JP6171815B2

JP6171815B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP6171815B2
Application number: JP2013209325A
Authority: JP
Inventors: 荻原　誠司; 誠司荻原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015075493A

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

従来より、被帯電体とのニップ部を広くとるために低硬度で、且つ画像不良を発生させない程度の復元力を有する単層の導電性発泡体で構成される帯電部材が知られている（特許文献１参照）。また、導電性シャフトと、その外周に設けられた導電性弾性層とを備える導電ローラを有する画像形成装置が知られている（特許文献２参照）。

特開２００６−１５４４４１号公報

特開２００３−１９５６０１号公報

本発明の目的は、転写部材の体積抵抗値の上昇を抑制することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の画像形成装置は、正電圧が印加される導電性の芯軸及び当該芯軸に巻装されるイオン導電材を有する転写部材と、前記転写部材と対向して配置される対向部材と、を備え、前記イオン導電材と前記対向部材との接触面積が、前記芯軸と前記イオン導電材との接触面積の半分よりも大きいことを特徴とする。

請求項２の画像形成装置は、請求項１記載の画像形成装置において、前記芯軸の直径をＤとし、前記イオン導電材と前記対向部材とのニップ幅をＷとする場合に、前記転写部材及び前記対向部材が、πＤ／２＜Ｗの関係を満たすように構成されていることを特徴とする。

請求項３の画像形成装置は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記転写部材の長手軸方向の中央部に一定の荷重をかける荷重部材を備えることを特徴とする。

請求項４の画像形成装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記転写部材は負帯電されたトナー画像を記録媒体に転写することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、転写部材の体積抵抗値の上昇を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、転写部材の体積抵抗値の上昇を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、転写部材のたわみによる転写画像のむらを防止することができる。

請求項４の発明によれば、正電圧が印加される転写部材の体積抵抗値の上昇を抑制することができる。

（Ａ）は、本実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。（Ｂ）は、感光体ドラム、転写ローラ及び荷重ローラの概略構成図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、実験１で使用された装置の模式図である。実験１の実験結果を示すグラフである。（Ａ）及び（Ｂ）は、実験２で使用された装置の模式図である。（Ｃ）はゴムの体積抵抗値を測定する方法を示す図である。実験２の実験結果を示すグラフである。転写ローラ及び感光体ドラムの拡大図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、転写装置の構成を示す図である比較例の検証結果及び実施例１の検証結果を示すグラフである。実施例２の検証結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１（Ａ）は、本実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。

図１（Ａ）の画像形成装置１は、例えば、プリンタであるが、コピー機又は複合機などでもよい。画像形成装置１は、像担持体としての感光体ドラム１０と、感光体ドラム１０の表面を一様に帯電する帯電ローラ１１と、感光体ドラム１０上に静電潜像を形成する露光装置１２と、静電潜像に応じたトナー像を形成する現像器１３と、当該トナー像を記録媒体に転写し、当該記録媒体を搬送する転写部材としての転写ローラ１４と、転写ローラ１４の長手軸方向の中央部に一定の力を荷重する荷重部材としての荷重ローラ１５と、転写ローラ１４のシャフトに転写電流を供給する転写バイアス電源（即ちＤＣ電源）１６と、記録媒体上のトナー像を当該記録媒体に定着するための加熱ローラ１７及び加圧ローラ１８とを備えている。図１（Ａ）の記録媒体は、用紙Ｓである。感光体ドラム１０は矢印Ａ方向に回転駆動され、トナー像が形成された用紙Ｓは矢印Ｂ方向に搬送される。トナー像は、負極性に帯電される。

ここでは、画像形成装置１は、直接転写方式であるが、中間転写方式の画像形成装置でもよい。直接転写方式の画像形成装置１では、転写ローラ１４の対向部材は、感光体ドラム１０であるが、中間転写方式の画像形成装置では、転写ローラの対向部材は、転写ベルト又はバックアップローラなどである。

図１（Ｂ）は、感光体ドラム、転写ローラ及び荷重ローラの概略構成図である。

転写ローラ１４は、円筒形の転写ローラであり、金属製の芯軸１４１と、体積抵抗値が６．０〜８．０ＬｏｇΩである半導電性（即ちイオン導電性）の発泡ウレタン１４２とで構成されている。イオン導電材としての発泡ウレタン１４２は芯軸１４１に巻装されている。発泡ウレタン１４２は変形可能な弾性層である。

荷重ローラ１５は、転写ローラ１４の長手軸方向の中央部と対向する位置で、且つ転写ローラ１４を介して感光体ドラム１０と反対側の位置に配置されている。転写ローラ１４が感光体ドラム１０側に押し付けられると、芯軸１４１の両端に荷重がかかるため、転写ローラ１４がたわみ、転写ローラ１４の長手軸方向の中央部に適切な荷重がかからなくなる。これは、転写画像のムラなどを引き起こす。このため、荷重ローラ１５は、転写画像のムラを防止するため、転写ローラ１４の長手軸方向の中央部を、感光体ドラム１０側に一定の力で荷重している。

ところで、イオン導電性の発泡ウレタン１４２は、転写バイアス電源からの電流供給により経時的に体積抵抗値が上昇する。これは、転写不良の原因となるため、転写ローラの寿命決定因子となっている。

そこで、本発明者は、まず、転写ローラの体積抵抗値の上昇要因を探るために、いくつかの実験を行った。以下、この実験について説明する。

＜実験１＞実験１では、本発明者は、電圧の印加方向の違いによって生じる転写ローラの体積抵抗値の上昇量を調べた。実験室の温度は２２℃で湿度は５５％であった。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、実験１で使用された装置の模式図である。この装置は、転写ローラ２０、対向ローラ２１、電源２２、電流計２３を備えている。

転写ローラ２０は、芯軸２０１及び発泡ゴム２０２で構成されている。発泡ゴム２０２は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）及びイオン導電剤の混合物で構成されている。発泡ゴム２０２のアスカーＣ硬度は３５°である。発泡ゴム２０２の直径Φは１０ｍｍであり、長さは２２０ｍｍである。芯軸２０１は、無電解Ｎｉめっきを施した鉛フリー鋼である。芯軸２０１の直径Φは５ｍｍであり、長さは２４０ｍｍである。

対向ローラ２１は、直径Φは５０ｍｍであるアルミ（Ａｌ）製の金属パイプである。対向ローラ２１は、転写ローラ２０に当接している。対向ローラ２１は不図示のモータによって回転し、転写ローラ２０は対向ローラ２１の回転に従って連れ回りする。電源２２として、汎用高圧電源（Trek６１０）を使用した。電流計２３として、デジタル電流計（エーディーシー社製８３４０Ａ）を使用した。

図２（Ａ）では、電源２２は、１２０分間連続して転写ローラ２０の芯軸２０１に１０００Ｖの正電圧を印加した。図２（Ｂ）では、電源２２は、１２０分間連続して転写ローラ２０の芯軸２０１に１０００Ｖの負電圧を印加した。電流計２３は、１分間に１回電流値を読み取り、その電流値を抵抗値（ＬｏｇΩ）に換算した。実験中の１２０分間、転写ローラ２０及び対向ローラ２１は連続回転させた。回転速度は、１分あたり６０回転である。

図３は、実験１の実験結果を示すグラフである。図３の縦軸が転写ローラ２０の体積抵抗値（ＬｏｇΩ）を示し、横軸が通電時間を示す。

図３の符号１０１は、電源２２が芯軸２０１に１０００Ｖの正電圧を印加した場合の転写ローラ２０の体積抵抗値を示し（図２（Ａ）参照）、符号１０２が、電源２２が芯軸２０１に１０００Ｖの負電圧を印加した場合の転写ローラ２０の体積抵抗値を示す（図２（Ｂ）参照）。

この実験結果から、転写ローラ２０の発泡ゴム２０２の抵抗上昇量は電圧印加の方向により異なり、芯軸２０１に正電圧を印加する場合と比べて、芯軸２０１に負電圧を印加すると発泡ゴム２０２の抵抗上昇量を抑えることができることがわかる。

ここでは、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）及びイオン導電剤で構成される発泡ゴムを利用しているが、これらのゴム材料は本発明を制限するものでは無く、イオン導電性を示すゴム材では同様の結果を示す。例えば、ウレタンとイオン導電剤で構成される弾性体を利用する場合も、上記と同様の傾向を示す実験結果が得られる。

＜実験２＞実験２では、本発明者は、電極の面積の大きさの違いによって生じるゴムの体積抵抗値の上昇量を調べた。実験室の温度は２２℃で湿度は５５％であった。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、実験２で使用された装置の模式図である。この装置は、イオン導電性のゴム３０、電極３１、３２、電源２２、電流計２３を備えている。電源２２及び電流計２３の仕様は、上述したとおりである。

電極３１は、金属（アルミ）で構成されている。電極３１の長さは４０ｍｍで、幅は２０ｍｍである。電極３２は、金属（アルミ）で構成されている。電極３２の長さは４０ｍｍで、幅は１０ｍｍである。

ゴム３０は、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）及びイオン導電剤の混合物で構成されている。但し、ゴム３０は発泡させていない。ゴム３０は、長さ４０ｍｍであり、幅は４０ｍｍで、厚さが２ｍｍである。

本発明者は、まず、図４（Ｃ）に示すように、４０ｍｍ（長さ）×８０ｍｍ（幅）×２ｍｍ（厚さ）のゴムシートを作成し、このゴムシートを分割することで、２枚のゴム３０を作成した。そして、本発明者は、図４（Ａ）に示す電極３１及び３２の配置で、図４（Ｃ）に示すように電圧の印加方向を変更することによって、ゴム３０の体積抵抗値を２度測定し、図４（Ｂ）に示す電極３１及び３２の配置で、図４（Ｃ）に示すように電圧の印加方向を変更することによって、ゴム３０の体積抵抗値を２度測定した。

図４（Ａ）では、電源２２は、１５分間連続して電極３１に１０００Ｖの正電圧を印加した。図４（Ｂ）では、電源２２は、１５分間連続して電極３２に１０００Ｖの正電圧を印加した。電流計２３は、２秒間に１回電流値を読み取り、その電流値を抵抗値（ＬｏｇΩ）に換算した。

図５は、実験２の実験結果を示すグラフである。図５の縦軸がゴム３０の体積抵抗値の上昇量（ＬｏｇΩ）を示し、横軸が通電時間を示す。

図５の符号１０３は、電源２２が電極３１に１０００Ｖの正電圧を印加し且つゴム３０の表面が電極３１に接触している場合のゴム３０の体積抵抗値の上昇量を示す。符号１０４は、電源２２が電極３１に１０００Ｖの正電圧を印加し且つゴム３０の裏面が電極３１に接触している場合のゴム３０の体積抵抗値の上昇量を示す。符号１０５は、電源２２が電極３２に１０００Ｖの正電圧を印加し且つゴム３０の表面が電極３１に接触している場合のゴム３０の体積抵抗値の上昇量を示す。符号１０６は、電源２２が電極３２に１０００Ｖの正電圧を印加し且つゴム３０の裏面が電極３１に接触している場合のゴム３０の体積抵抗値の上昇量を示す。

この実験結果から、ゴム３０の抵抗上昇量は正負の電極面積の関係により異なり、負電極の面積が正電極の面積よりも大きいとゴム３０の抵抗上昇量を抑えることができることがわかる（符号１０５，１０６のグラフ参照）。

本発明者は、実験１及び実験２の結果から、発泡ゴム２０２中をイオン（電荷）が流れるときに、転写ローラ２０の芯軸２０１と発泡ゴム２０２との接触面積の半分（即ち、対向ローラ２１と対向する部分の接触面積）よりも、発泡ゴム２０２と対向ローラ２１との接触面積が小さいと、対向ローラ２１近傍の発泡ゴム２０２内部で陽イオンの偏在が起こり、発泡ゴム２０２の体積抵抗値が上昇すると推定した。

そこで、本発明者は、この推定に基づいて、転写ローラの体積抵抗値の上昇を抑制することができる画像形成装置を考案した。

具体的には、画像形成装置１では、図６に示すように、転写ローラ１４の芯軸１４１と発泡ウレタン１４２との接触面積の半分Ｓ１（即ち、芯軸１４１の半周に対応する、感光体ドラム１０と対向する部分の接触面積）よりも、発泡ウレタン１４２と感光体ドラム１０との接触面積Ｓ２を大きくすることで、転写ローラ１４の体積抵抗値の上昇を抑制している。換言すれば、転写ローラ１４の芯軸１４１の直径をＤとし、転写ニップ幅をＷとする場合に、転写ローラ１４及び感光体ドラム１０を、Ｗ＞πＤ／２の関係を満たすように構成することで、転写ローラ１４の体積抵抗値の上昇を抑制している。

以下、転写ローラ１４の体積抵抗値の上昇の抑制を検証した実施例と、比較例とについて説明する。検証に利用した実験室の温度は２２℃で湿度は５５％であった。

＜比較例＞
（１）まず、本発明者は、図７（Ａ）に示すように、芯軸４４１と、単層発泡ウレタン４４２とを備える転写ローラ４１を作成した。芯軸４４１は金属シャフトであり、直径Φを１５ｍｍとし、長さを８０ｍｍとした。単層発泡ウレタン４４２のアスカーＣ硬度は１２°である。単層発泡ウレタン４４２には、４級アンモニウム過塩素を導電剤として混入し、その体積抵抗値を７．８ＬｏｇΩに制御した。また、単層発泡ウレタン４４２の直径Φを３０ｍｍとし、長さを５０ｍｍとした。

（２）本発明者は、転写ローラ４１の対向部材として、直径Φが８０ｍｍで金属パイプで構成される対向ローラ４０を使用した。図７（Ａ）に示すような転写装置１００に、転写ローラ４１と対向ローラ４０とのニップ幅が５ｍｍになるように、転写ローラ４１及び対向ローラ４０を設置した。転写ローラ４１の長手軸方向の両端には、それぞれ０．３ｋｇｆの荷重がかけられており、転写ローラ４１は対向ローラ４０を押圧している。尚、電源２２及び電流計２３は上記実験１及び実験２で使用されたものと同様である。

（３）次に、不図示のモータが対向ローラ４０を毎分５０回転で回転させた。転写ローラ４１は対向ローラ４０の回転に従って連れ回りする。電源２２は、転写装置１００に３０μＡの電流が流れるように１９００Ｖの電圧を印加した。その後、定電圧制御で、１９００Ｖの電圧を２５時間連続印加した。電流計２３は、１０分間に１回電流値を読み取り、その電流値を抵抗値（ＬｏｇΩ）に換算した。検証中の２５時間、転写ローラ４１及び対向ローラ４０は連続回転した。

図８は、比較例の検証結果及び後述する実施例１の検証結果を示すグラフである。図８の縦軸が転写ローラ４１の体積抵抗値（ＬｏｇΩ）を示し、横軸が通電時間を示す。

検証開始から２５時間後の電流値は８μＡであり、体積抵抗値は８．４ＬｏｇΩになった。

＜実施例１＞
（１）まず、本発明者は、図７（Ｂ）に示すように、芯軸１４１と、単層発泡ウレタン１４２とを備える転写ローラ１４を作成した。芯軸１４１は金属シャフトであり、直径Φを４ｍｍとし、長さを８０ｍｍとした。単層発泡ウレタン１４２のアスカーＣ硬度は１２°である。単層発泡ウレタン１４２には、４級アンモニウム過塩素を導電剤として混入し、その体積抵抗値を７．８ＬｏｇΩに制御した。また、単層発泡ウレタン１４２の直径Φを３０ｍｍとし、長さを５０ｍｍとした。

（２）本発明者は、転写ローラ１４の対向部材として、直径Φが８０ｍｍで金属パイプで構成される対向ローラ４０を使用した。図７（Ｂ）に示すような転写装置１００に、転写ローラ１４と対向ローラ４０とのニップ幅が１２ｍｍになるように、転写ローラ１４及び対向ローラ４０を設置した。転写ローラ１４の長手軸方向の両端には、それぞれ２．２ｋｇｆの荷重がかけられており、転写ローラ１４は対向ローラ４０を押圧している。尚、電源２２及び電流計２３は上記実験１及び実験２で使用されたものと同様である。

（３）次に、不図示のモータが対向ローラ４０を毎分５０回転で回転させた。転写ローラ１４は対向ローラ４０の回転に従って連れ回りする。電源２２は、転写装置１００に３０μＡの電流が流れるように１９００Ｖの電圧を印加した。その後、定電圧制御で、１９００Ｖの電圧を２５時間連続印加した。電流計２３は、１０分間に１回電流値を読み取り、その電流値を抵抗値（ＬｏｇΩ）に換算した。検証中の２５時間、転写ローラ１４及び対向ローラ４０は連続回転した。

検証開始から２５時間後の電流値は２６μＡであり、図８に示すように、体積抵抗値は７．９ＬｏｇΩになった。

図８の検証結果から、転写ローラの芯軸と発泡ウレタンとの接触面積の半分（即ち、芯軸の半周に対応する、対向ローラと対向する部分の接触面積）よりも、発泡ウレタンと対向ローラとの接触面積を大きくすることで、転写ローラの体積抵抗値の上昇が抑制されることが明らかになった。

＜実施例２＞
上記比較例及び実施例１では、転写ローラ４１，１４及び対向ローラ４０は小型サイズであった。実施例２では、転写ローラ及び対向ローラを大型サイズ（即ち、実製品サイズ）にした。以下、実施例１からの変更点のみを説明する。

（１）芯軸１４１の長さを３５０ｍｍとし、単層発泡ウレタン１４２の長さを３１０ｍｍとした。また、単層発泡ウレタン１４２の体積抵抗値を７．０ＬｏｇΩに制御した。

（２）さらに、図７（Ｃ）に示すように、荷重ローラ１５が、転写ローラ１４の長手軸方向の中央部を、対向ローラ４０側に一定の力（４ｋｇｆ）で荷重した。荷重ローラ１５の直径Φを２０ｍｍとし、長さを１００ｍｍとした。

（３）電源２２は、転写装置１００に５０μＡの電流が流れるように５００Ｖの電圧を印加した。その後、定電圧制御で、５００Ｖの電圧を２５時間連続印加した。その他の検証条件は実施例１と同様である。

検証開始から２５時間後の電流値は４６μＡであり、図９に示すように、転写ローラ１４の体積抵抗値は約７．０ＬｏｇΩになった。つまり、検証開始から２５時間後でも、転写ローラ１４の体積抵抗値はほとんど変化しなかった。

図９の検証結果から、転写ローラの芯軸と発泡ウレタンとの接触面積の半分（即ち、芯軸の半周に対応する、対向ローラと対向する部分の接触面積）よりも、発泡ウレタンと対向ローラとの接触面積を大きくすることで、転写ローラの体積抵抗値の上昇が抑制されることが明らかになった。

以上説明したように、本実施の形態によれば、画像形成装置１は、導電性の芯軸１４１及び芯軸１４１に巻装される発泡ウレタン１４２を有する転写ローラ１４と、転写ローラ１４と対向して配置される感光体ドラム１０（又は転写ベルト、バックアップローラなど）とを備え、発泡ウレタン１４２と感光体ドラム１０との接触面積が、芯軸１４１と発泡ウレタン１４２との接触面積の半分よりも大きい。従って、転写ローラ１４の体積抵抗値の上昇が抑制される。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

１画像形成装置
１０感光体ドラム
１１帯電ローラ
１２露光装置
１３現像器
１４転写ローラ
１５荷重ローラ
１６転写バイアス電源
１７加熱ローラ
１８加圧ローラ
１４１芯軸
１４２発泡ウレタン

Claims

正電圧が印加される導電性の芯軸及び当該芯軸に巻装されるイオン導電材を有する転写部材と、
前記転写部材と対向して配置される対向部材と、を備え、
前記イオン導電材と前記対向部材との接触面積が、前記芯軸と前記イオン導電材との接触面積の半分よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
前記芯軸の直径をＤとし、前記イオン導電材と前記対向部材とのニップ幅をＷとする場合に、前記転写部材及び前記対向部材が、πＤ／２＜Ｗの関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記転写部材の長手軸方向の中央部に一定の荷重をかける荷重部材を備え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。
前記転写部材は負帯電されたトナー画像を記録媒体に転写することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。