JP3907445B2

JP3907445B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3907445B2
Application number: JP2001336740A
Authority: JP
Inventors: 良恵岩倉; 進村上; 稔冨依
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP2003140467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電複写機や静電プリンタなどに好適に用いられている静電転写および静電剥離プロセスを利用して、高画質画像を形成するための画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式や静電記録方式などによる画像形成装置は、静電潜像を現像することでトナー像を潜像担持体上に形成し、このトナー像を記録媒体に転写して定着させることによって画像を形成する。このような画像形成プロセスでは、記録媒体やトナーの静電吸着力が利用されている。
【０００３】
従来の画像形成装置を、図５〜７を用いて説明する。図５は、従来の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図、図６は、従来の画像形成装置におけるトナー層の定着性を説明するための説明図、図７は、従来の画像形成装置におけるトナー層の定着性の劣化状態を説明するための説明図である。
【０００４】
すなわち、従来の画像形成装置では、図５（ａ）に示すように、静電潜像に応じたトナー像の形成に際して、トナーは、その帯電極性と反対極性の潜像部分に静電吸着し、トナー像の転写に際しては、転写ローラ（接触転写手段）３によってトナーの帯電極性と反対極性の電荷を記録媒体２に与えることにより、トナー像を記録媒体２に静電吸着させている。
トナー像を転写された記録媒体２は、この記録媒体２を除電し、あるいは記録媒体２に与えられた電荷と逆極性に帯電した剥離プレート（剥離手段）５で電荷を与える方法によって潜像担持体１から剥離された後に、上下一対の定着ローラ（加圧加熱定着手段）４ａ，４ｂで加圧・加熱されることによってトナー像が定着される構成となっている。
【０００５】
このような構成において、例えば、トナーがマイナスに帯電していると、転写ローラ３にはプラスの転写電圧が印加されるとともに、剥離プレート５にはマイナスの剥離電圧が印加されることになる。
このとき、高温高湿の環境であったり、記録媒体２の抵抗が低ければ、記録媒体２に転写電圧を印加する転写ローラ３と記録媒体２とが接触する際に、転写ローラ３から記録媒体２を経て潜像担持体１に電流ｉ₁が流れる。これと同時に、記録媒体２を介して、潜像担持体１から、転写ローラ３の下流側に配置された剥離プレート５にも電流ｉ₂が流れる（図５（ａ）参照）。
【０００６】
このように、転写ローラ３と剥離プレート５の両者に記録媒体２が接しているときには、記録媒体２上に過剰の電荷が流れ込むことはなく、図６（ａ）に示すように、記録媒体２上でトナー８は凝集しており、定着ローラ４ａで記録媒体２に定着されるトナー像の定着性（定着強度）は良好である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５（ｂ）に示すように、記録媒体２が転写ローラ３を離れた直後には、剥離プレート５からの剥離電圧のみが記録媒体２に印加され、高温高湿時や記録媒体２の抵抗が低い場合には、記録媒体２を介して定着ローラ４ａ側に電流ｉ₂’が流れる。
このとき、記録媒体２上に流れ込んできた過剰のマイナス電荷は、記録媒体２上のトナーの極性と同じ極性であるため、図６（ｂ）に示すように、互いに反発して、トナー同士の凝集力が低下し、空気層が生じる。この状態で高温の定着ローラ４ａにトナー８が進入すると、トナー８の表面だけが高温になってトナー８が定着ローラ４ａに付着する、いわゆる高温オフセットが発生し、定着強度が低下する。
【０００８】
上述したようなトナー８の凝集力の低下に伴う定着性の劣化は、記録媒体２の後端が転写ローラ３を離れた直後から剥離プレート５を通過し終わる直後まで現れる。すなわち、図７（ａ）に示すように、剥離プレート５から定着ローラ４ａまでの距離をＡ、転写ローラ３から定着ローラ４ａまでの距離をＢとすると、記録媒体２の後端から距離Ｂの位置で、記録媒体２の後端が転写ローラ３から離れ、記録媒体２の後端から距離Ａの位置で、記録媒体２の後端が剥離プレート５から離れる。
したがって、記録媒体２上において、定着性が劣化する領域は、図７（ｂ）の斜線部分で表される。
【０００９】
なお、記録媒体２が転写ローラ３と接近あるいは接触している際、または、記録媒体２が剥離プレート５を完全に通過した後に行われたトナー像の定着は、それぞれ、図７（ｂ）の斜線部分の左側の無地部分と右側の無地部分の領域にあたり、これらの領域では、良好な定着が行われる。
【００１０】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、記録媒体の全ての領域において、画像の良好な定着が行われるとともに、環境や使用条件によって記録媒体の抵抗値が低下した場合であっても、トナーの定着性を安定化することが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像形成装置は、上述した目的を達成するため、潜像担持体に形成されたトナー像を接触転写手段によって記録媒体に転写し、該記録媒体を前記接触転写手段の下流側に配置された剥離手段で前記潜像担持体から剥離した後、前記潜像担持体と前記接触転写手段とが接触する領域から前記記録媒体の搬送方向の長さよりも短い位置に設けられた加圧加熱定着手段によって前記トナー像を前記記録媒体に加圧加熱定着するようにした画像形成装置において、以下の特徴点を備えている。
【００１５】
常には前記加圧加熱定着手段をグランドヘ短絡して帯電防止するとともに、前記記録媒体が前記接触転写手段を離れる直前から、前記記録媒体が前記剥離手段を離れる直後まで、前記加圧加熱定着手段のグランドヘの短絡を解除するための開閉手段を含むことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明において、剥離手段から記録媒体を介して定着手段に向けて流れる電流量を調節して、過剰の電荷の流入によるトナーの凝集力の低下を防ぎ、良好な定着性を確保できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す具体的な実施例に基づいて、本発明に係る画像形成装置の実施形態を説明する。
【００１８】
＜実施例１＞
図１は、画像形成装置の実施例１を示すもので、図１（ａ）は、画像形成装置の概略構成を示す縦断面図、図１（ｂ）は、記録媒体と剥離プレートの距離Ｌ（ｍｍ）と剥離プレートに印加する電圧Ｅ（ｋＶ）の関係に基づく定着性および剥離性を示す説明図である。
【００１９】
この画像形成装置は、その基本構成において、従来の電子写真方式や静電記録方式などに用いる画像形成装置とほぼ同様となっている。すなわち、この画像形成装置は、静電潜像に応じたトナー像を形成するための潜像担持体１と、このトナー像を記録媒体２に転写するための接触転写手段である転写ローラ３と、記録媒体２上のトナー像を定着させるための加圧加熱定着手段である上下一対の定着ローラ４ａ，４ｂとを備えている。
【００２０】
潜像担持体１の表面には、帯電装置およびレーザ走査装置などの露光装置によって、画像情報に基づいた静電潜像が形成される。潜像担持体１上の静電潜像は、各色に対応した現像装置でトナー像に現像される。
潜像担持体１上に形成されたトナー像を、給紙トレイなどから搬送されてくる記録媒体２に転写するためには、潜像担持体１の真下に位置する転写ローラ３に転写電圧を印加する。転写電圧は、トナーの帯電極性と反対極性の電荷で、この電荷を記録媒体２に与えることによって、トナー像を記録媒体２に静電吸着させて転写する。
【００２１】
その後、記録媒体２を潜像担持体１から剥離するために、転写ローラ３の下流側に配置された剥離手段である剥離プレート５に、転写ローラ３と逆極性の剥離電圧を印加する。すると、転写ローラ３と同極性に帯電した記録媒体２が、転写ローラ３と逆極性に帯電した剥離プレート５によって、潜像担持体１から剥離される。さらに、記録媒体２上のトナー像を定着ローラ４ａ，４ｂによって定着させて画像が形成される。
【００２２】
ここで、転写ローラ３は、回転する弾性ローラで、この弾性ローラの体積抵抗率Ｒｔは、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
１０⁶Ω・ｃｍ≦Ｒｔ≦１０⁹Ω・ｃｍ・・・（３）
【００２３】
これは、Ｒｔの値が１０⁶Ωｃｍを下回ると、弾性ローラの製造時における抵抗値のコントロールが難しくなり、安定した製品を供給できないためである。また、Ｒｔの値が１０⁹Ω・ｃｍを上回ると、転写ローラ３に印加する電圧を高くしなければ有効な転写性能を得ることができなくなり、コスト面および安全面において不利となるためである。
したがって、良好な転写画像を得るためには、体積抵抗率Ｒｔが上述した関係式を満たす転写ローラ３を用いることが好ましい。
【００２４】
また、剥離プレート５は、その形状において、記録媒体２と接触する先端部分がノコ歯状であることが好ましい。先端を鋭角とすることで、その先端から電子が放電するため、記録媒体２にその電子を確実に作用させることができ、記録媒体２を潜像担持体１から剥離するために有効となる。
剥離プレート５の先端部分をくし歯状にして放電することによっても、同様の性能を得ることができるが、くし歯状の剥離プレート５は製造コストが高くなるため、製造コストがより安価であるノコ歯状の剥離プレート５が適している。
さらに、定着ローラ４ａ，４ｂは、対向する一対のローラからなり、加熱を行うための加熱ローラ（上側の定着ローラ４）ａと、加圧を行うための加圧ローラ（下側の定着ローラ４ｂ）とによって構成される。
【００２５】
上述したように、搬送されてきた記録媒体２の先端部が潜像担持体１に到達すると、潜像担持体１の真下に位置する転写ローラ３に転写電圧を印加することによって、潜像担持体１の表面に形成されたトナー像が、記録媒体２に静電吸着されて転写される。このとき、例えば、マイナスに帯電したトナーであれば、転写ローラ３にはプラスの転写電圧が印加され、記録媒体２がプラスに帯電することになる。
したがって、転写電圧を印加された記録媒体２と、潜像担持体１の表面に形成されたトナー像の帯電極性は、互いに反対の極性をもつので、記録媒体２を介して、転写ローラ３と潜像担持体１との間で電荷の移動が起こることになる（図５（ａ）に示す電流ｉ₁）。
【００２６】
記録媒体２は、潜像担持体１と転写ローラ３との間にある転写部を経た後、転写ローラ３の下流側に位置する剥離プレート５に搬送される。剥離プレート５には、転写ローラ３と逆の極性、この場合には、マイナスの極性をもつ剥離電圧が印加され、転写電圧によってプラスに帯電した記録媒体２の電荷が除去される。これにより、潜像担持体１から記録媒体２が剥離される。このとき、記録媒体２を介して、潜像担持体１の表面と剥離プレート５との間に電流が流れる（図５（ａ）に示す電流ｉ₂）。
【００２７】
このように、記録媒体２が転写ローラ３と剥離プレート５の両方に接触している際には、過剰の電荷が記録媒体２上から流れ出して、トナーの凝集力を低下させることはない。すなわち、図６（ａ）に示すように、記録媒体２上に転写されたトナー８は凝集した状態を保ったまま、定着ローラ４ａ，４ｂによって定着されるので、定着性（定着強度）は、良好である。
【００２８】
一方、記録媒体２の後端が転写ローラ３を離れた直後には、剥離電圧のみが記録媒体２に印加される。記録媒体２の抵抗が高い場合には問題はないが、記録媒体２の抵抗が低い場合には、記録媒体２を介して剥離プレート５から定着ローラ４ａの方向に電流が流れる（図５（ｂ）に示す電流ｉ₂’）。このとき、剥離プレート５から記録媒体２に印加される剥離電圧の極性は、記録媒体２上のトナーの帯電極性と同極性であるから、記録媒体２上にトナーと同極性の電荷が過剰に流れ込んでくることになり、トナー同士が反発し合ってトナー同士の凝集力が低下し、空気層が生じる（図６（ｂ）参照）。この状態で、高温の定着ローラ４ａに記録媒体２が進入すると、記録媒体２上のトナー表面だけが高温になって、トナーが定着ローラ４ａに付着する高温オフセットが発生して、定着性が低下してしまう。
【００２９】
そこで、この画像形成装置では、記録媒体２と剥離プレート５の距離Ｌ（ｍｍ）と、剥離プレート５に印加する電圧Ｅ（ｋＶ）との関係について、下記条件式（１）を満足させている。
１．０≦Ｅ／Ｌ≦３．０・・・（１）
【００３０】
すなわち、条件式（１）を満足することにより、剥離プレート５から記録媒体２を介して定着ローラ４ａに向けて流れる電流量を調節して、過剰の電荷の流入によるトナーの凝集力の低下を防ぎ、良好な定着性を確保している。
上述したＥ／Ｌの値の関係は、環境（温度、湿度）やプロセス速度に応じて、実験等で予め求めたものである。この条件式（１）を満足することにより、記録媒体２の抵抗値のばらつきによる単位時間あたりの記録媒体２に流れ込む電流量の変化にも対応することができ、環境（温度、湿度）やプロセス速度、記録媒体２の種類に関わらず、良好な定着性を得ることができる。
【００３１】
また、剥離プレート５と定着ローラ４ａの間の電流量を、記録媒体２と剥離プレート５の距離および剥離プレート５に印加される剥離電圧で調節するために、記録媒体２が潜像担持体１から剥離される状態は維持される。このため、剥離プレート５は、剥離手段としての本来の性能を充分に発揮することができ、潜像担持体１に記録媒体２が巻きつくことによるジャム発生を防止することができる。
【００３２】
＜実施例２＞
次に、図２に基づいて、実施例２に係る画像形成装置を説明する。
図２は、実施例２に係る画像形成装置を示すもので、図２（ａ）は画像形成装置の概略構成を示す縦断面図、図２（ｂ）は画像形成装置における電流の流れを示す縦断面図である。
【００３３】
実施例２に係る画像形成装置は、図２（ａ）に示すように、未定着トナー像と接触しない側の定着ローラ４ｂ、すなわち、記録媒体２の下側に位置する定着ローラ４ｂ（通常は、加圧ローラである場合が多い）の体積抵抗率Ｒｖについて、下記条件式（２）を満足させている。
１０⁴Ω・ｃｍ≦Ｒｖ≦１０⁹Ω・ｃｍ・・・（２）
【００３４】
この条件式（２）を満足することにより、図２（ｂ）に示すように、剥離プレート５から記録媒体２に流れ込んだ電流は、図中の矢印で示すように、未定着トナー像が転写されていない記録媒体２の裏面を通じて定着ローラ４ｂに流れるので、記録媒体２上のトナー像を乱すことはない。
【００３５】
一方、定着ローラ４ｂのＲｖの値が１０⁴Ω・ｃｍを下回ると、記録媒体２の抵抗が低くなったとき（高湿時）に、転写ローラ３からの転写電流が定着ローラ４ｂ側に流れ込み、転写性が劣化する、また、Ｒｖの値が１０⁹Ω・ｃｍを上回ると、未定着トナー像が転写された記録媒体２の表面を介して、記録媒体２の上側に位置する定着ローラ４ａ（通常、加熱ローラである場合が多い）へ電流が流れるので、トナーの凝集性を低下させ、良好な定着性を得ることができなくなる。
上述したＲｖの値は、環境や記録媒体２の種類に応じて、予め実験で求めたものである。
【００３６】
上述したように、下側の定着ローラ４ｂを導電性とすることによって、環境、プロセス速度、記録媒体２の種類にかかわらず、安定した高画質画像を再現することができる。
【００３７】
＜実施例３＞
次に、図３に基づいて、実施例３に係る画像形成装置を説明する。
図３は、実施例３に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００３８】
実施例３に係る画像形成装置は、記録媒体２の後端が転写ローラ３を離れる直前に、剥離プレート５の剥離電圧を０Ｖとしている。
これにより、記録媒体２が転写ローラ３を離れて剥離プレート５を通過する間に、剥離プレート５から定着ローラ４ａに向かう電流が流れずに、記録媒体２上のトナー像の凝集状態が保たれる。
【００３９】
具体的には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、剥離プレート５に剥離電圧を印加する剥離バイアス源（図示せず）と、剥離プレート５とを繋ぐ回路上に、剥離プレート５に印加する剥離電圧のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行うための切換スイッチ６を備えることにより、本実施例３に係る画像形成装置を構成することができる。
すなわち、図３（ｂ）に示すように、切換スイッチ６をＯＦＦにして、剥離プレート５と定着ローラ４ａと間に電流が流れないようにすれば、記録媒体２上の未定着トナー像が乱れることはなく、良好な画像の定着性が確保される。
【００４０】
また、記録媒体２の先端部が潜像担持体１から剥離される際には、図３（ａ）に示すように、切換スイッチ６をＯＮにして、剥離プレート５に剥離電圧が印加される。記録媒体２の先端部分が剥離されれば、その後は、潜像担持体１に記録媒体２が巻きつくことなく順次剥離されるので、記録媒体２は、搬送経路に沿って定着ローラ４ａ，４ｂに挿入される。
したがって、記録媒体２の後端が転写ローラ３を離れた直後に、剥離プレート５に印加される剥離電圧を０Ｖに設定しても、記録媒体２は安定して定着ローラ４ａ，４ｂヘ搬送される。
【００４１】
＜実施例４＞
次に、図４に基づいて、本発明の実施例４に係る画像形成装置を説明する。
図４は、本発明の実施例４に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【００４２】
実施例４に係る画像形成装置は、定着ローラ４ａを用いてグランドヘの導通を制御する方法により、トナー像の安定な定着性を確保している。
具体的には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、定着ローラ４ａとグランドとをつなぐ回路に、グランドとの導通状態のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行うための切換スイッチ７を設ける。この切換スイッチ７をＯＦＦとすることによって、記録媒体２が転写ローラ３を離れる直前に、定着ローラ４ａからグランドヘの導通を切断し（図４（ｂ）参照）、記録媒体２が剥離プレート５を離れた直後に、切換スイッチ７をＯＮにして導通を接続する（図４（ａ）参照）。
【００４３】
このように、記録媒体２が転写ローラ３を離れる直前に、この切換スイッチ７をＯＦＦとすることによって、記録媒体２が転写ローラ３を離れて剥離プレート５を通過し終わるまでの間、剥離電圧を印加されている剥離プレート５から定着ローラ４ａに向けて電流は流れない。
【００４４】
また、記録媒体２が剥離プレート５を通過し終わる直後に、この切換スイッチ７をＯＮにして再びグランドヘの導通を接続するため、導通が切断されているのは短時間に過ぎず、記録媒体２上の帯電したトナーによって定着ローラ４ａが帯電し、トナー像の定着性に影響を及ぼすまでには至らない。
したがって、定着ローラ４ａのグランドヘの導通の切断および接続を切り換えることによっても、トナー像の安定な定着性を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係る画像形成装置は、上述した構成を備えているため、以下の効果を奏することができる。
【００５３】
また、本発明に係る画像形成装置によれば、開閉手段は、通常、加圧加熱定着手段が帯電して記録媒体上のトナー像を乱すことがないように、加圧加熱定着手段をグランドヘ短絡している。これに対して、記録媒体が接触転写ローラを離れる直前から、記録媒体が接触転写ローラを離れる直後まで、その短絡を解除し、加圧加熱定着手段のグランドヘの導通を切断することによって、剥離電圧を印加されている剥離手段から加圧加熱定着手段に向けて電流が流れることを防止する。
これにより、記録媒体上の未定着トナー像が乱されず、安定した定着性を確保することができる。
【００５４】
また、短絡を解除するのは、記録媒体の後端が接触転写ローラから剥離手段を通過するまでの僅かな時間であるので、加圧加熱定着手段の帯電も僅かであり、形成される画質に影響を及ぼす程ではない。
したがって、環境や記録媒体の種類にかかわらず、安定した定着性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る画像形成装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は剥離プレートの位置と印加電圧に基づく定着性および剥離性を示す説明図である。
【図２】実施例２に係る画像形成装置を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は電流の方向を示す縦断面図である。
【図３】実施例３に係る画像形成装置の縦断面図であり、（ａ）は切換スイッチをＯＮとした状態、（ｂ）は切換スイッチをＯＦＦとした状態をそれぞれ示す。
【図４】本発明の実施例４に係る画像形成装置の縦断面図であり、（ａ）は切換スイッチをＯＮとした状態、（ｂ）は切換スイッチをＯＦＦとした状態をそれぞれ示す。
【図５】従来の画像形成装置の概略構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は電流の方向を示す縦断面図である。
【図６】従来の画像形成装置におけるトナー層の定着性を説明するための説明図であり、（ａ）はトナーの凝集性が良好な場合、（ｂ）はトナーの凝集性が悪い場合をそれぞれ示す。
【図７】従来の画像形成装置におけるトナー層の定着性の劣化状態を説明するための説明図であり、（ａ）は画像形成装置の縦断面図、（ｂ）は記録媒体の平面図である。

Claims

潜像担持体に形成されたトナー像を接触転写手段によって記録媒体に転写し、該記録媒体を前記接触転写手段の下流側に配置された剥離手段で前記潜像担持体から剥離した後、前記潜像担持体と接触転写手段とが接触する領域から前記記録媒体の搬送方向の長さよりも短い位置に設けられた加圧加熱定着手段によって前記トナー像を前記記録媒体に加熱定着するようにした画像形成装置において、
常には前記加圧加熱定着手段をグランドヘ短絡して帯電防止するとともに、前記記録媒体が前記接触転写手段を離れる直前から、前記記録媒体が前記剥離手段を離れる直後まで、前記加圧加熱定着手段のグランドヘの短絡を解除するための開閉手段を含むことを特徴とする画像形成装置。