JP2015055696A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 硝酸イオンによる感光体表面の劣化を防止し、転写性を向上させて、高画質の印刷を行うことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、表面にトナー像が形成される感光体と、感光体に圧接されてニップ域が形成される転写手段とを有し、ニップ域を所定のプロセス速度で通過する用紙に所定の転写電流を流して感光体から用紙にトナー像を転写する画像形成装置において、ニップ域の長手方向に占める用紙の用紙幅に応じて、転写電流及びプロセス速度を変更する転写制御手段を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置における感光体ドラムの劣化を防止する技術に関する。

画像形成装置では、感光体ドラムの周囲に、帯電装置、現像装置、転写装置、及びクリーニング装置が順に配置されている。画像形成が開始されると、まず帯電装置によって感光体ドラムの表面が均一に帯電される。次に、この均一に帯電した感光体ドラムの表面にレーザ光が照射され、原稿に応じた静電潜像が形成される。続いて、現像装置によって静電潜像がトナー像として顕像化される。

感光体ドラム上に形成されたトナー像は、転写装置の転写ローラによって用紙に転写される。この時、感光体ドラムと転写ローラとの間には、トナーを用紙に転写させるために印加する転写バイアスによって転写電流が流れる。この転写電流を定電流制御することで、用紙に対するトナーの付着量を安定化している。なお、感光体ドラム上に残留したトナーはクリーニング装置によって回収され、また、用紙に転写されたトナー像は、定着装置によって加熱され用紙に定着される。

ところで、感光体ドラムと転写ローラの間を通過する用紙は、転写電流にとって電気抵抗として作用するため、感光体ドラムと転写ローラとのギャップが軸方向に一定であれば、用紙が存在しない部分は用紙の存在する部分に比べて転写電流が流れやすくなる。このように感光体ドラムに転写電流が過剰に流れると、オゾンから生じた窒素酸化物と空気中のＯＨラジカルとの反応により硝酸イオンが生成され、感光体ドラムの表面が劣化される問題がある。

上記の問題に対して、特許文献１では、図４（ａ）に示すように、弾性部材からなる転写ローラ２０１の両端部若しくは片端部を先細りのテーパ状に形成するとともに、用紙Ｐ１のサイズに応じて転写ローラ２０１と感光体ドラム２０２との軸間距離ＬＡ１を変化させる軸間距離調整手段を設けた画像形成装置２００を提案している。

特許文献１の画像形成装置２００によれば、図４（ｂ）に示すように、用紙Ｐ２のサイズに合わせて軸間距離調整手段で軸間距離をＬＡ１からＬＡ２に調整し、テーパ状の転写ローラ２０１を感光体ドラム２０２に圧接して変形させて転写を行う。これにより、用紙Ｐ１、Ｐ２から外れた部分における転写ローラ２０１と感光体ドラム２０２のギャップを大きくすることができ、用紙がない部分に過剰な転写電流が流れることを防止している。

特開平１１−３０５５７３号公報

しかしながら、特許文献１の画像形成装置２００では、テーパ状の転写ローラ２０１の中央部と端部との間で圧接力の差異が生じるため、トナーの転写ムラが発生する虞があり、転写性が低下する問題があった。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その目的は、硝酸イオンによる感光体表面の劣化を防止し、転写性を向上させて、高画質の印刷を行うことができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、表面にトナー像が形成される感光体と、感光体に圧接されてニップ域が形成される転写手段とを有し、ニップ域を所定のプロセス速度で通過する用紙に所定の転写電流を流して感光体から用紙にトナー像を転写する画像形成装置において、ニップ域の長手方向に占める用紙の用紙幅に応じて、転写電流及びプロセス速度を変更する転写制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置において、転写制御手段は、用紙幅に応じて累積印刷枚数が所定枚数以上になるとき、転写電流及びプロセス速度を低下させることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置において、転写制御手段は、用紙幅に応じて連続印刷枚数が所定枚数以上になるとき、転写電流及びプロセス速度を低下させることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置において、転写制御手段は、温度及び湿度に応じて、転写電流及びプロセス速度を更に変更することを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、硝酸イオンによる感光体表面の劣化が抑制され、転写性が向上して、高画質の印刷を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る転写制御手段を説明するための構成図である。 感光体ドラムと用紙の幅方向の大きさを比較した説明図である。 従来の感光体ドラムと転写ローラについて説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１を示す断面図である。この画像形成装置１は、その構成を大別すると、原稿読取り装置２、印刷部１１、用紙搬送部１２、用紙供給部１３、及び大容量給紙カセット１４からなる。

画像形成装置１の本体上部には、原稿読取り装置２が搭載されている。原稿読取り装置２の原稿搬送部４２は、第１読取り部４１の奥一辺にヒンジで枢支されており、その手前部分を上下させることにより原稿搬送部４２を開いて、第１読取り部４１のプラテンガラス４４上に原稿用紙を載置するようになっている。

第１読取り部４１において、第１走査ユニット４５は、副走査方向に移動しながら、プラテンガラス４４上の原稿用紙表面を光源５１によって照明し、その反射光を第１反射ミラー５２により反射して第２走査ユニット４６へと導く。第２走査ユニット４６は、第１走査ユニット４５に追従して移動しつつ、原稿用紙からの反射光を第２及び第３反射ミラー５３、５４により反射する。この反射光は、結像レンズ４７によりＣＣＤ４８に集光されて原稿用紙の画像が読取られる。

原稿搬送部４２により搬送されている原稿用紙表面の画像を読取る場合は、第１走査ユニット４５を原稿読取りガラス５５下方の読取り位置に移動し、第１走査ユニット４５の位置に応じて第２走査ユニット４６を位置決めする。この状態で、ピックアップローラ５６により原稿トレイ５７上の原稿用紙を引出して、原稿用紙を原稿搬送経路５８から搬送する。

第１走査ユニット４５の光源５１により原稿用紙表面を原稿読取りガラス５５を介して照明し、原稿用紙からの反射光を第１及び第２走査ユニット４５、４６の各反射ミラーにより結像レンズ４７へと導き、ＣＣＤ４８により原稿用紙の画像を読取り、原稿用紙を原稿排紙ローラ６１から原稿排紙トレイ６２へと排出する。

原稿搬送部４２に内蔵の第２読取り部４３（密着印刷画像センサ（Contact Image Sensor（ＣＩＳ））は、第２読取り部（ＣＩＳ）４３の下を通過して原稿排紙トレイ６２へと排出される原稿用紙裏面を照明し、原稿用紙裏面からの反射光を受光して、原稿用紙裏面の画像を読取る。

ＣＣＤ４８及びＣＩＳ４３により読取られた原稿用紙の画像は、画像形成装置１のレーザ露光装置２３に入力される。

用紙供給部１３は、複数の給紙カセット３８を備えている。各給紙カセット３８は、用紙を一枚ずつ引出して送り出すためのそれぞれのピックアップローラ３９等を備えており、引出した用紙を用紙搬送部１２の用紙搬送経路３３へと送り出す。また、大容量給紙カセット１４は、複数の給紙装置７１を備えている。各給紙装置７１は、多量の用紙を積載収容し、用紙を一枚ずつ引出して搬送経路３３に送り出すものである。

用紙は、用紙搬送経路３３を通じて搬送され、印刷部１１を経由し、用紙排紙ローラ３６を介して用紙排紙トレイ３７に排出される。用紙搬送経路３３には、用紙を一旦停止させて、用紙の先端を揃えた後、印刷部１１でのトナー像の転写タイミングに合わせて用紙の搬送を開始するレジストローラ３２、用紙の搬送を促す搬送ローラ３１、用紙排紙ローラ３６等が配置されている。

用紙の表面だけではなく、裏面の印字を行う場合は、分岐爪３５の位置を切換えて、用紙を用紙排紙ローラ３６から反転経路３４へと逆方向に搬送し、用紙の表裏を反転させて、用紙をレジストローラ３２へと再度導き、用紙の表面と同様に、用紙の裏面に画像を記録して定着し、用紙を用紙排紙トレイ３７に排出する。

印刷部１１においては、クリーニング装置２６により感光体ドラム２１表面の残留トナーを除去及び回収した後、帯電装置２２により感光体ドラム２１の表面を所定の電位に均一に帯電させ、レーザ露光装置２３により感光体ドラム２１表面を露光して、その表面に静電潜像を形成し、現像装置２４により感光体ドラム２１表面の静電潜像を現像して、感光体ドラム２１表面にトナー像を形成する。

転写ローラ２５（転写手段）は、感光体ドラム２１に圧接されて、感光体ドラム２１との間にニップ域を形成しており、用紙搬送経路３３を通じて搬送されて来た用紙をそのニップ域に挟み込んで搬送しつつ、感光体ドラム２１表面のトナー像を用紙上に転写する。転写手段については、以降で詳細に説明する。

定着装置２７は、加熱ローラ２８と加圧ローラ２９間に用紙を挟み込んで加熱及び加圧し、用紙上のトナー像を定着させる。

本発明の画像形成装置１は、上記の搬送、帯電、露光、現像、転写、定着の各工程（プロセス）を実行することにより、搬送される用紙に対して印刷を行うものである。なお、本実施形態の説明において、プロセス速度とは、上記の各工程の速度を意味する。また、少なくともプロセス速度を変更することは、搬送速度、露光速度、現像速度、転写速度を変更することを意味する。

次に、本発明の画像形成装置１において、感光体ドラム２１の劣化を抑制するための転写制御手段４０について説明する。

図２は、本発明に係る転写制御手段４０を説明するための構成図である。図２に示すように、本発明の画像形成装置１において、感光体ドラム２１には、帯電ローラ２２、現像ローラ２４ａ、転写ローラ２５（転写手段）、クリーニングブレード２６ａが、感光体ドラム２１の表面と当接するように設けられている。

感光体ドラム２１は、高圧電源２２ａに接続された帯電ローラ２２により感光体ドラム２１の表面が所定電位に均一に帯電され、レーザ露光装置２３から照射されるレーザ光２３ａによって静電潜像が形成された後、現像ローラ２４ａによって感光体ドラム２１の表面にトナー像が形成される。

転写ローラ２５は、導電性を有する弾性部材で構成されており、感光体ドラム２１に圧接されてニップ域ＮＰが形成される。転写ローラ２５には、転写バイアス電源２５ａから転写バイアスが印加され、ニップ域ＮＰを所定のプロセス速度で通過する用紙Ｐに所定の転写電流が流れることにより、感光体ドラム２１表面に形成されたトナー像が用紙Ｐに転写される。

感光体ドラム２１からトナー像が用紙Ｐに転写された後、感光体ドラム２１表面に残留したトナーは、クリーニングブレード２６ａによって除去される。また、用紙Ｐ上に転写されたトナー像は、定着装置２７にて加熱ローラ２８と加圧ローラ２９間で加熱及び加圧され、用紙上にトナー像が定着される。

本発明の画像形成装置１は、感光体ドラム２１表面の劣化を防止し、トナー像の転写性を向上させるため、感光体ドラムのニップ域ＮＰの長手方向に占める用紙の用紙幅に応じて、転写電流及びプロセス速度を変更する転写制御手段４０を備えていることを特徴としている。

感光体ドラム２１表面には硝酸イオンが生成されることが知られており、転写ローラ２５から感光体ドラム２１に過剰な転写電流が流れることが原因の一つとして考えられる。これは、感光体ドラム２１に過剰な電流が流れることで、オゾンから生じた窒素酸化物と空気中のＯＨラジカルとの化学反応が生じて硝酸イオンが生成されるものと考えられている。

転写ローラ２５に転写バイアスを印加する転写バイアス電源２５ａには定電流回路が設けられており、用紙へのトナーの付着量を安定化するため、転写ローラ２５から感光体ドラム２１に流れる転写電流が所定の電流値になるよう制御している。しかし、転写ローラ２５と感光体ドラム２１間のニップ域ＮＰに用紙が搬送されことにより、ニップ域ＮＰに流れる転写電流にとっては用紙が電気抵抗として作用するため、用紙が存在しない部分は存在する部分に比べて電気抵抗が低くなり、部分的に過剰な転写電流が流れる。

図３は、感光体ドラム２１表面のニップ域ＮＰと用紙の幅を比較した説明図である。例えば、Ｂ５サイズの用紙に印刷する場合、感光体ドラム２１と転写ローラ２５で圧接されたニップ域ＮＰの長手方向において用紙Ｐから外れる部分がＷ１となり、このＷ１の部分では用紙Ｐが通過しないため電気抵抗が低くなり、転写ローラ２５から感光体ドラム２１に過剰な転写電流が流れる。

したがって、図３に示すように、Ａ３サイズからＢ５サイズに用紙幅が小さくなるほどニップ域ＮＰ全体の電気抵抗が低下し、感光体ドラム２１に流れる転写電流が大きくなるため、感光体ドラム２１の表面に硝酸イオンが多く生成されるようになる。

そこで、感光体ドラム２１の表面に生成される硝酸イオンを抑制するため、本発明の画像形成装置１では、転写電流とプロセス速度を変更する転写制御手段４０を設けて、ニップ域ＮＰの長手方向に占める用紙の用紙幅に応じて、転写電流及びプロセス速度を変更することを特徴としている。

具体的には、Ａ３（Ａ４Ｒ）サイズの通常の用紙に印刷する場合、ニップ域ＮＰの長手方向に占める用紙幅が２９７ｍｍであり、ニップ域ＮＰの用紙から外れる部分は小さく、硝酸イオンがほとんど生成されないため、印刷速度を優先した高速モード（印刷条件１）に設定している。例えば、印刷条件１では、転写制御手段４０により、転写バイアス電源２５ａを制御して転写電流を５５μＡにし、感光体ドラム２１の回転数を制御してプロセス速度を５４０ｍｍ／ｓｅｃにしている。

これに対して、Ｂ４（Ｂ５Ｒ）サイズの用紙では、ニップ域ＮＰの長手方向に占める用紙幅が２５７ｍｍであり、ニップ域ＮＰにて用紙から外れる部分が大きくなるため、硝酸イオンの生成を抑制するように中速モード（印刷条件２）に設定している。印刷条件２では、例えば、転写制御手段４０により、転写バイアス電源２５ａを制御して転写電流を４５μＡにし、感光体ドラム２１の回転数を制御してプロセス速度を４７０ｍｍ／ｓｅｃにしている。

また、Ａ４やＢ５のサイズになると、さらに用紙から外れる部分が大きくなるため、硝酸イオンの生成をさらに抑制するように低速モード（印刷条件３）に設定している。例えば、印刷条件３では、転写制御手段４０により、転写バイアス電源２５ａを制御して転写電流を４０μＡにし、感光体ドラム２１の回転数を制御してプロセス速度を４００ｍｍ／ｓｅｃにしている。

このように、本発明の画像形成装置１では、ニップ域ＮＰの長手方向に占める用紙幅が小さくなるほど、転写ローラ２５から感光体ドラム２１に流れる転写電流を低下させて硝酸イオンの生成を抑制するとともに、ニップ域ＮＰを通過する用紙のプロセス速度を低下させてトナー像を転写しているので、硝酸イオンによる感光体表面の劣化を防止することができ、トナー像の転写性を向上させて、高画質の印刷を行うことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、感光体ドラム２１の耐久性を向上することを目的とした画像形成装置１の実施形態について説明する。通常、画像形成装置１では、感光体ドラム２１の耐久性として、累積印刷枚数１００万枚または連続印刷枚数１００万枚でも印字品位の低下がないことを求められている。

通常、画像形成装置では、各種の用紙サイズに変更されて印刷が行われることにより、感光体ドラム２１の硝酸イオンが生成された後をサイズの大きい用紙が通過することで、硝酸イオンの幾らかは大きな用紙に付着して感光体ドラム２１表面から除去される。

しかし、サイズの小さい用紙を連続して印刷する場合、硝酸イオンが生成された部分に新たな用紙が通過することがなく、印刷を繰り返す毎に生成された硝酸イオンが積算されていくため、感光体ドラムの劣化が早められる。また、サイズの小さい用紙での累積印刷枚数が多くなっても、上記と同様の理由により、印刷毎に生成された硝酸イオンが積算されていくため、感光体ドラムの劣化が早められる。

表１は、本発明の画像形成装置１における感光体ドラム２１の耐久性試験の結果を示したものである。耐久性試験では、用紙サイズが異なるＡ３〜Ａ４の各用紙に対して、所定の累積印刷枚数または連続印刷枚数にて印刷を行い、印刷された用紙の印字品位の変化を確認している。

本発明の画像形成装置１では、表１に示すように、用紙サイズに合わせてプロセス速度と転写電流を低下させることにより、感光体ドラム２１における用紙から外れた部分での硝酸イオンの発生を抑制している。このため、用紙幅が小さいＢ４サイズやＡ４サイズで累積印刷枚数が１００万枚後、または、連続印刷枚数が１００万枚後においても印字品位に劣化は見られず、小さい用紙サイズに印刷する場合であっても感光体ドラム２１の耐久性を向上できることが確認された。

表２は、比較例として、従来の画像形成装置における感光体ドラムの耐久性を示したものである。従来の画像形成装置では、用紙サイズに応じてプロセス速度と転写電流を変更しないため、用紙幅が小さいＢ４サイズやＡ４サイズで大量に印刷を行う場合は、累積印刷枚数が所定枚数以上になると１００万枚に達する前に印字品位に劣化が見られた。また、用紙幅が小さい用紙で連続して印刷する場合には、さらに印字品位の劣化の進行が早くなり、感光体ドラムの寿命が短くなることがわかった。

したがって、用紙幅が小さい用紙で大量の印刷を行う場合、例えば、ある程度の累積枚数までは印刷効率を優先して高速モードで印刷を行い、累積枚数が所定枚数以上となると低速モードに切り替えて、転写電流とプロセス速度を低下させることにより、感光体ドラムの劣化が進行することを防止し、感光体ドラムの寿命を延長させることができる。

また、用紙幅が小さい用紙で繰り返し印刷を行う場合、例えば、連続印刷枚数が所定枚数以上に設定されると、最初から転写電流とプロセス速度を低下させて印刷を開始することにより、感光体ドラムの劣化を防止し、感光体ドラム２１の寿命を延長させることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第２の実施形態とは別の観点から、感光体ドラム２１の耐久性を向上することを目的とした画像形成装置１の実施形態について説明する。感光体ドラム２１は、高温多湿の環境下では窒素酸化物と水分の反応が活性化され、感光体ドラム２１表面に硝酸イオンが生成されやすくなる。このため、画像形成装置１の内部または外部の環境温度と湿度に応じて、硝酸イオンの生成を抑制するように印刷条件を変更することが望ましい。

表３は、温度と湿度の組合せに応じて、感光体ドラム２１表面の硝酸イオンの生成を抑制するように印刷条件を設定した管理テーブルである。管理テーブルは用紙サイズ毎に設定されており、条件１〜３は温度と湿度に応じた転写電流とプロセス速度を設定するものであり、転写電流とプロセス速度の大小関係が条件１＞条件２＞条件３となっている。また、用紙サイズが小さくなるほど、条件１〜３全体の転写電流とプロセス速度が小さくなるように設定されている。例えば、用紙サイズＡ３では、条件１〜３を第１の実施形態で説明した印刷条件１〜３としてもよい。

このように、温度と湿度が高くなるほど感光体ドラム２１表面に硝酸イオンが生成されやすくなるため、第３の実施形態に係る画像形成装置１では、温度と湿度に応じて転写電流とプロセス速度を変更して制御することにより、硝酸イオンの生成を抑制して感光体ドラム２１の耐久性を向上させている。

なお、表３の管理テーブルでは、温度２５℃の場合に、湿度３０％以下では条件１、湿度３０〜７０％では条件２、湿度７０％以上では条件３となるように、温度と湿度に応じて転写電流とプロセス速度を３段階で低下させるように設定しているが、温度と湿度に応じて転写電流とプロセス速度をさらに細かく設定してもよい。

上述した各実施形態では、転写ローラに本発明を適用した場合について説明したが、本発明の画像形成装置は、ベルト方式の転写手段を備える画像形成装置にも適用可能であり、転写ベルトから感光体ドラムに流れる転写電流を制御することにより実施することができる。

１ 画像形成装置
１１ 印刷部
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電ローラ
２３ レーザ露光装置
２４ 現像装置
２５ 転写ローラ
２５ａ 転写バイアス電源
２６ａ クリーニングブレード
４０ 転写制御手段

Claims (4)

1. 表面にトナー像が形成される感光体と、前記感光体に圧接されてニップ域が形成される転写手段とを有し、前記ニップ域を所定のプロセス速度で通過する用紙に所定の転写電流を流して前記感光体から前記用紙にトナー像を転写する画像形成装置において、
   前記ニップ域の長手方向に占める前記用紙の用紙幅に応じて、前記転写電流及び前記プロセス速度を変更する転写制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写制御手段は、前記用紙幅に応じて累積印刷枚数が所定枚数以上になるとき、前記転写電流及び前記プロセス速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記転写制御手段は、前記用紙幅に応じて連続印刷枚数が所定枚数以上になるとき、前記転写電流及び前記プロセス速度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記転写制御手段は、温度及び湿度に応じて、前記転写電流及び前記プロセス速度を更に変更することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の画像形成装置。