JP4555645B2

JP4555645B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4555645B2
Application number: JP2004268911A
Authority: JP
Inventors: 季明岡本
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006084730A

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、又はそれらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、転写ローラに転写バイアス電流を給電して像担持体上のトナー画像を記録用紙等の転写材に転写する転写装置に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置では、像担持体である感光体ドラム上に形成されたトナー画像を記録用紙等の転写材に転写する際、コロトロン又はスコロトロンチャージャに電圧を印加して転写を行うことが行われていたものの、近年、オゾン発生量の抑制、転写材の搬送安定性、転写バイアストランスの低出力化等の観点から、転写ローラが用いられるようになっている。

一般に、転写ローラとして、環境安定性に優れたカーボンをＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等に分散させた電子導電タイプの転写ローラが用いられているものの、電子導電タイプの転写ローラでは、像担持体としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体ドラムを用いると、カーボンの分散ムラに起因して電荷集中による異常放電が発生して、感光体の保護層であるＳｉ−Ｃ層が破壊されてしまうことがあり、Ｓｉ−Ｃ層が破壊された部分で所謂黒点が発生する。

一方、エピクロヒドリン等のイオン導電材を用いた転写ローラ（イオン導電タイプ）においては、前述のような異常放電が発生しにくく、このため、黒点の発生が抑制されるものの、環境変動による転写ローラの抵抗値の変動が大きく、さらには、通電時間に伴ってイオン導電材に偏りが生じ、これによって抵抗値が大きくなって転写ローラの耐久性が悪化するという不具合がある。

上述のような不具合を防止するため、例えば、転写ローラの電荷供給作用の制御を容易にすべく、転写ローラの表層に誘電体層を配置して、この誘電体層表面に電荷を供給するようにしたものがある（特許文献１参照）。

さらに、環境条件の変動に拘わらず、安定した転写性を得るため、弾性ローラに誘電体層を形成して、誘電体層の裏面を弾性ローラ表面に対して電気的に浮かせて、環境条件の変動に応じて誘電体層の裏面を接地するようにしたものがある（特許文献２参照）。

一方、放電によるトナー画像の劣化を防止するため、転写ローラ及び像担持体によって形成されるニップ部の中心点と転写ローラの中心点とを結ぶ延長線よりも下流側に、転写ローラとの接点がくるように電極部材を配置して、この電極部材から転写ローラに転写バイアスを印加し、用紙進入側における電界変化を小さくするようにするとともに、電源側からみた転写ローラの総抵抗値を減らして電源容量を小さくするようにしている（特許文献３参照）。

特開平６−１３８７８４号公報（第１０頁〜第２５頁、第７図〜第８図）特開平９−３４２７８号公報（第７頁〜第９頁、第２図〜第４図）特開２００３−５５３９公報（第４頁〜第６頁、第２図〜第３図）

前述のように、イオン導電タイプの転写ローラは、電荷集中による異常放電が発生しにくいものの、環境変動によるイオン導電材の抵抗値の変動が大きく、例えば、その抵抗値が１．５〜２桁程度変動する。具体的には、低温低湿環境、常温常湿環境、高温高湿環境の順に抵抗値が高くなる。そして、α−Ｓｉ感光体ドラムにおいては、ＯＰＣ感光体ドラムに比べて転写電流を多く流す必要があり、このため、環境変動によって転写ローラの抵抗値が大きく変動すると、低温低湿環境では転写ローラの抵抗値が大きくなるので、転写ローラに規定の電流を流すためには転写バイアス電源の出力電圧を上昇させねばならず、転写バイアス電源の出力電圧の上限値が設定されている関係上、場合によっては転写電流不足が発生して、転写不良が生じてしまう恐れがある。

一方、特許文献１及び２に記載された画像形成装置においては、その表面に誘電体層が形成されている関係上、誘電体層の転写電荷蓄積にムラが生じやすい。このため、画像形成の際、転写ローラに印加する電圧を決定する制御動作及び転写部材の抵抗値を検知する制御を行う必要があり、転写の際の制御が複雑になってしまうという課題がある。

さらに、特許文献２に記載された画像形成装置においては、環境条件又は転写材の種類に応じて誘電体層裏面を接地する制御を行わなければならず、その結果、さらに制御が複雑になってしまうという課題がある。

特許文献３に記載された画像形成装置においては、用紙進入側における電界変化を小さくするようにして、放電によるトナー画像の劣化を防止するようにしているものの、転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を防止することができない。

いずれにしても、従来の画像形成装置では、転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を簡単に防止することが難しいという課題がある。

そのため本発明においては、簡単な構成で転写不良及びバイアス電源出力の上昇を防止することのできる画像形成装置を提供することが課題である。

上記の課題を解決するため、本発明は、電子写真プロセスによって形成されたトナー画像を担持する像担持体と転写ニップ部で接触する転写ローラと、該転写ローラに定電流制御によって転写バイアス電流を供給する転写バイアス電源とを有し、前記転写ニップ部に送られる転写材に前記トナー画像を転写させる転写装置を備える画像形成装置において、前記転写ローラは導電性軸芯と該導電性軸芯の外周面に配置されたイオン導電材とを有し、前記転写ローラは、前記転写ローラの表面に当接した給電部材と前記導電性軸芯に接続された抵抗器とを介して前記転写バイアス電源に接続されており、前記抵抗器の抵抗値は、前記転写ローラの軸芯と前記転写ローラの表面との間の抵抗値が温湿度に起因して変動する変動幅の上限未満でかつ下限を越える値に設定されていることを特徴とするものである。

本発明の一態様では、前記給電部材は前記転写ローラを挟んで前記像担持体と反対側で前記転写ローラと接触している。また、本発明の他の態様では、前記像担持体は、例えば、感光体としてアモルファスシリコン感光体を有している。

以上のように、本発明の画像形成装置では、転写ローラが導電性軸芯とこの導電性軸芯の外周面に配置されたイオン導電材とを有して、さらに、転写ローラを、転写ローラの表面に当接する給電部材と導電性軸芯に接続された抵抗器とを介して転写バイアス電源に接続するようにしたので、環境条件（温湿度）の変動によって転写ローラの抵抗値が大きくなって抵抗器の抵抗値を越えると、転写バイアス電流の大部分は抵抗器を介して導電性軸芯に供給されることになって、転写ローラの見かけの抵抗値が低減される結果、転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を防止することができるばかりでなく、バイアス電源出力の上昇を防止することができるという効果がある。

本発明では、抵抗器の抵抗値を、転写ローラの抵抗値の変動幅の上限未満でかつ下限を越える値に設定するようにしたので、転写ローラの抵抗値変動を実質的に抑制して簡単に転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を防止することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１を参照して、図示の転写装置１０は画像形成装置（図示せず）とともに用いられ、像担持体としてのα−Ｓｉ感光体ドラム１１（以下単に感光体ドラム１１と呼ぶ）と当接する転写ローラ１２を有している。感光体ドラム１１上には電子写真プロセスによってトナー画像が形成され、転写ローラ１２は感光体ドラム１１と転写ニップ部で接触している。そして、転写ローラに転写バイアス電流が供給されて、転写ニップ部に送られる転写材にトナー画像が転写される。

転写ローラ１２には、例えば、ＳＵＳなどの導電材を用いた給電ローラ（給電部材）１３が当接しており、この給電ローラ１３は感光体ドラム１１と反対側に配置され、転写バイアス電源１４が接続されている（なお、感光体ドラム１１は接地されている）。転写ローラ１２にはエピクロルヒドリンゴム等のイオン導電材が用いられており、導電性軸芯１２ａの外周面上にイオン導電材１２ｂが形成されている。

例えば、導電性軸芯１２ａの周囲にイオン導電材１２ｂが単層のソリッド又は発泡弾性体として巻装される。イオン導電材としては、前述のエピクロルヒドリンゴムの他に、金属錯体（例えば、過塩素酸リチウム）又は１エチル−３メチル−イミタゾリウム−ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド等をＮＢＲ等に添加したものを用いることができる。

そして、イオン導電材１２ｂはプラス電極及びマイナス電極（共に図示せず）との間に挟持し、プラス電極とマイナス電極との間に電圧を印加すると、印加された電圧によって形成された電界によってプラスイオンとマイナスイオンが転写ローラ内を移動して、電流が流れることになる。図示の例では、導電性軸芯１２ａは抵抗器１５を介して転写バイアス電源１４に接続され、この転写バイアス電源１４は接地されている。

ここで、図２を参照して、まず、転写ローラ１２に直接転写バイアスを印加した際の転写動作について説明する。転写バイアス電源１４を転写ローラ１２の軸芯１２ａに接続して、転写バイアスを印加すると、転写電流が、矢印Ａで示すように、転写ローラ１２の軸芯１２ａから、感光体ドラム１１と転写ローラ１２とが接して転写材１６を挟む転写ニップ部の方向に流れる。この場合、イオン導電材１２ｂ中のイオンは転写ニップ部で転写ローラ１２の外周方向に流れて分極して、通電時間の経過とともにその抵抗値が増加する。なお、分極の影響が顕著になり、転写不良などが現れるのは使用後数十時間後である。

一方、温湿度等の環境条件が変動すると、図２に示す転写装置では、転写ローラ１２の抵抗値が大きく変動する。図３を参照すると、いま転写ローラ１２の軸芯１２ａに１ｋＶの転写バイアスを印加したとすると、低温／低湿（Ｌ／Ｌ）の際には、ローラ抵抗値がｌｏｇΩで約８であるのに対して、常温／常湿（Ｎ／Ｎ）となると、ｌｏｇΩ＝約７となり、高温／高湿（Ｈ／Ｈ）となると、ｌｏｇΩ＝約６．５となる。このように、温湿度の変化に起因して、イオン導電材１２ｂ中におけるイオン移動度の割合が変化して、温湿度が変動すると、ローラ抵抗値が１．５桁〜２桁程度変動してしまうことになる。

続いて、図４及び図５を参照して、給電ローラ１３を介して転写ローラ１２に転写バイアスを印加すると、図５に矢印Ｂで示すように、転写電流は給電ローラ１３から転写ローラ１２の軸芯１２ａに流れ込み、その後、矢印Ｃで示すように、軸芯１２ａから転写ローラ１２と感光体ドラム１１との転写ニップ部に転写電流が流れる。この際、転写ローラ１２が回転しているから、当初転写ローラ１２において感光体ドラム１１と接触していた部位（以下特定部位と呼ぶ）は移動することになって、転写ローラ１２が当初の状態から１８０度回転した状態では、この特定部位は給電ローラ１３側に位置することになる。

つまり、特定部位においては、転写ローラ１２が１８０度回転すると、軸芯１２ａから流れる転写電流の向きが逆向きとなって、その結果、イオン導電材１２ｂにかかる電界は転写ローラ２の半回転毎に逆方向になる。このため、イオン導電材１２ｂの中のイオンから見ると、半周毎に電界の方向が反転するようになって、例えば、図４に示すように、感光体ドラム１１を接地して給電ローラ１３にマイナス電圧を印加すると、特定部位では、マイナスイオンは、転写ローラ１２の軸芯１２ａから感光体ドラム１１までは感光体ドラム１１側へ、給電ローラ１３から軸芯１２ａまでは軸芯１２ａ側に集まり、その後、転写ローラ１２が半周した状態では、感光体ドラム１１側へ集まったイオンが軸芯１２ａ側へ、軸芯１２ａ側に集まったイオンが感光体ドラム１１側に集まる。従って、イオン導電材１２ｂ中のイオンは、転写ローラ１２の半周毎にその外周部と軸芯１２ａ側に交互に移動し分極が起こることがない。

図４に示す転写装置においては、前述のように分極が生じることがないから、転写ローラ１２に高電圧が印加されても、通電によるローラ抵抗値の上昇を抑制することができるものの、温湿度等の環境条件が変動すると、図２で説明したように、イオン導電材１２ｂ中におけるイオン移動度の割合が変化して、ローラ抵抗値が１．５桁〜２桁程度変動してしまう。

再び、図１を参照して、前述したように、図示の例では、転写ローラ１２の軸芯１２ａは抵抗器１５を介して転写バイアス電源１４に接続されている。いま、抵抗器１５の抵抗値をＲ２とし、転写ローラ１２の抵抗値をＲｖ（軸芯１２ａと転写ローラ表面との間の抵抗値）とする。前述のように、この抵抗値Ｒｖは温湿度の変化に応じて変化し、高温高湿となるほど抵抗値Ｒｖは低下する。Ｎ／Ｎ〜Ｈ／Ｈ（Ｎ／Ｎ以上Ｈ／Ｈ以下）における転写ローラ１２の抵抗値をＲｖｈで表し、Ｌ／Ｌ〜Ｎ／Ｎ（Ｌ／Ｌ以上Ｎ／Ｎ未満）における転写ローラ１２の抵抗値をＲｖｌで表し、Ｒｖｈ＜Ｒ２＜Ｒｖｌに設定する。

従って、Ｎ／Ｎ〜Ｈ／Ｈ環境下では、転写ローラ１２の抵抗値の方が抵抗器１５の抵抗値よりも低いから、転写電流の大部分は給電ローラ１３から転写ローラ１２に供給されることになる（図６参照）。一方、Ｌ／Ｌ環境下では、転写ローラ１２の抵抗値が大きくなり、転写ローラ１２の抵抗値が抵抗器１５の抵抗値よりも高くなって、図７に示すように、転写電流の大部分は軸芯１２ａに直接流れることになる。

上述のように、転写装置１０が配置された環境条件（温湿度）に応じて、転写ローラ１２に流れる電流が選択的に抵抗器１５を介して流れることになる。つまり、図７に示すように、温湿度がＬ／Ｌの際には、抵抗器１５を介して転写ローラ１２の軸芯１２ａに転写電流の大部分が供給され、見かけ上の転写ローラ１２の抵抗値はＲｖｌ＋Ｒ２となり、（Ｒｖｌ＋Ｒ２）＜２Ｒｖｌである。

一方、温湿度がＮ／Ｎ〜Ｈ／Ｈの際には、図６に示すように、給電ローラ１３を介して転写ローラ１２に転写電流の大部分が供給され、前述したように、電界の反転が生じ分極が起こることがない（イオン導電材に偏りが生じることなく、抵抗値の上昇が抑制される）。

ここで、図１に示す転写装置、図２に示す転写装置、及び図４に示す転写装置を用いて、環境条件（温湿度）が変化した際の転写電圧の変動を調べてみた。その結果を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。図８（ａ）は図２に示す転写装置における転写電圧の変動を示し、図８（ｂ）は図４に示す転写装置における転写電圧の変動を示す。また、図８（ｃ）は図１に示す転写装置における転写電圧の変動を示す。なお、ここでは、抵抗器１５の抵抗値を１０ＭΩとした。

図８（ａ）〜（ｃ）において、温湿度がＬ／Ｌ、Ｎ／Ｎ、及びＨ／Ｈの際に転写電流（定電流制御）がそれぞれ５０μＡ、８０μＡ、及び１００μＡとなるようにしたところ、図８（ａ）では転写電流が５０μＡ、８０μＡ、及び１００μＡにおいて、転写ローラ抵抗値はｌｏｇΩで８．１、７．１、及び６．５となった（図８（ａ）においては、見かけ抵抗値は転写ローラ抵抗値と同一である）。そして、転写電圧はそれぞれ６．３ｋＶ、１．０ｋＶ、及び０．３ｋＶとなった。

同様にして、図８（ｂ）では転写電流が５０μＡ、８０μＡ、及び１００μＡにおいて、転写ローラ抵抗値はｌｏｇΩで７．８、６．８、及び６．２となった（図８（ｂ）においては、見かけ抵抗値はそれぞれ８．１、７．１、及び６．５である）。そして、転写電圧はそれぞれ６．３ｋＶ、１．０ｋＶ、及び０．３ｋＶとなった。

一方、図８（ｃ）では、転写電流が５０μＡ、８０μＡ、及び１００μＡにおいて、転写ローラ抵抗値はｌｏｇΩで７．８、６．８、及び６．２となった（図８（ｃ）においては、見かけ抵抗値はそれぞれ７．９、７．０、及び６．５となった）。そして、転写電圧はそれぞれ３．６ｋＶ、０．８ｋＶ、及び０．３ｋＶとなった。

このように、給電ローラ１３を感光体ドラム１１の反対側において転写ローラ１２に当接して給電を行うとともに、転写ローラ１２の軸芯１２ａを抵抗器１５を介して転写バイアス電源１４に接続すると（図１参照）、温湿度がＬ／Ｌの際、つまり、転写ローラ１２の抵抗値が変動して大きくなった際においても（図３参照）、図２及び図４に示す転写装置に比べて（図８（ａ）及び（ｂ）参照）、転写電圧の上昇を抑えることができる（転写電圧が６．３ｋＶから３．６ｋＶに低下する）。この結果、抵抗器１５を転写バイアス電源１４と転写ローラ１２の軸芯１２ａとの間に挿入するだけで、転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を簡単に防止することができ、しかも転写バイアス電源出力の上昇を防止することができることになる。なお、低温低湿環境は通常の事務所環境では、寒冷地の始業直後などごく限られた時間内しか発生しないので、転写バイアス電流の大部分を転写ローラ１２の軸芯１２ａに接続された抵抗器１５を介して印加しても転写ローラ１２を構成するイオン導電材１２ｂに分極が生じ、その影響が現れることはない（前述のように数十時間以上転写ローラ１２の軸芯１２ａを介して転写電流を印加し続けると、転写不良などの分極の影響が生じる）。

つまり、Ｎ／Ｎ環境〜Ｈ／Ｈ環境においては、転写ローラの抵抗値は抵抗器の抵抗値よりも低くなって、転写バイアス電流が給電ローラを介して転写ローラに与えられ、Ｌ／Ｌ環境においては、転写ローラの抵抗値が上昇して、抵抗器の抵抗値よりも大きくなって、転写バイアス電流は転写ローラの軸芯を介して供給されることになる（給電ローラを介して転写バイアス電流を供給する際には、軸芯を介して転写バイアス電流を供給する場合に比べて、その抵抗層が２倍となる。図４と図１の構成の場合も、図２の場合と同じ転写バイアス電源１４の使用を前提としているので、各環境において転写ローラに流しえる転写電流は同一となる。図４と図１の構成の場合は転写ローラのイオン導電材の抵抗値を図２の場合と比較して半分に設定したイオン導電材を使用している）。このため、Ｌ／Ｌ環境下においては、見かけの転写ローラ抵抗値が低くなる。

一方、Ｎ／Ｎ環境〜Ｈ／Ｈ環境下では、転写バイアス電流は給電ローラを介して転写ローラに供給され、転写ローラの一回転で電界の反転が生じ、イオン導電材中においてイオン導電物質の偏り、即ち、分極が生じることがなく、転写ローラの抵抗値の上昇を抑制することができる。

また、感光体ドラムとしてα−Ｓｉ感光体ドラムを用いた際には、転写バイアス電流を大きくする必要があるが、上述のようにして、温湿度に対する転写ローラの抵抗値変動を抑制するようにすれば、転写バイアス電圧（バイアス電源出力）の上昇を抑えることができることになる。

転写ローラを、転写ローラの表面に当接する給電ローラと導電性軸芯に接続された抵抗器とを介して転写バイアス電源に接続するようにしたから、温湿度の変動によって転写ローラの抵抗値が大きくなって抵抗器の抵抗値を越えると、転写バイアス電流の大部分は抵抗器を介して導電性軸芯に供給されることになって、転写ローラの抵抗値変動に起因する転写不良を防止することができるばかりでなくバイアス電源出力の上昇を防止することができる結果、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、又はファクシミリ装置等の画像形成装置に適用できる。

本発明の実施例１による画像形成装置に用いられる転写装置を概略的に示す図である。転写ローラの軸芯に直接転写バイアスを印加する転写装置を概略的に示す図である。環境条件（温湿度）の変動による転写ローラの抵抗値の変化を示す図である。転写ローラに給電ローラを介して転写バイアスを印加する転写装置を概略的に示す図である。図４に示す転写装置における転写電流の流れを説明するための図である。図１に示す転写装置において、温湿度が高い場合の転写電流の流れを示す図である。図１に示す転写装置において、温湿度が低い場合の転写電流の流れを示す図である。環境条件の変動による転写電圧の変化を示す図であり、（ａ）は図２に示す転写装置を用いた際の転写電圧の変化を示す図、（ｂ）は図４に示す転写装置を用いた際の転写電圧の変化を示す図、（ｃ）は図１に示す転写装置を用いた際の転写電圧の変化を示す図である。

符号の説明

１０転写装置
１１感光体ドラム
１２転写ローラ
１２ａ導電性軸芯
１２ｂイオン導電材
１３給電ローラ
１４転写バイアス電源
１５抵抗器
１６転写材

Claims

電子写真プロセスによって形成されたトナー画像を担持する像担持体と転写ニップ部で接触する転写ローラと、該転写ローラに定電流制御によって転写バイアス電流を供給する転写バイアス電源とを有し、前記転写ニップ部に送られる転写材に前記トナー画像を転写させる転写装置を備える画像形成装置において、
前記転写ローラは導電性軸芯と該導電性軸芯の外周面に配置されたイオン導電材とを有し、
前記転写ローラは、前記転写ローラの表面に当接した給電部材と前記導電性軸芯に接続された抵抗器とを介して前記転写バイアス電源に接続されており、
前記抵抗器の抵抗値は、前記転写ローラの軸芯と前記転写ローラの表面との間の抵抗値が温湿度に起因して変動する変動幅の上限未満でかつ下限を越える値に設定されている
ことを特徴とする画像形成装置。
前記給電部材は、前記転写ローラを挟んで前記像担持体と反対側で前記転写ローラと接触していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記像担持体は、感光体としてアモルファスシリコン感光体を有することを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。