JP4774764B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、接触帯電器によって像担持体を帯電し、像担持体上に形成されたトナー像を転写ロールによって用紙などの記録媒体に転写する画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ等の画像形成装置では、感光体ドラムの帯電幅を現像幅よりも広くしなければならない要求から、一般に帯電器の長さ（長手方向における幅）は現像ロールの長さよりも大きい。一方で転写ロールの長さ又は転写ベルトの幅は、感光体ドラムの端部とのリークを防止したり、異なる用紙サイズにおける転写性のバラツキを低減するため、また、装置全体のスペースの高効率化や装置の低コスト化のため、可能な限り短くするということが広く行われている。

このような画像形成装置としては、例えば、転写ロールの長さを短くし、転写ロールを用紙幅に合わせてスライドさせることで、感光体ドラムと転写ベルトとの当接幅を用紙サイズ幅と一致させるものが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

この画像形成装置では、転写ロールの長さを短くすると、転写ロールと感光体ドラムとのニップ圧力が特に高い転写ロールの端部が、感光体ドラムの帯電幅の内側に位置することになる。感光体ドラムをコロトロンを用いて帯電する場合は、転写ロールの端部が感光体ドラムの帯電幅の内側に位置しても大きな問題を起こさない。しかし、接触式帯電ロールを用いて微小ギャップ放電により感光体ドラムを帯電する方式では、放電を受けて脆くなった感光体ドラム表面に転写ロール端部や用紙端部などのニップ圧力が高い部分が接触する。このため、感光体ドラム表面の特に圧力が高くなる部分が大きく磨耗する、いわゆる偏磨耗が起こり、感光体ドラムの寿命が短くなるという問題がある。特に、感光体ドラムから転写ロールによって用紙に直接トナー像を転写する方式では、感光体ドラムとのニップ圧力が高い転写ロール端部に用紙の端部が重なることで、感光体ドラムの偏磨耗がより顕著になる。
特開平９−２３０７１８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、接触帯電による像担持体の帯電域が転写ロールの端部や用紙端部との接触部で偏磨耗を起こすことを低減できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明に係る画像形成装置は、接触式帯電ロールにより像担持体を帯電し、転写ロールによって前記像担持体上のトナー像を記録媒体又は中間転写ベルトに転写する画像形成装置であって、前記転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体又は前記中間転写ベルトを介して前記像担持体に圧接されており、前記転写ロールの長さは前記接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成され、かつ、前記転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が前記像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、前記像担持体とのニップ圧が前記転写ロールの中央部に比べて高い前記転写ロールの両端部が、前記像担持体の帯電幅の外側に位置していることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体又は中間転写ベルトを介して前記像担持体に圧接されている。転写ロールの長さが接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成されており、かつ、転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、転写ロールの両端部が像担持体の帯電幅の外側に位置している。このため、像担持体とのニップ圧が転写ロールの中央部に比べて高い転写ロールの両端部が像担持体の帯電を受ける部分と接触することがない。したがって、接触式帯電ロールによる放電で脆くなった像担持体表面が転写ロールの端部と接触して高い圧力を受けることがなく、像担持体の偏磨耗の発生が低減される。

請求項２に記載の発明に係る画像形成装置は、接触式帯電ロールにより像担持体を帯電し、転写ロールによって前記像担持体上のトナー像を搬送ベルト上に保持された記録媒体に転写する画像形成装置であって、前記転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体及び前記搬送ベルトを介して前記像担持体に圧接されており、前記転写ロールの長さ及び前記搬送ベルトの幅が、前記接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成され、かつ、前記転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が前記像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、前記像担持体とのニップ圧が前記転写ロールの中央部に比べて高い前記転写ロールの両端部及び前記搬送ベルトの両端部が、前記像担持体の帯電幅の外側に位置していることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体及び搬送ベルトを介して前記像担持体に圧接されている。転写ロールの長さ及び搬送ベルトの幅が接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成され、かつ、転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、転写ロールの両端部及び搬送ベルトの両端部が像担持体の帯電幅の外側に位置している。記録媒体の幅は像担持体の帯電幅よりも小さいので、記録媒体の端部と転写ロールの端部が重ならない。このため、転写ロールの中央部に比べてニップ圧が高い転写ロールの両端部と搬送ベルト上に保持される記録媒体の両端部とが重なって像担持体の帯電を受ける部分と接触することがない。したがって、接触式帯電ロールによる放電で脆くなった像担持体が転写ロールの端部及び記録媒体の端部と接触して高い圧力を受けることが防止され、像担持体の偏磨耗の発生が低減される。

本発明に係る画像形成装置では、転写ロールの端部などのニップ圧の高い部分が像担持体の帯電幅の内側で接触することがなく、像担持体が転写ロールの端部や記録媒体の端部との接触部で偏磨耗を起こすことを低減することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１０が示されている。

この画像形成装置１０は、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像が記録用紙Ｐに転写される直接転写方式である。この画像形成装置１０では、感光体ドラム１２の周囲にその回転方向上流側から、感光体ドラム１２を帯電させるための帯電ロール１４と、帯電された感光体ドラム１２上にレーザビームを照射して静電潜像を形成する光走査装置１６と、感光体ドラム１２上の静電潜像形成部位にトナーを供給して静電潜像を現像することで感光体ドラム１２上にトナー像を形成させる現像装置１８と、記録用紙Ｐの搬送路を挟んで感光体ドラム１２と対向配置された転写ロール２０と、感光体ドラム１２上の残留トナーを清掃するクリーニング装置２２が配置されている。また、転写ロール２０の用紙搬送方向上流側に、２つの支持ローラ２４、２６によって張架された搬送ベルト２８が配設されており、搬送ベルト２８によって感光体ドラム１２と転写ロール２０との間に記録用紙Ｐが搬送される。

このような画像形成装置１０では、感光体ドラム１２が図１中時計回りに回転すると、まず帯電ロール１４によって感光体ドラム１２の表面がほぼ均一な電位に帯電される。更に感光体ドラム１２が回転すると、感光体ドラム１２の表面が光走査装置１６によって露光され、感光体ドラム１２の露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。感光体ドラム１２の静電潜像は、現像装置１８に搬送され、感光体ドラム１２の帯電極性と同極性に帯電しているトナーが、感光体ドラム１２の電位低下部に電気的に付着して静電潜像が現像される。

その後、感光体ドラム１２が更に回転すると、そのタイミングに合わせて転写ロール２０と感光体ドラム１２との間に記録用紙Ｐが搬送され、転写ロール２０にトナーと逆極性の転写電圧が印加される。これによって、転写ロール２０にトナーが電気的に引き寄せられ、感光体ドラム１２上のトナー像が記録用紙Ｐへ転写される。記録用紙Ｐに転写されたトナー像は、定着装置３０で加熱及び加圧されて定着される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム１２の表面は、クリーニング装置２２でクリーニングされて残留トナーが除去される。

図２に示すように、感光体ドラム１２の表面には感光層１２Ａが形成されており、この感光層１２Ａが帯電ロール１４によって帯電される。ここで、感光体ドラム１２の長さをＬｄｒ、感光層１２Ａの長さをＬｐｒ、帯電ロール１４の長さをＬｃｒ、転写ロール２０の長さをＬｔｒとすると、転写ロール２０の長さ（Ｌｔｒ）が帯電ロール１４の長さ（Ｌｃｒ）より大きく形成されている。また、感光層１２Ａの長さ（Ｌｐｒ）は転写ロール２０の長さ（Ｌｔｒ）より大きく形成されている。すなわち、Ｌｐｒ＞Ｌｔｒ＞Ｌｃｒの関係を満たしている。

感光体ドラム１２の帯電幅（帯電域の幅）はほぼ帯電ロール１４の長さ（Ｌｃｒ）であり、感光体ドラム１２とのニップ圧が高くなる転写ロール２０の両端部が、感光体ドラム１２の帯電幅の外側に位置している。

次に、この画像形成装置１０の作用について説明する。

この画像形成装置１０では、感光体ドラム１２の表面の感光層１２Ａが帯電ロール１４との微小間隙での放電（微小ギャップ放電）によって帯電される。その後、光走査装置１６による露光、現像装置１８による現像によって感光体ドラム１２上にトナー像が形成され、感光体ドラム１２上のトナー像は転写ロール２０によって記録用紙Ｐ上に転写される。その際、感光体ドラム１２の感光層１２Ａが帯電される帯電幅（帯電域の幅）は、ほぼ帯電ロール１４の長さ（Ｌｃｒ）となる。

図２に示すように、転写ロール２０の長さ（Ｌｔｒ）は帯電ロール１４の長さ（Ｌｃｒ）よりも大きく形成されており、転写ロール２０の両端部が感光体ドラム１２の帯電幅の外側に位置している。このため、感光体ドラム１２とのニップ圧が高い転写ロール２０の両端部が、感光層１２Ａの帯電域と接触することがない。したがって、帯電ロール１４による放電で脆くなった感光体ドラム１２の表面が転写ロール２０の端部と接触して高い圧力を受けることがなく、感光体ドラム１２の偏磨耗の発生が低減される。特に、感光体ドラム１２上のトナー像を記録用紙Ｐに転写する直接転写方式では、感光体ドラム１２と転写ロール２０の間に記録用紙Ｐが搬送されるので、感光体ドラム１２が偏磨耗しやすいという問題があるが、本実施形態により感光体ドラム１２の偏磨耗を低減することができる。

ここで、第１実施形態の画像形成装置１０を用い、感光体ドラム１２の偏磨耗の発生を評価する実験を行った。この実験では、比較例として図７に示す画像形成装置１００を用い、同様に感光体ドラム１１２の偏磨耗の発生を評価した。

比較例の画像形成装置１００では、図７に示すように、帯電ロール１１４の長さ（Ｌｃｒ）が転写ロール１２０の長さ（Ｌｔｒ）より大きく形成されている。また、感光層１１２Ａの長さ（Ｌｐｒ）が帯電ロール１１４の長さ（Ｌｃｒ）より大きく設定されている。すなわち、Ｌｐｒ＞Ｌｃｒ＞Ｌｔｒの関係を満たしている。感光体ドラム１１２の帯電幅（感光層１１２Ａの帯電域の幅）はほぼ帯電ロール１１４の長さ（Ｌｃｒ）であるため、感光体ドラム１１２とのニップ圧が高い転写ロール１２０の両端部が、感光体ドラム１１２の帯電幅の内側に接触している。

この実験では、画像形成装置１０と画像形成装置１００を用い、Ａ４用紙横送りで２５，０００枚の連続走行後に、感光体ドラム１２、１１２の膜厚を測定した。感光体ドラムの膜厚は、基材のアルミニウムとの距離から膜厚を求める接触型の渦電流測定器を用いて測定した。

その結果、図３に示すように、比較例の感光体ドラム１１２では、新品時の感光体ドラムのプロファイルと比べて転写ロール１２０の両端部との接触位置で感光体ドラム１１２の膜厚が約２０μｍ磨耗し、ニップ圧の高い部分で感光体ドラム１１２が大きく磨耗していることが分かった。これに対して、第１実施形態の感光体ドラム１２では、新品時の感光体ドラムのプロファイルと比べて転写ロール２０の両端部との接触位置で感光体ドラム１２が僅かに磨耗し、比較例と比べて偏磨耗が１／３程度に抑えられることが分かった。また、感光体ドラム１２と転写ロール２０との間のリークも起こり難かった。

また、第１実施形態の変形例として、図４に示すように、転写ロール４２の長さを感光体ドラム１２の長さよりも大きく形成し、Ｌｔｒ＞Ｌｄｒ＞Ｌｃｒの関係を満たすような画像形成装置４０を用い、同様の実験により感光体ドラム１２の磨耗を評価した。その結果、感光体ドラム１２の両端部での偏磨耗は更に抑えられ、比較例と比べて偏磨耗が１／４程度に減少することが確認された。

次に、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置について説明する。

図５に示すように、この画像形成装置５０では、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像に対応し、図示しない駆動モータによって所定の回転速度で矢印方向に回転する感光体ドラム５２Ｃ、５２Ｍ、５２Ｙ、５２Ｋが、並列状に並んで配置されている。各感光体ドラム５２Ｃ、５２Ｍ、５２Ｙ、５２Ｋに対応して、順に光走査装置５６Ｃ、５６Ｍ、５６Ｙ、５６Ｋが設けられている。そして、デジタル画像データに基づき、光走査装置５６Ｃ、５６Ｍ、５６Ｙ、５６Ｋのレーザ光を変調して各感光体ドラム５２Ｃ、５２Ｍ、５２Ｙ、５２Ｋに照射し、静電潜像を形成するようになっている。

ここで、感光体ドラム５２Ｃ、５２Ｍ、５２Ｙ、５２Ｋの周辺について説明する。なお、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色を区別する際には、符号の後にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋを付加して説明するが、各色を区別する必要がない場合は、符号の後のＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋは省略する。

感光体ドラム５２の周面近傍で、光走査装置５６によるレーザ光の照射位置よりも感光体ドラム５２の回転方向上流側には、感光体ドラム５２を一様に帯電させる帯電ロール５４が配設されている。また、光走査装置５６によるレーザ光の照射位置よりも感光体ドラム５２の回転方向下流側には、感光体ドラム５２の静電潜像を現像する現像装置５８が配設されている。詳しくは、感光体ドラム５２Ｃにはシアンのトナー、感光体ドラム５２Ｍにはマゼンダのトナー、感光体ドラム５２Ｙにはイエローのトナー、感光体ドラム５２Ｋにはブラックのトナーが供給され、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー像が形成される。

各感光体ドラム５２の下方には、無端状の搬送ベルト６４が配置されている。この搬送ベルト６４は、駆動ローラ６６及び従動ローラ６８に巻き掛けられている。駆動ローラ６６にはモータ７０が接続されており、モータ７０の駆動力が伝達されて駆動ローラ６６が回転すると、駆動ローラ６６の回転駆動が搬送ベルト６４を介して従動ローラ６８に伝達され、搬送ベルト６４は矢印Ａ方向に搬送されるようになっている。

記録用紙Ｐが、図示しない給紙カセットから取り出されて、搬送ベルト６４上に供給されるようになっている。搬送ベルト６４上に供給された記録用紙Ｐは、搬送ベルト６４の搬送によって、感光体ドラム５２Ｃ、５２Ｍ、５２Ｙ、５２Ｋの順に案内される。

搬送ベルト６４を挟んで各感光体ドラム５２と対向する位置には、転写ロール６０が配設されており、搬送ベルト６４によって搬送された記録用紙Ｐに、感光体ドラム５２に形成されたトナー像が転写される。すなわち、記録用紙Ｐ上には、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー像が順番に重ねあわせて転写され、多色トナー像が形成される。多色トナー像が転写された記録用紙Ｐは、図示しない定着装置へと搬送され、定着処理が施された後、装置外へと排出される。

また、転写ロール６０の配設位置よりも感光体ドラム５２の回転方向下流側には、感光体ドラム５２に対向して、クリーニング装置６２が配設され、転写後に感光体ドラム５２の表面に残留しているトナーが除去される。

図６に示すように、このような画像形成装置５０では、感光体ドラム５２の表面に感光層５２Ａが形成されており、この感光層５２Ａが帯電ロール５４によって帯電される。ここで、感光体ドラム５２の長さをＬｄｒ、感光層５２Ａの長さをＬｐｒ、帯電ロール５４の長さをＬｃｒ、転写ロール６０の長さ及び搬送ベルト６４の幅をＬｔｒとすると、転写ロール６０の長さ及び搬送ベルト６４の幅（Ｌｔｒ）が帯電ロール５４の長さ（Ｌｃｒ）より大きく形成されている。また、感光層５２Ａの長さ（Ｌｐｒ）は転写ロール６０の長さ及び搬送ベルト６４の幅（Ｌｔｒ）より大きく形成されており、Ｌｐｒ＞Ｌｔｒ＞Ｌｃｒの関係を満たしている。なお、本実施形態では、転写ロール６０の長さと搬送ベルト６４の幅は同じであるが、帯電ロール５４の長さ（Ｌｃｒ）より大きければ異なる長さに設定してもよい。

次に、この画像形成装置５０の作用について説明する。

感光体ドラム５２の感光層５２Ａが帯電される帯電幅（帯電域の幅）は、ほぼ帯電ロール５４の長さ（Ｌｃｒ）となる。転写ロール６０の長さ及び搬送ベルト６４の幅（Ｌｔｒ）は帯電ロール５４の長さ（Ｌｃｒ）よりも大きく形成されており、転写ロール６０及び搬送ベルト６４の両端部が感光体ドラム５２の帯電幅の外側に位置している。記録用紙Ｐの幅は帯電ロール５４の長さと同じかこれより小さいので、記録用紙Ｐの端部と転写ロール６０の端部とが重ならない。このため、ニップ圧が高い転写ロール６０の両端部と搬送ベルト６４上に保持される記録用紙Ｐの両端部とが重なって感光体ドラム５２の帯電域と接触することがない。したがって、帯電ロール５４による放電で脆くなった感光体ドラム５２が転写ロール６０の端部及び記録用紙Ｐの端部と接触して高い圧力を受けることがなく、感光体ドラム５２の偏磨耗の発生が低減される。

なお、第１及び第２実施形態では、感光体上に形成されたトナー像を記録用紙Ｐに転写する直接転写方式の画像形成装置であったが、この構成に限定するものではない。例えば、感光体上のトナー像を中間転写体に一旦転写し、その後中間転写体上のトナー像を記録媒体に転写する方式でも、同様に本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の帯電ロール、感光体ドラム、転写ロールを長手方向と直交する方向から見た構成図である。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置と比較例の画像形成装置における感光体ドラムの磨耗状態を評価した結果を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る画像形成装置の帯電ロール、感光体ドラム、転写ロールを長手方向と直交する方向から見た構成図である。 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の帯電ロール、感光体ドラム、転写ロールを長手方向と直交する方向から見た構成図である。 比較例に係る画像形成装置の帯電ロール、感光体ドラム、転写ロールを長手方向と直交する方向から見た構成図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２Ａ 感光層
１２ 感光体ドラム（像担持体）
１４ 帯電ロール
２０ 転写ロール
４０ 画像形成装置
４２ 転写ロール
５０ 画像形成装置
５２Ａ 感光層
５２ 感光体ドラム（像担持体）
５４ 帯電ロール
６０ 転写ロール
６４ 搬送ベルト
Ｐ 記録用紙（記録媒体）

Claims (2)

1. 接触式帯電ロールにより像担持体を帯電し、転写ロールによって前記像担持体上のトナー像を記録媒体又は中間転写ベルトに転写する画像形成装置であって、
   前記転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体又は前記中間転写ベルトを介して前記像担持体に圧接されており、
   前記転写ロールの長さは前記接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成され、
   かつ、前記転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が前記像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、
   前記像担持体とのニップ圧が前記転写ロールの中央部に比べて高い前記転写ロールの両端部が、前記像担持体の帯電幅の外側に位置していることを特徴とする画像形成装置。
2. 接触式帯電ロールにより像担持体を帯電し、転写ロールによって前記像担持体上のトナー像を搬送ベルト上に保持された記録媒体に転写する画像形成装置であって、
   前記転写ロールは、長手方向に沿って断面が均一で、記録媒体及び前記搬送ベルトを介して前記像担持体に圧接されており、
   前記転写ロールの長さ及び前記搬送ベルトの幅が、前記接触式帯電ロールの長さよりも大きく形成され、
   かつ、前記転写ロールにおける転写バイアスが印加される転写幅が前記像担持体の帯電幅よりも長く形成されており、
   前記像担持体とのニップ圧が前記転写ロールの中央部に比べて高い前記転写ロールの両端部及び前記搬送ベルトの両端部が、前記像担持体の帯電幅の外側に位置していることを特徴とする画像形成装置。

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