現れる。

一方、導電性ブラシローラ１０ａには、転写ベルト８上に付着したマイナス極性のトナーを除去する目的で、プラスの電圧が印加されているため、極性がプラスに反転してしまったトナーについては回収できず、転写ベルト８上に残留トナー２３として残されてしまう。

上記のような状態において、レジストローラ対により搬送された用紙６の裏面（転写ベルト８表面と接する側の面）がプラスに帯電していると、残留トナー２３は用紙６裏面に付着できないため長期間に渡って転写ベルト８上に蓄積することになり、転写ベルト８上に残留トナー２３によるフィルミング層２４を形成してしまうことになる。転写ベルト８上にフィルミング層２４が形成されると転写ベルト８の吸着性や転写性能が低下し、印刷画像の画質を著しく低下させてしまうという問題を招く。

次に、第２の問題点は転写工程でのトナーの飛び散りとそれに起因するオフセットの発生である。転写ベルト８に送られてくる用紙６の裏面が転写器９により供給する電荷と同極性（プラス）に帯電していると、実質的に転写ベルト８裏面に転写電荷（プラス）を供給したことになり、感光体１表面と用紙６間の電界が高くなり、用紙６が転写部に至る前に感光体１上のトナーが用紙６に飛翔するといった、いわゆる転写前トナー飛び散り（２０ａ）が発生する。

また、転写部においては、転写器により供給する電荷と同極性（プラス）に帯電している用紙６の裏面に対し、転写器９により更にプラス電荷を供給することになるため、転写電荷（プラス）の供給が過剰となり、転写時のトナー飛び散りも発生しやすくなる。

更に、用紙６が感光体１から剥離する際には、剥離放電による転写後トナー飛び散り（２０ｂ）が発生する。このようにしてトナー飛び散りが発生すると、印刷画像の画質が低下し、更に、飛び散ったトナーが定着時に加熱ローラ１１ａに付着し、オフセットトナー２１の原因にもなっていた。

これらのトナー飛び散りは、使用する用紙に依存し、用紙連量が１００ｋｇ紙以上の厚紙であったり、ＯＨＰシート等、高抵抗のシートを用いた場合に顕著であり、また、環境的には高湿状態よりも低温低湿時に顕著であることが分かった。

ところで、上述した第１の問題点及び第２の問題点において主原因となる用紙裏面の帯電は、装置内で用紙を搬送する搬送ローラやレジストローラの摩擦帯電によって生じる。

図７にレジストローラ対を通過する用紙の帯電状態を示す。上部ローラ７ａの材質としてカーボンファイバを含有したポリアセタール樹脂、下部ローラ７ｂの材質をネオプレンゴムとし、それぞれ両軸駆動で回転するものとする。

上部ローラ７ａ及び下部ローラ７ｂが回転すると、ネオプレンゴムは弾性体であるため両ローラ間で速度差が生じ、摩擦帯電が起きる。この摩擦帯電によって上部ローラ７ａはマイナスに、下部ローラ７ｂはプラスに帯電する。ローラが抵抗体であると電荷のリークが少なく、ローラに電荷が蓄積される。

用紙６はレジストローラ対を通過する時に両ローラからそれぞれ電荷を受け取り、用紙６裏面はプラスに帯電する。特に、使用する用紙が厚紙であったり、低湿環境下では、用紙裏面は数百ボルト〜１キロボルトにまで帯電してしまう。なお、用紙と搬送ローラ或いはレジストローラとの摩擦によっても用紙の帯電は生じる。

また、第２の問題点として説明したトナー飛び散りは、用紙上に付着したトナー量、特に印刷画像が線画像の場合には付着トナーの高さと密接な関係があり、これらの値が大きいほど転写時及び転写前後での用紙上のトナーの飛び散り量が増加する。

また、定着時の加熱ローラ１１ａへのオフセットトナーの付着量も用紙上に付着したトナー量に依存する。また、用紙６が転写ベルト８から剥離する際には、用紙６上のトナーが舞い上がるという現象が生じるが、この舞い上がりトナー量も同一トナーの場合、用紙上に付着したトナー量に依存する。

図４(ａ)に用紙上に付着したトナー量Ｍと舞い上がりトナー量との関係を、図４(ｂ)に用紙上に付着したトナー量Ｍとオフセットトナー量との関係を示す。なお、付着トナー量Ｍとは、Ａ４サイズの用紙にＬ字パターンを印刷密度１０％で印刷した場合における転写後の用紙に付着しているトナーの量を示している。付着トナー量Ｍが臨界値Ｍｓ（用紙の種類や用紙厚さ、環境条件によって異なるが、一般的に約７０〜８０ｍｇ）以上になると、舞い上がりトナー量やオフセットトナー量は急増する。

舞い上がりトナー量が多くなると、装置内を汚染したり、定着機の加熱ローラ１１ａ及びバックアップローラ１１ｂを汚染するという問題が生じる。なお、臨界値Ｍｓの値は印刷パターンの種類によって異なり、ベタ画像よりも線画像の方が小さい値となる。

本発明の目的は、転写ベルトへのフィルミング層の形成を抑止し、印刷画像の画質低下を防止することが可能な画像形成装置を提供することにある。また、転写時及びその前後に生じるトナーの飛び散りを抑制し、印刷画像の画質低下を防止することが可能な画像形成装置を提供することにある。更に、転写ベルトから用紙が剥離する際に生じるトナーの舞い上がりや定着機でのオフセットトナーの発生を防ぎ、装置内の汚染を防止することが可能な画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、感光体と、該感光体と対向して設けられた転写ローラ又は転写ベルトと、該転写ローラ又は転写ベルト上に、感光体上に形成されたトナー像の帯電極性と逆の極性の電荷を発生させる電荷供給手段と、転写ローラ又は転写ベルトに対し転写材搬送方向上流側に設けられた一対の搬送ローラとを備え、感光体と転写ローラ又は転写ベルトとの間を通過する転写材にトナー像を転写し、転写材上にトナー像を形成する画像形成装置において、前記搬送ローラ対は、転写材搬送路に対し感光体を配置した側に設けられる上部ローラと、転写材搬送路に対し転写ローラ又は転写ベルトを配置した側に設けられる下部ローラとを有し、前記上部ローラを金属で構成して電気的に接地し、前記下部ローラを弾性体で構成するとともに、前記用紙搬送方向に対し前記上部及び下部ローラ対の下流側に、前記用紙裏面及び前記下部ローラの一方又は両方に接触する除電ブラシを設けたことに一つの特徴がある。

本発明によれば、転写ベルトへのフィルミング層の形成を抑止し、印刷画像の画質低下を防止することが可能な画像形成装置を提供することができる。また、転写時及びその前後に生じるトナーの飛び散りを抑制し、印刷画像の画質低下を防止することが可能な画像形成装置を提供することができる。更に、転写ベルトから用紙が剥離する際に生じるトナーの舞い上がりや定着機でのオフセットトナーの発生を防ぎ、装置内の汚染を防止することが可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

（実施例１）
図１は本発明となる画像形成装置の実施例を示す構成図である。印刷プロセスは従来技術と同じであるので説明を省略する。なお、図において、従来技術と同じ部材には同じ符号を付している。

下部ローラ７ｂを金属で構成してローラ回転軸を接地し、上部ローラ７ａをカーボンファイバを含有したポリアセタール樹脂で構成した。下部ローラ７ｂが接地されているので電荷はリークし、下部ローラ７ｂが帯電することはない。そして、一方のローラのみを駆動し、他方のローラを従動とすることにより両ローラ間の速度差をなくし、摩擦帯電を防止した。

この結果、下部ローラ７ｂと接する用紙裏面の帯電を防止することができ、転写ベルト８に付着したトナーは用紙裏面に付着し回収されると共に、転写部でのトナーの飛び散りが防止される。なお、上部ローラ７ａのポリアセタール樹脂に添加するカーボンファイバの量を増やし、上部ローラ７ａを導電化し接地すると、更に用紙帯電を防止することができる。

１６は用紙６の厚さを検出する用紙厚さセンサを示し、通常、光透過型のものを用いる。なお、用紙の重送検出センサを用紙厚さセンサとして兼用することもできる。用紙厚さセンサ１６により検出された情報は制御回路１５へ送られる。制御回路１５は用紙厚さセンサ１６からの情報に基づき、露光器３（レーザ、ＬＥＤ等）の駆動電源２２や現像機４の操作回路１４（現像バイアス電源、モータ駆動回路）に制御信号を送り、露光強度、現像バイアス電圧或いは現像ローラ周速を制御する。

図５に用紙上の付着トナー量Ｍと現像バイアス電圧ＶBの関係を示す。なお、付着トナー量Ｍは先に述べた説明と同一の定義であり、付着トナー量の臨界値ＭＳは８０ｍｇであり、転写電流は一定とした。

図５(ａ)は周速比Ｋ（現像ローラと感光体の回転速度の比）を一定とし、使用する用紙を連量１３５ｋｇ紙、連量５５ｋｇ紙と変化させた場合である。１３５ｋｇ紙、５５ｋｇ紙のいずれも現像バイアス電圧ＶＢが大きくなるにつれて付着トナー量Ｍは増加するが、用紙の厚さが厚い１３５ｋｇ紙の方が付着トナー量Ｍは多い。用紙上の付着トナー量Ｍは現像ローラによって感光体上に現像された現像トナー量Ｍｇと感光体から用紙への転写効率ηの積（Ｍｇ×η）によって決定するが、ベルト転写方式やローラ転写方式の場合、用紙を感光体に押し付ける働きがあるため、用紙の厚さが厚い方が転写効率が高い。

従って、転写電流が一定の場合、用紙の厚さが厚い方が付着トナー量Ｍは多くなる。現像バイアスＶＢが４００Ｖの時５５ｋｇ紙の付着トナー量Ｍは臨界値ＭＳ以下となるのに対し、１３５ｋｇ紙の付着トナー量Ｍは臨界値ＭＳ以上となってしまう。従って、１３５ｋｇ紙を使用する場合は現像バイアス電圧ＶBを３００Ｖに低下させると現像トナー量Ｍgが低下し、付着トナー量Ｍを臨界値ＭＳ以下にすることができる。

図５(ｂ)は使用する用紙を連量１３５ｋｇ紙と一定とし、周速比をＫ、０.８Ｋと変化させた場合である。周速比をＫから０.８Ｋに２０％低下させると、現像トナー量Ｍｇが減少し、用紙上の付着トナー量Ｍも少なくなる。なお、周速比の低減は、印刷画像の後端欠け防止にも効果がある。

従って、使用する用紙の厚さを用紙厚さセンサ１６により検出し、厚さが所定値（例えば連量１３５ｋｇ紙）以上の場合は、現像バイアス電圧を４００Ｖから３００Ｖに下げるか、周速比を２０％下げる、或いは現像バイアス電圧及び周速比の両方を低下させることにより、現像トナー量を減少させ用紙上の付着トナー量を低減させることができる。

また、露光器３の露光強度を下げることにより露光部での感光体のコントラスト電位を小さくしても現像トナー量を減少させることができる。

以上説明したように、厚紙印刷時には感光体の現像トナー量を減少させるので、転写条件を変えることなく用紙上の付着トナー量を低減することができ、転写部でのトナー飛び散りや用紙剥離時のトナーの舞い上がりが防止される。

（実施例２）
２つの材質を接触させると、その材質の仕事関数の小さい方がプラスに帯電し、大きい方がマイナスに帯電するという性質を持つ。従って、本発明となる画像形成装置のレジストローラの材質を適当に選択することにより、レジストローラの電荷、ひいては用紙裏面の電荷を調整することができる。

上部ローラ７ａ及び下部ローラ７ｂを同じ材質で構成すると、仕事関数が同じであるため帯電が起きず、下部ローラ７ｂの帯電量をほぼ零にすることができる。この結果、レジストローラ通過時の用紙裏面の帯電を防止することができ、転写ベルト８に付着したトナーは用紙裏面に付着し回収される。

例えば、上部ローラ７ａ及び下部ローラ７ｂの両方をネオプレンゴム（仕事関数：約４.９ｅＶ）で構成したり、両方をＳＵＳ３０４（仕事関数：約４.５ｅＶ）やアルミ（仕事関数：約４.０ｅＶ）等の同種の金属で構成すればよい。但し、両方のローラを同種の金属で構成する場合は、用紙の搬送性に問題があるためローラ表面に溝を設けたり粗面処理するなどの配慮が必要である。

（実施例３）
転写器９により供給する電荷の極性がプラスの場合、転写ベルト８に付着しなおかつバイアスクリーナ１０によっても回収されないトナーは、プラスの電荷を持っている。このような場合は、下部ローラ７ｂの材質の仕事関数が上部ローラ７ａの材質の仕事関数よりも大きくなるように材質を選択すればよい。

仕事関数は下部ローラ７ｂの方が大きいため下部ローラ７ｂはマイナスに帯電し、それに伴い用紙裏面もマイナスに帯電するので、転写ベルト８上に残留したプラス電荷を有するトナーは用紙裏面に付着し回収される。

例えば、上部ローラ７ａをネオプレンゴムで構成し、下部ローラ７ｂをカーボンファイバを含有したポリアセタール樹脂（仕事関数：５.０ｅＶ）で構成したり、或いは上部ローラ７ａを金属で構成し、下部ローラ７ｂをネオプレンゴムで構成すればよい。

（実施例４）
また、上記実施例とは反対に、転写器９により供給する電荷の極性がマイナスの場合は、転写ベルト８に付着しなおかつバイアスクリーナ１０によっても回収されないトナーは、マイナスの電荷を持つことになるので、このような場合は、下部ローラ７ｂの材質の仕事関数が上部ローラ７ａの材質の仕事関数よりも小さくなるように材質を選択すればよい。

仕事関数は下部ローラ７ｂの方が小さいため下部ローラ７ｂはプラスに帯電し、それに伴い用紙裏面もプラスに帯電するので、転写ベルト８上に残留したマイナス電荷を有するトナーは用紙裏面に付着し回収される。

例えば、上部ローラ７ａをカーボンファイバを含有したポリアセタール樹脂で構成し、下部ローラ７ｂをネオプレンゴムで構成したり、或いは上部ローラ７ａをネオプレンゴムで構成し、下部ローラ７ｂを金属で構成すればよい。

（実施例５）
図２は本発明となる画像形成装置のレジストローラ部分の他の実施例を示す構成図である。

上部ローラ７ａを金属で構成して電気的に接地し、下部ローラ７ｂをネオプレンゴムで構成した。１７は両ローラのニップ部に対し下部ローラ７ｂ側で、且つ用紙搬送方向に対しレジストローラ対の下流側に設けられた除電ブラシであり、導電性繊維或いは金属ブラシから構成されている。

ブラシの先端は用紙６裏面、下部ローラ７ｂ或いは用紙６裏面と下部ローラ７ｂの両方に接触しており、下部ローラ７ｂや用紙の帯電電荷を除去する。

この結果、用紙裏面の帯電を防止することができる。なお、下部ローラ７ｂの材質としては、カーボンファイバを含有したポリアセタール樹脂等のプラスチックも使用することができる。

（実施例６）
図３は本発明となる画像形成装置のレジストローラ部分の他の実施例を示す構成図である。

上部ローラ７ａを金属で構成して電気的に接地し、下部ローラ７ｂをネオプレンゴムで構成した。１８は両ローラのニップ部に対し下部ローラ７ｂ側で、且つ用紙搬送方向に対しレジストローラ対の下流側に設けられたコロナ帯電器であり、上部ローラ７ａが対向電極として働きコロナワイヤにより放電を生じさせる。

図３(ａ)はコロナ帯電器１８の電源１９としてＡＣ電源を用いる場合であり、用紙裏面の帯電電荷を除去する。図３(ｂ)はコロナ帯電器１８の電源１９としてＤＣバイアスを有するＡＣ電源を用いる場合であり、用紙６裏面に転写器９により供給する電荷と逆極性の電荷を付与する。

この結果、用紙の裏面が、転写ベルト８上に残留したトナーと同極性の電荷によって帯電されるのを防止することができる。

なお、上記の説明においては、ベルト転写方式を用いた画像形成装置に基づき説明したが、転写ベルトに代えて転写ローラを用いたローラ転写方式を用いた画像形成装置において本発明を適用した場合にも同等の作用効果が得られる。

本発明の画像形成装置の一実施例を示す構成図である。 本発明に用いるレジストローラの他の実施例を示す構成図である。 本発明に用いるレジストローラの他の実施例を示す構成図である。 舞い上がりトナー量、オフセットトナー量及び用紙上の付着トナー量の関係を示す説明図である。 用紙上の付着トナー量と現像バイアス電圧の関係を示す説明図である。 従来技術による画像形成装置を示す構成図である。 レジストローラ対を通過する用紙の帯電状態を示す説明図である。

符号の説明

１は感光体、３は露光器、４は現像機、５はトナー、６は用紙、７ａ,７ｂはレジストローラ、８は転写ベルト、９は転写器、１０はバイアスクリーナ、１１ａ,１１ｂは定着機、１５は制御回路、１６は用紙厚さセンサ、１７は除電ブラシ、１８はコロナ帯電器である。

Claims (1)

1. 感光体と、該感光体と対向して設けられた転写ローラ又は転写ベルトと、該転写ローラ又は転写ベルト上に、感光体上に形成されたトナー像の帯電極性と逆の極性の電荷を発生させる電荷供給手段と、転写ローラ又は転写ベルトに対し転写材搬送方向上流側に設けられた一対の搬送ローラとを備え、感光体と転写ローラ又は転写ベルトとの間を通過する転写材にトナー像を転写し、転写材上にトナー像を形成する画像形成装置において、
   前記搬送ローラ対は、転写材搬送路に対し感光体を配置した側に設けられる上部ローラと、転写材搬送路に対し転写ローラ又は転写ベルトを配置した側に設けられる下部ローラとを有し、前記上部ローラを金属で構成して電気的に接地し、前記下部ローラを弾性体で構成するとともに、
   前記用紙搬送方向に対し前記上部及び下部ローラ対の下流側に、前記用紙裏面及び前記下部ローラの一方又は両方に接触する除電ブラシを設けたことを特徴とする画像形成装置。

Images