JP3684342B2 - 転写装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に組み込まれ、該装置に内蔵の感光体ドラムの表面に形成されたトナー画像を転写紙等のシート状物に転写する転写装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より電子写真複写機等において感光体ドラム等の静電像担持体の表面に形成されたトナー画像の静電転写を行う装置としては、感光体側に転写電荷を供給する手段としてコロナ放電器を用いた非接触型のコロナ転写方式以外にも、導電ローラを用いたローラ転写方式やベルト転写方式によるものが代表的である。これらローラ部材やベルト部材と感光体ドラムとの接触状態としては、接触させて使用する形態以外にも非接触とする形態のものが挙げられる。さらに非接触形態には、通紙時にはシート材を介して接触するものと、接触しないものも用いられる。
【０００３】
図１に、ローラ転写装置の１例を示す。ここでは、転写装置はカーボンやアルカリ金属を分散させ導電性を持たせたウレタン樹脂等からなる転写ローラ２１を感光体ドラム２０に対向する位置に配設してあり、該ドラム２０と転写ローラ２１との周面間に進入して来た転写用紙Ｐを転写ローラ２１によってドラム表面のトナーに圧接させるとともに、転写ローラ２１の軸心にトナーと逆極性の転写電圧を印可してドラム２０表面のトナー画像を用紙Ｐに転写するものである。かかるローラ転写装置では転写部において優れた転写効率、分離効果を得ることができること、構造が簡単であることなどから低中速機での普及が進んでいる。
【０００４】
次に、図２においてベルト転写装置の１例を示す。駆動ローラ２４、従動ローラ２５によって張設された転写搬送ベルト２３（以下、転写ベルトと称す）を感光体ドラムと同速度をもって回転するようにしている。シート材Ｐは転写ベルト２３と密着しながら搬送され、転写部を通過し転写部では転写ベルト２３と一体的に感光体ドラム２２に接触するように構成されている。そして転写部では転写ベルトの内側に設けられたバイアスローラ２６によって転写ベルトにトナー極性とは逆極性の電荷が付与され、感光体ドラム上のトナー像がシート材に転写するように構成されている。かかるベルト転写装置では転写部において優れた転写効率、分離効果を得ることができること、また、ベルト自体のクリーニング機構を設けることが容易であって長寿命化が可能であること等から中高速機での普及が進んでいる。
【０００５】
ところが、画像形成を繰り返すうちにトナー飛散やトナー消費量増大などの問題を生じ、機内清掃等が早期に必要となり、メンテナンスサイクルを短縮せざるを得ないなどの問題が生ずる場合がある。この不具合を調査するうちに転写ローラ或いは転写ベルト等の転写部材と対向する感光体表面のうち最大の通紙ペーパー幅の外部に位置する非通紙域の部分の感光層が周方向に異常摩耗しており、クリーニング部を通過する直前の感光体の非通紙部分表面に白色粉が散在していたことが見出された。感光体表面の異常摩耗の起こるメカニズムに関して下記のように考えている。
【０００６】
図３に示すように通常、転写ローラの軸方向の前端部と後端部は感光体ドラムの最大幅の通紙領域と非通紙領域の境界線上に含まれるか或いは前記境界線から非通紙領域側に若干はみ出すようにローラ軸長と取り付け位置が設定されている。反転現像方式においては、転写ローラ電荷が感光体表面の主帯電極性と逆極性であるから、転写ローラからの注入電荷に直接暴露される前記非通紙部分は主帯電電位と逆極性に帯電される。このような画像形成が連続的に多数枚継続すると主帯電が行われた後の非通紙部分の主帯電が不充分となり、表面電位が低下し現像バイアス電圧に近づくことになる。
【０００７】
現像ローラ上に担持され感光体上の静電潜像に供給される現像剤の磁気ブラシは現像ローラー軸方向両端部のブラシ形成が不十分なために最大幅の通紙領域を超えるように設定されているから非通紙部分をも摺擦している。しかしながら、この非通紙部分の表面電位が現像バイアス電圧と同等以下にまで低下していることから、トナーが強制的に現像されることになる為に、トナー消費量の増大を招いてしまう。
【０００８】
また、感光体の非通紙部に現像付着したトナーは転写ローラからの注入電荷に直接曝される内に、トナー表面の外添剤として使われるシリカ、酸化チタン、マグネタイト、アルミナなどの金属酸化物部粉末が脱離し感光体表面に強固に付着する。前記の金属微粉末は研磨作用があるためにクリーニングする際に感光体表面を削ることとなる。前記異常摩耗部分は帯電能力が失われているので、主帯電による表面電位がゼロもしくは大きく低下することになる。現像バイアス電圧よりも前記異常摩耗部分の表面電位差が大きく下回ることから現像ローラ上の現像剤からトナーが感光体側に大量に強制的に現像されトナー消費量の増大或いは甚だしい場合にはトナー飛散等を生ずる。この摩耗部分の微小亀裂は通紙領域内にまで拡大しやすく、その結果通紙領域内であっても帯電能の失われた部分が広がる事になるので前記不具合が加速されたり地肌かぶりを生じたりする。このような不具合は、ローラ転写方式とベルト転写方式の何れにおいても、或いは、非通紙時において転写部材と感光体の接触、非接触の何れにおいても発生し、メンテサイクルを縮める結果となるので、早期の解決が望まれてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の第一の目的は、上記課題に鑑みて、画像不具合やトナー飛散やトナー消費量増大などの問題を生ずることなく、機内清掃のメンテサイクルを延長できることである。
さらに、本発明の第二の目的は、感光体を局部的に磨耗させることなく高寿命化を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための請求項１の発明は、静電像担持体表面のトナー画像をシート材に転移させる為の転写部材としてローラ部材或いはベルト部材を用いた非接触転写装置において、シート材の通紙方向に対して垂直方向にみた場合の、前記転写部材による転写領域の前端部と後端部が、対向する像担持体の最大幅の有効画像領域とその周囲の非画像領域との境界線上あるいは非画像領域側に位置するように配設されるとともに、静電像担持体表面の最大幅の通紙領域とその外側の非通紙領域との境界線上あるいは、通紙領域側に位置するように配設されていることを特徴とする。
さらに請求項２の発明は、像担持体上の静電潜像をトナーで可視像化する反転現像方式の現像手段と、請求項１に記載の転写装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１１】
請求項１、２の発明によれば、反転現像での主帯電と逆極性の転写電荷の内、最大用紙サイズを越えた感光体の領域への非接触転写部材からの転写電荷による微小コロナ放電の暴露や、転写電荷の注入などを抑制する。その結果、画像形成を繰り返した場合において、非通紙部分の主帯電が不充分となり表面電位が低下し現像バイアス電圧に近づくことを防止することができるので、この領域のトナー付着やトナー外添剤の付着などを防止することができる。さらには、トナー外添剤の付着による感光体の感光層の異常磨耗をも防止することができる。そして、通常の使用では最大サイズ（例：Ａ３サイズ）の用紙のみを使用する訳ではない、たとえば、最大幅より幅狭の用紙（例：Ａ４サイズ）の場合においても、この領域（Ａ４幅＝２１０ｍｍより広く、Ａ３幅＝２９７ｍｍより狭い範囲）のトナーやトナー外添剤の転写材への付着を防止することが非接触転写装置を用いることで可能となる。また、最大サイズの転写シート上に最大サイズの有効画像領域を得ようとする場合、非接触転写部材の端部から常時微小コロナ放電が直接感光体表面を暴露することを防止しつつ、最小限のプリントマージンは確保できるので画像欠陥を防止することができる。
【００１２】
ここで、最大幅の有効画像領域とは最大複写サイズのトナー画像が転写される相手の最大サイズの転写用シートの通紙領域から周辺部のプリントマージン幅を除いたものであり、通常は最大サイズの転写シート外周部の５乃至は１０ｍｍの余白を除いた部分となる。また最大幅の通紙領域とは、前記の最大サイズの転写用シート領域のことである。図３に明らかにしたように従来の転写ローラが最大幅の通紙領域を超えていたのに対して、図４に明らかにしたように本発明においては最大の有効画像領域以上、最大幅の通紙領域以下となるように転写ローラの軸長、取り付け位置を設定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図５は本発明の画像形成装置の１実施形態の概要を模式的に描いたものである。この画像形成装置は現像手段として反転現像方式、転写手段としてローラ転写方式を用いたもので、複写速度はＡ４サイズで１３枚/分である。1は静電像担持体としての感光体ドラムであって、アルミニウム等の金属製素管の表面に有機感光体材料からなる感光層を形成してなるものである。感光体ドラムは転写域において転写用紙Ｐの搬送方向と順方向になるように図略の駆動手段によって回転駆動される。感光体ドラム周面にはその回転方向に従って帯電手段３、露光手段４、現像手段５、転写手段６、クリーニング手段７及び除電手段８がその順序で配設されている。
【００１４】
上記のような構成を備えた複写機においては、帯電手段３でコロナ放電によってドラム1の表面感光層が＋７００Ｖに帯電される。帯電されたドラム表面にはレーザー発生源を有する露光手段４によって、機内において設けられた光学手段（図略）によって読み取られた原稿画像に応じた光照射が行われて感光体ドラム表面に未露光部の＋７００Ｖと露光部の＋１２０Ｖからなる静電線像が形成される。この静電潜像には現像手段によって、帯電トナーが付着されてトナー像が形成される。現像手段５には平均粒子径９０μｍの磁性キャリア９５重量部と、平均粒子径９μｍの正帯電性トナー５重両部を混合してなる収納される現像剤が収納され、現像ローラ５ａに５００Ｖの現像バイアスが印加されているために、正帯電性トナーは、露光部に対して現像され感光体表面にトナー画像が形成される。正帯電性トナーの表面には流動性、帯電性を改善するための酸化チタン、シリカを各々０．２重量部（トナー１００重両部に対して）を分散付着させてある。
【００１５】
感光体ドラム表面に形成されたトナー画像が転写手段６と対向する位置にまで回転移動してくると、レジストローラ対９によってトナー画像と同期して搬送されてくる転写シートＰの表面上に感光体ドラム表面のトナー画像が転写される。転写手段６におけるトナー像転写については後で更に詳述する。感光体表面の未転写残留トナーはクリーニング手段７において感光体ドラム表面に当接せしめられるクリーニングゴムブレード７ａによって感光体表面から除去される。その後除電手段８において、除電光Ｌ２が照射されて除電され、前回の帯電時からドラム１が丁度１回転したところで次の画像形成に備えられる。一方トナー像が転写された用紙Ｐは定着ローラ対に送られ、定着ローラ１０間を通過する間に加熱、加圧され用紙Ｐ上にトナー像が定着される。
【００１６】
転写手段６が具備する転写ローラ１１は、ドラム１の下方においてドラム１の表面と、用紙搬送経路Ｂを挟んで用紙Ｐの厚みよりも大きな間隙をもって近接対向する位置にドラム軸と平行に配設されている。転写ローラ１１は対向するドラム面と順方向に回転駆動されており、その回転周速度はドラムの回転周速度とほぼ同一である。前記間隙は転写シートＰの厚みよりも大きく設定されていることが重要であり一般的には０．２乃至２．０ｍｍ程度であることが好ましい。この転写ローラ１１は転写時においてドラム表面に付着した帯電トナーとは逆極性の電圧が印加されることにより、ドラム表面に付着した帯電トナーを用紙Ｐに転移させるものである。
【００１７】
図４、図５を参照しつつ、本発明の転写ローラの軸長及び前端部、後端部の取り付け位置について詳述する。転写ローラ１１は少なくとも、ローラ本体１１ａを回転軸１１ｂ周りに一体的に固着してなる長軸ローラ状に形成されている。転写ローラ本体１１ａは軸方向の長さがドラム表面のトナー像が形成される有効画像領域1ａの軸方向長さと同等以上の長さであって、しかも使用する最大サイズの転写シートの感光体軸方向の長さと同等以下の長さであることが必要である。更には、転写ローラ本体１１ａの軸方向の前後端部が、対向する感光体の前記有効画像領域と軸方向外側の非画像領域との境界線上もしくは、境界線を超えて軸方向外側の非画像領域に位置するように配設されることが必要である。更には、転写ローラ本体１１ａの軸方向の前後端部が、最大サイズの転写シートの感光体表面の通紙領域と軸方向非通紙領域の境界線上に位置するかあるいは境界線を越えて軸方向内側の通紙領域にあるように配設されことが本発明の目的を達成する上で必須である。上記の構成によって、最大サイズの転写シート上に最大サイズの有効画像領域を得ようとする場合、非接触転写ローラの端部から常時微小コロナ放電が直接感光体表面を暴露することを防止しつつ、最小限のプリントマージンは確保できるので画像欠陥を防止することができる。仮に、小サイズの転写シートがかなり混合使用されて非接触転写ローラから感光体表面へのコロナ放電の直接暴露が増大したとしても、最大サイズの転写シートがたまにでも使われるだけで、非接触転写ローラ端部付近の表面電位低下が防止できるので本発明の効果が得られるのである。
【００１８】
転写ローラ１１のローラ本体１１ａとしては、例えばカーボンやアルカリ金属を分散混合したポリスチレン樹脂やウレタン樹脂のような導電性樹脂材料や導電性ゴム材料等により形成することができる。１２は転写ローラ１１に電圧を供給する電源であって絶対値で２０００乃至３０００Ｖの印加電圧が適切であって本実施例では２１００Ｖとした。
【００１９】
前記レジストローラ対９とドラム１との間には上下のガイド部材13、14が用紙搬送経路Ｂを挟んで対向する状態で配設され、また転写ローラ１１よりも用紙搬送方向下流側となる用紙搬送経路Ｂ上にはガイドテーブル１５が配設されている。１６はガイドテーブル１５と定着ローラ対１０との間に配設された用紙ガイドである。前記下側ガイド部材１４はレジストローラ対９によって、送給される用紙Ｐをドラム１の表面に向かって所定の進入角度でもって当接させる方向に誘導するもので、その上面はドラム１側に向かって上昇する一定角度の平坦な傾斜面に形成されている。また、上側ガイド部材１３は用紙Ｐが移動中、下側ガイド部材１４から遊離することを防止するとともに、現像手段５からトナーが落下したときに該トナーが転写前の用紙Ｐ上に落下、付着するのを防止するもので、ドラム１に近づくほど下側ガイド部材１４に接近するように傾斜させてある。さらに、ガイドテーブル１５は転写ローラ１１と近接して配置され、その上面はドラム１の下端よりも更に低い位置に設定されている。
【００２０】
図５、図６中の搬送ローラ１７は特開平６−２１４４７０で開示されたものであって、用紙搬送経路Ｂ上で、且つ、ドラム１と非接触状態で近接する位置に設けられている。この搬送ローラ１７は下側ガイド部材１４に案内されてドラム表面へ送られる用紙Ｐを該ドラム表面と接触する方向に強制搬送するために設けられたもので、具体的には下側ガイド部材１４の傾斜上面とドラム表面との間で、該ドラム表面に可及的に近接する位置に配設されており、ドラム表面の周速度と等しい周速度で逆転駆動され、その周面上部が用紙Ｐの裏面に転接するように構成されている。また、この搬送ローラ１７は導電性シリコンゴム等の比較的摩擦係数の大きい材料により形成されている。さらに、該搬送ローラ１７は転写ローラ１１と同程度の軸方向長さであることが必要である。また、ローラ径は用紙Ｐの搬送に支障がないものであれば、小径であるほどドラム表面に近接配置するのに好都合である。
【００２１】
図６において、前記駆動系２は複写機各部の駆動源となる主モータ１８と動力伝達系１９とにより構成されている。即ち、本実施例においては、主モータ１８の駆動力をギア列、クラッチ機構、リンク機構等からなる動力伝達系１９を介してレジストローラ対９、ドラム１、転写ローラ１１及び搬送ローラ１７を含む各駆動部に必要な動力を伝達しており、且つ、該動力伝達系１９においては、それぞれの駆動部の速度比、駆動方向、駆動タイミング等を相互に連関させてある。
【００２２】
従って、本実施例では用紙Ｐが搬送経路Ｂ上をドラム表面の周速度と同一速度で移送されるように、レジストローラ対９及び搬送ローラ１７をそれぞれドラム表面の周速度と同一周速度で、且つ、用紙Ｐをドラム側へ移動させる方向に回転駆動し、また、ドラム１を予め設定されたタイミングで駆動するように構成されている。
【００２３】
上記構成の転写装置においては、レジストローラ対９がドラム１の回転に対応して用紙Ｐをドラム表面の周速度と等しい周速度で送り出すことにより、用紙Ｐが下側ガイド部材１４に沿ってドラム側へ案内される。このとき用紙Ｐはドラム表面に接触する直前に搬送ローラ１７の周面上部に接触し、該搬送ローラ１７によって強制的にドラム側へドラム表面と等しい周速度で搬送され、さらにドラム表面に当接した後、ガイドテーブル１５へ送られる。
【００２４】
この場合、用紙Ｐはその裏面がドラム表面の直前位置で搬送ローラ１７に転接し、これによって一定速度の搬送力が与えられて強制移送される。このとき該用紙Ｐは搬送ローラ１７に裏面を支持されているため、先端部が自重により撓曲して下垂する間もなく、ほぼ搬送ローラ１７との接線方向に移動し、直後に表面がドラム表面に当接することになる。従って、温度、湿度等の環境条件によって用紙Ｐの弾力性が変化するような場合にも、用紙Ｐは先端部が下垂してドラム表面から離れる間もなく、ドラム表面に静電気力により吸着される。
【００２５】
しかも、ドラム表面に接触した状態では、該用紙Ｐは表裏面をドラム表面と搬送ローラ１７の周面間に挟まれた形となるので、ドラム表面と同一周速度で逆方向に回転している搬送ローラ１７からの駆動力を受けて一定の接触圧でもってドラム表面と位置ズレすることなく接触しながら搬送方向に移送されることになる。
【００２６】
このようにして用紙Ｐがドラム表面と接触している間、転写ローラ１１には電源１２からドラム表面のトナー像とは逆極性の電圧が印加されており、これによって発生するクーロン力によりドラム表面に付着している帯電トナーが用紙Ｐの表面に転移する。従って、用紙Ｐ上の転写画像に画像むらが生じることが確実に防止される。
【００２７】転写を終えた用紙Ｐはドラム表面から離れ、先端部がガイドテーブル２６の上面に達した後、後端部がレジストローラ対９から離れ、その後はドラム１の回転に従ってガイドテーブル１５上に沿って移送され、さらに用紙ガイド１６を経て定着ローラ対１０へ送られる。
【００２８】
本実施例構成における各部の具体的寸法の一例を示す。この図に示すものでは、ドラム１の直径：３０mm、転写ローラ本体１１ａの直径：１４mm、転写ローラ本体１１ａの軸長：２９０ｍｍ、搬送ローラ１７の直径6.5mmに寸法設定したものでは、ドラム表面と下側ガイド部材先端間の間隔：３mm、下側ガイド部材１４の上面と転写ローラ１１の周面間の間隔：２．２mmに設定している。また、下側ガイド部材１４の上面と搬送ローラ１７の周面間の空隙ｇ：０．２〜１．０mmに設定している。
本機の、最大通紙サイズはＡ３（２９７×４２０ｍｍ）であり、プリントマージンを５ｍｍ設定することによって、通紙領域の最大幅は２９７ｍｍであって、有効画像領域の最大幅は２８７ｍｍである。転写ローラ本体１１ａの前端部、後端部を最大通紙領域の前後端から内側に各々３．５ｍｍづつ離れた位置に配設している。黒比率６％の文字原稿を用いて、Ａ４縦とＡ４横の比率を５０：５０として５０枚おきに交互にプリント出力した結果５万枚プリント出力後も感光体表面の両端部付近の摩耗は見られず、トナー飛散も生ぜず、トナー消費量は２５ｍｇ／枚のままで変動していなかった。比較例として、転写ローラ本体１１ａの軸長を３０５ｍｍとして最大通紙領域の前後端から外側に各々４ｍｍはみ出るように配設し、上記と同様のプリント出力を行った結果た結果、３万枚プリント出力では異状は認められなかったが、５万枚プリント出力時点では通紙領域から転写ローラ本体１１ａがはみ出た部位に相当する感光体表面の摩耗と現像部からのトナー飛散が認められトナー消費量が３５ｍｇ／枚までアップしていた。
【００２９】
尚、上記実施例においては転写ローラ方式において転写ローラと感光体の隙間寸法が転写シート厚さよりも大きく転写ローラが用紙及び感光体と非接触状態を保つ構成の画像形成装置について記載したが、これに限定されるものではなくて、ベルト転写方式を使用することが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の非接触転写装置は、反転現像方式の画像形成装置においてローラ、ベルト等の転写部材の軸方向前後端を、コピーマージンを考慮した有効画像領域と感光体上の最大サイズの通紙領域の間に配設させることによって、感光体ドラム両端部への転写電荷注入による感光体の表面電位低下を防止して、トナー飛散、機内汚れ、トナー消費量増大などの不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローラ転写方式を用いた転写装置の模式図
【図２】ベルト転写方式を用いた転写装置の模式図
【図３】従来方式のローラ転写方式における転写ローラと最大用紙幅の寸法、位置関係を示した図
【図４】本発明のローラ転写方式における転写ローラと最大用紙幅と最大の有効画像領域の寸法、位置関係を示した図
【図５】本発明における、画像形成装置の概要図
【図６】本発明における、感光体ドラムと転写ローラと搬送ローラと駆動源の立体的な位置関係を示した図
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
３ 帯電手段９
４ 露光手段
５ 現像手段
６ 転写手段
７ クリーニング手段
８ 除電手段
９ レジストローラ対
１０ 定着ローラ
１１ 転写ローラ
Ｂ 用紙搬送経路
Ｐ 用紙

Claims (2)

1. 静電像担持体表面のトナー画像をシート材に転移させる為の転写部材としてローラ部材或いはベルト部材を用いた非接触転写装置であって、
   シート材の通紙方向に対して垂直方向にみた場合の、前記転写部材による転写領域の前端部と後端部が、対向する像担持体の最大幅の有効画像領域とその周囲の非画像領域との境界線上あるいは非画像領域側に位置するように配設されるとともに、静電像担持体表面の最大幅の通紙領域とその外側の非通紙領域との境界線上あるいは、通紙領域側に位置するように配設されていることを特徴とする転写装置。
2. 像担持体上の静電潜像をトナーで可視像化する反転現像方式の現像手段と、請求項１に記載の転写装置とを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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