JP2704296B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の目的 (産業上の利用分野) この発明は静電複写機、同プリンタ等静電転写プロセ
スを利用する画像形成装置に関するものである。
(従来技術と解決すべき課題) 走行する像担持体表面に形成した可転写トナー像を、
前記像担持体に当接配置した転写ローラなど接触型の転
写手段をそなえた転写部位に搬送すると同時に、該部位
に紙などの転写材を供給し、これととともに、該転写手
段に転写バイアスを印加して、トナー像を転写材に転移
させるように構成した画像形成装置は従来から周知であ
る。
このような画像形成装置において転写手段として使用
される、たとえば、転写ローラでは、その体積抵抗値が
約105Ωcm以下程度の低抵抗の導電性部材、あるいは体
積抵抗が106〜1013Ωcm程度の中体積抵抗の導電性部材
を、定電圧制御または定電流制御する様に構成されてい
る。
第4図は上述のような周知の画像形成装置の典型的な
構成を略示する側面図であって、紙面に垂直方向に軸線
を有する回転円筒状の像担持体1の表面のOPC感光層
が、一次帯電用の帯電ローラ2によって、一様に、例え
ば−750Vに負帯電され、該帯電面に、画像変調されたレ
ーザビームが投射されて当該部分の電位が減衰して静電
潜像が形成される。
この潜像が現像器4を配設した現像部位に到来する
と、該現像器4から負帯電トナーが供給され、反転現象
によってトナー像が形成される。
ついで、このトナー像が、像担持体1とこれに圧接す
る転写ローラ7からなる転写部位(ニッブ部)に達する
と、これにタイミングを合わせて、搬送路6から転写材
Pが該転写部位に案内され、これとともに転写ローラ7
には電源9によって、トナーとは逆極性の転写バイアス
が印加され、よって形成される電界の作用によって像担
持体側のトナー像は転写材に転移する。
トナー像を担持した転写材Pは転写部位から離れて不
図示の定着部位に搬送されるとともに、転写材に転移せ
ず、像担持体1に残る残留トナーはクリーナ10の位置で
除去され、像担持体1は次の画像形成工程に入り得る状
態となる。
上記の装置においては、転写ローラとしては、直径5m
mの芯金のまわりに厚み5.5mmのスポンジ層を形成し、ロ
ーラ硬度が約30゜(アスカーC)、外径16mm、軸方向長
さ243mmに構成してあり、芯金両端に配設したばね8に
よって夫々550gr、総圧1100grで像担持体1に圧接し
て、ニップ巾4mmとして用いた。
帯電ローラ2によって像担持体表面を−750V(暗電位
VD)に帯電したのち、レーザビームを照射して当該部分
の電位を約−100V(明電位VL)に減衰させて静電潜像を
形成し、これに負帯電トナーを付着させて、反転現像に
よってトナー像を形成した。
また、この場合、プロセススピードは24mm/secとし
た。
このような装置によって、転写ローラ7を、体積抵抗
が105Ωcm以下の低抵抗材料のものを使用すると以下の
ような問題が生ずる。
これについて説明する。
第5図は、前記のような装置に、OHP用紙、128gr/m2
の転写紙のような厚紙、低温低湿環境下に放置された普
通紙などのような、表面抵抗が体積抵抗に比して高くな
っている転写材を通紙した場合における、転写ローラ7
に印加した電圧とこれに流れる電流の関係(V−I特性
という)を示すグラフである。
転写ローラ7の抵抗値は、像担持体1と同形状のAlド
ラムに該ローラを当接させてローラの芯金に+500Vを印
加したときに105Ωを示した。
同図で、×印は非通紙時、即ち像担持体表面が暗電位
VDとなっている前回転時、紙間などにおける、○印はベ
タ白画像出力時、●印はベタ黒画像出力時の夫々V−I
特性を示す。
良好な転写性を得るためには、ある量以上のベタ黒電
流を流す事が必要であり、前述の装置の場合には、0.5
μA以上の転写電流が必要であることが実験の結果判明
している。即ち、第5図のグラフから前記の転写ローラ
を使用した場合、約1000V以上の転写バイアスが必要で
あることがわかった。
反面、像担持体に一定量以上の転写電流が流れると該
表面に転写メモリーとして電荷が残り、このために、次
の画像形成工程において、帯電手段による帯電では暗電
位の絶対値が低下した状態になって充分な暗電位が得ら
れず、地カブリを発生し、この現象はとくに低温低湿環
境下において顕著である。
前述の装置の場合、像担持体に5μA以上の転写電流
が流れると、確実に地カブリを発生することが実験的に
確認されている。
これを要するに、第5図から判るように、低温低湿環
境下では、転写に適正な条件が存在しないことになる。
前述のような、低抵抗の転写材の場合に好適な転写電
流が得られないことについて以下に略述する。
低温低湿環境に放置した転写紙、その表面抵抗が1014
Ω程度に高くなっており、通常の環境下における値、10
10〜1012Ωに比して2桁上昇している。前述のように、
転写ローラの抵抗値は105Ωcm以下で、転写紙の表面抵
抗、これよりも1桁程度低い体積抵抗よりも、さらに数
桁低いので、転写電流は、事実上転写紙の抵抗値によっ
て決まってしまうことになる。
印加バイアスを上げれば転写電流は上昇するが前述の
ように地カブリの問題があって、事実上不可能であり、
結局、低温低湿環境下では、低抵抗の転写ローラですべ
ての転写材に好適な転写電流を得ることは困難である。
また、転写材の表面抵抗が高い場合、裏面に、画像部
と非画像部とに対応する電位差が生じ、これを前記の装
置によって具体的に云うと、暗電位VDを−750V、明電位
VLを−100V、トナー像部電位−180V、転写バイアスを+
500Vとすると、画像部では表裏で約1250V、非画像部で
は約680Vの電位差が生じ、これに相当する分だけ裏面に
電荷が溜ることになる。
この電位差は、表面抵抗が高いためにそのまま維持さ
れ、画像部の転写電流が不足ぎみで転写材へのトナー保
持力が小さいため、トナー像を形成するトナーが非画像
部へ飛散して画質の劣化を招来することになる。
このような観点から云っても、転写ローラのような接
触転写方式の場合には低抵抗の転写手段を使用するのは
好ましくない。
そこで、次に体積抵抗が106〜1013Ωcm程度の中抵抗
転写ローラが使用される理由について説明する。
通常環境下ないしは低温低湿環境下で、+2000V印加
時に約108Ωcm以上を示す転写ローラを前述の装置に適
用した場合、このローラは紙の抵抗値による転写電流へ
の影響が小さく、また転写ローラ自体が抵抗を有してい
るので、前回転時、紙間などにおいても、電流が流れす
ぎることはない。
前記装置において、地カブリのない良質の画像を得る
ためには、かりに転写バイアスを2KVの定電圧としたと
き、約5×108〜2.5×109Ωの転写ローラを用いればよ
いことが実験により、また後述の第7図々示のグラフか
ら明らかである。
また、第6図からも明らかなように、画像部と非画像
部との紙裏にかかる電位差も、2750Vと2180Vと、前述の
低抵抗ローラの場合に比して小さく、トナーの飛び散り
も少ない。
第7図は、暗電位VD=−750V、像担持体上のトナー像
の電位を−180V、転写ニップ部における転写紙の抵抗を
2×109Ω、プロセススピード24mm/secとしたとき、低
温低湿環境下に放置した転写紙を、低温低湿環境下で通
紙して、ベタ黒画像を出力した場合を示し、転写電流0.
5μAとなる位置を●印(IB=0.5μA)のカーブで示
し、前回転、紙間などで転写電流が5μAとなる位置を
○印(ID=5μA)のカーブで示してある。
前記前者がカーブの下側で転写電流が0.5μA以上と
なり、後者カーブの上側で転写電流が5μA以下とな
り、図示斜線部分が転写ローラの抵抗値の許容範囲とな
る。
同図から判るように、かりに転写バイアスを+2KVの
定電圧とした場合の転写ローラの抵抗値のラチチュード
は約5×108〜約2.5×109Ωとなるが、この領域は生産
上非常に不安定であり、0.75桁のラチチュードでこのよ
うな転写ローラを大量生産することは事実上不可能であ
る。
たとえば、ポリオールとイソシアネートを重合して抵
抗を調整したエラストマーポリウレタンや適宜のイオン
性添加剤を添加して抵抗を調整したエラストマーポリウ
レタンは、印加バイアスに対して第7図に△印で示すよ
うな抵抗値変化を示すが、0.75桁のラチチュード内で抵
抗を調整して量産するの困難である。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、転
写部材の抵抗値のラチチュードを大幅に拡大して転写部
材の量産化を可能とし、良好な転写画像を得られる画像
形成装置を提供することを目的とする。
(2)発明の構成 (課題を解決する技術手段、その作用) 上記の目的を達成するため、本発明は、像担持体と、
この像担持体とニップ部を形成する転写部材であって、
前記ニップ部で前記像担持体から転写材にトナー像を転
写する転写部材と、を有し、前記ニップ部に転写材がな
いときには前記転写部材に対して定電流制御を行い、転
写材への像転写時には前記転写部材に対して定電圧制御
を行う画像形成装置において、前記定電流制御が行われ
るときの電圧が所定範囲内ならば前記電圧に基づいた電
圧で前記定電圧制御を行い、前記定電流制御が行われる
ときの電圧が所定範囲を越えるならば前記転写部材に電
圧を印加する電源の最大出力電圧で前記定電圧制御を行
うことを特徴とする画像形成装置である。
(実施例の説明) 第1図は本発明を適用するに適した画像形成装置の構
成を略示する概略側面図であって、前述の公知装置と対
応する部分には同一の符号を付して示してあり、それら
についての説明は省略する。
この装置は、感光体1と転写ローラ7が当接する転写
部位に転写材が存在しない非通紙時には、転写ローラを
定電流制御、または所定電圧で定電圧制御し、転写材が
存在する通紙時には、定電流制御時の電圧で転写手段を
定電圧制御する、ATVC制御手段13を具備しており、該AT
VC電源の最大出力は4000Vとした。
転写ローラ7はEPDM発泡ゴムに複酸化物を分散させて
抵抗値を調整したものを用い、その抵抗値は印加バイア
スによって第2図に△印の点線で示すように変化するも
のとする。
図示の装置の作動について述べると、感光体1が帯電
ローラ2によって一様に、−750Vに帯電され、該帯電面
が画像変調されたレーザビーム12によって走査されて、
当該部分の電位が−100V程度に減衰して静電潜像が形成
されるものとする。
トナー像は第3図に示すシーケンスに従うATVC制御さ
れた転写ローラ7によって転写材Pに転写される。
ATVC制御は、前回転時、紙間では5.0μAで定電流制
御を行ない、このときの電圧をホールドして、通紙時に
は該電圧値で定電圧制御するものとする。
2000Vを印加したときに2.2×1010Ωの抵抗となるRMAX
の転写ローラを用いた場合、第2図からRMAXのラインと
5μAのラインが交わらないために、ATVC電源13は最大
出力の4000Vをホールドして、通紙時には4000Vで定電圧
制御を行なう。
このとき、低温低湿環境に放置した転写紙でベタ黒画
像を出力した場合、0.5μAの転写電流が得られ、転写
性は良好である。
このときの抵抗は+4000V印加時でも、約6.5×109Ω
となり、第2図に斜線で示すラチチュードにはいる。
2000V印加時に1.3×108Ωの抵抗となるRMINの転写ロ
ーラを用いた場合、第2図からRMINのラインと5μAの
ラインが1000Vで交わるために、ホールド電圧は1000Vと
なり、低温低湿環境に放置した転写紙でベタ黒画像を出
力した場合、0.5μAの転写電流が得られ、良好な転写
性が得られる。
この時の転写ローラの抵抗値は+1000V印加で約3.5×
108Ωである。
すなわち、定電流制御がおこなわれるときの電圧が所
定範囲内(4KVより小さい)ならば前記電圧に基づいた
電圧で定電圧制御を行い、定電流制御が行われるときの
電圧が所定範囲を越える(4KV)ならば転写ローラに電
圧を印加する電源の最大出力電圧で定電圧制御を行うこ
とにより第2図に示したラチチュード範囲全域を使用す
ることができ、転写ローラへ+2000V印加時のラチチュ
ードは、1.3×108から2.2×1010Ωまでとなり、前述の
第7図の場合の0.75桁に比して2.1桁と3倍近くまで許
容範囲が拡大されるので、転写ローラの量産に極めて好
都合である。
転写ローラへの印加バイアスが1000V以下では、紙の
抵抗の影響を受けて転写電流が流れなくなり、1000V以
上、ATVC電源の最大出力値(この場合4000V)以下で、
約2×108Ωcmから5×1010Ωcmの範囲内の体積抵抗を
有する転写ローラを使用するのがよい。
転写ローラへの印加バイアスに対する抵抗値の特性を
より急峻になるように変化させさらに、プロセススピー
ドを変化させる場合を考慮すると、体積抵抗値としては
106Ωcmから1013Ωcmのものが実用に耐え得るといえ
る。
体積抵抗値が1013Ωcmをこえると、印加バイアスが10
000Vを越えてしまので実用的でない。また、106Ωcm以
下では、紙の抵抗による影響が大きく、OHP用紙などで
は、とくにL/Lに放置したものでは転写不良となる。
以上説明したように、本発明によるときは、転写ロー
ラの抵抗値のラチチュードを従来に比して約3倍に拡大
でき、該ローラの量産が容易になり、転写ローラなどの
接触型の転写手段を用いた方式の実用化を可能ならしめ
ることになる。
なお、以上、印加電圧によって抵抗値が変化する転写
ローラの場合について述べたが、印加電圧に対して抵抗
値がほぼ一定になる、例えばウレタンエラストマーのよ
うな公知の転写ローラについて、ATVC制御した場合に
も、従来よりも抵抗値のラチチュードを拡大出来ること
は明らかである。
(3)発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、転写部材のラ
チチュードを大幅に広げることができ、転写部材の量産
化が可能となり、良好な転写を行い得る画像形成装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用するに適した画像形成装置の要部
の概略側面図、 第2図は本発明による転写ローラの使用可能範囲を示す
グラフ、 第3図は同上装置のシーケンスを示す図、 第4図公知の画像形成装置の作動を説明するための概略
側面図、 第5図は低体積抵抗(105Ωcm以下)の転写ローラのV
−I特性を示すグラフ、 第6図は中体積抵抗(106〜1013Ωcm)の転写ローラの
V−I特性を示すグラフ、 第7図は公知の画像形成装置の転写部材の使用可能範囲
を示すグラフである。 1……感光体、2帯電ローラ、4……現像器、7……転
写ローラ、10……クリーナ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】像担持体と、 この像担持体とニップ部を形成する転写部材であって、
    前記ニップ部で前記像担持体から転写材にトナー像を転
    写する転写部材と、を有し、 前記ニップ部に転写材がないときには前記転写部材に対
    して定電流制御を行い、転写材への像転写時には前記転
    写部材に対して定電圧制御を行う画像形成装置におい
    て、 前記定電流制御が行われるときの電圧が所定範囲内なら
    ば前記電圧に基づいた電圧で前記定電圧制御を行い、前
    記定電流制御が行われるときの電圧が所定範囲を越える
    ならば前記転写部材に電圧を印加する電源の最大出力電
    圧で前記定電圧制御を行うことを特徴とする画像形成装
    置。
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