JPH04208971A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１１

【技術分野］本発明は、電子写真複写機、同プリンタの
ような画像形成装置に関するものであり、像担持体上の
像を、転写材の裏側に接触する転写ローラ等の転写手段
により転写材へ転写する画像形成装置に関するものであ
る。 ［０００２］ 【背景技術】従来、画像形成装置において、像担持体で
ある感光ドラム（又は誘電体ドラム）上に形成されたト
ナー像を転写コロナ放電器により紙等の転写材へ転写す
るものが一般的であったが、転写材の感光ドラムへの安
定した接触を確保し、更にオゾン発生がほとんど無いと
いう長所を有する転写ローラを用いるものが近年になり
実用化されている。 ［０００３］この転写ローラは、芯金の上に弾性層を設
けられて感光ドラムに圧接させ、感光ドラムと転写ロー
ラとのニップ（接触）部へ転写材を通過させる転写時に
感光ドラムと転写ローラとの間に電圧を印加して感光ド
ラム上のトナー像を転写材へ転写させるものである。 ［０００４］この転写ローラは、従来プロセススピード
（画像形成時の感光体ドラムの周速度）約２５　ｍｍ／
　ｓｅｃといった比較的プロセススピードの遅いレーザ
ビームプリンタに使用されていた。このプリンタにおい
ては、感光ドラムの帯電極性と同極性に帯電されたトナ
ーにより感光ドラムの潜像のうち電位が減衰した明部を
現像する反転現像方式を採用している。従って感光ドラ
ムの帯電極性と転写極性（トナーと逆極性）とは互いに
逆極性となっている。 ［０００５］また、転写ローラの弾性層は、カーボンや
金属酸化物を分散させたＥＰＤＭ等のゴム材料或は発泡
ウレタン材で構成され、転写ローラの抵抗値は１．３×
１０９Ω（軸方向のローラ長：　２１０　ｍｍ）の中抵
抗のものである。第３図は、転写ローラ５の抵抗の測定
方法を示すもので、転写ローラ５はアルミドラム１９に
当接圧１．４ｋｇで押圧され、芯金５６とアース２０間
には３ＫＶが印加される。転写ローラ５及びアルミドラ
ム１９は回転させても、回転させなくても良い。電流計
１８による電流測定より抵抗が算出されるが、この測定
に先立ち、転写ローラ５は２０℃６０％の環境に８時間
以上放置し、同環境下で測定する。以下、抵抗値とは全
て、この条件下での測定によるものであると定義する。 転写ローラ５の抵抗値は、転写性能に直接影響を与える
重要な物性値であるが、弾性層の材料の製造ロットによ
る差もあり、一定の公差を有しており、上記従来例では
約２．９Ｘ１８８Ω〜５．７Ｘ１０９Ωの幅をもってい
る。 転写ローラの抵抗がこの範囲内であれば良好な画像を得
られるが抵抗値が上記の下限値を下回る場合には、転写
材の有無により感光ドラムの１次帯電が不均一となり、
いわゆる紙跡という画像ムラを生じ抵抗値が上限値を上
回る場合には転写不良が生じることが知られている。 ［０００６］上記の画像ムラは、転写時に転写ローラへ
転写電圧が印加されたことにより、転写ローラの軸方向
において、転写位置に転写材が存在しなかった、感光ド
ラム領域が転写材が存在した感光ドラム領域と異なる電
位となることにより生じるものである。即ち、転写電圧
は、感光ドラムの帯電極性と逆極性であるので転写時に
転写位置に転写材が存在しなかった感光ドラム領域（転
写ローラと直接接触する領域）は、上記帯電極性と逆極
性に強く帯電され、転写後この領域は像形成前のいわゆ
る前露光によっても除電しきれず、次の画像形成時に帯
電電位が所定値まで上がらないので画像ムラが生じるも
のである。 ［０００７］上記従来例の転写ローラ５を用いた転写方
法は、転写コロナ放電器を用いる場合に比べて前に述べ
たように転写材と感光ドラムの接触が安定しており、転
写時の転写材のばたつきが少なく画像上のブレも少ない
利点を有していることが明らかとなり、更に高電界を要
しない接触帯電を用いているためオゾンの発生も極小に
押えられる利点もあり、今後よりプロセススピードの大
きい高速の画像形成装置への採用が望まれ、転写ローラ
５の高速分野への適用が試みられている。 ［０００８］一般に接触帯電を用いる時、被帯電物は電
荷付与部材に押圧されながら移動し、接触部分（以後ニ
ップＮと称す）の入口・出口部分近傍でパッシェン則に
もとづく放電により帯電されると考えられており、この
帯電性能は被帯電物と電荷付与部材の移動速度にはよら
ないことが知られている。つまり、第４図に示すように
感光ドラム１が周速度ｖ　［ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ　］で
駆動されるとき、転写ローラも略同周速で回転し、転写
材にも又、略同じ速さｖ　［ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ　］で
移動する。接触帯電は、ニップＮの入口・出口近傍にお
ける放電での電荷移動で行なわれ、この帯電量は、転写
ローラ５と転写材１２及び感光ドラム１の電位差により
決定され周速度Ｖには依存せず、転写材１２は常に一定
の電位に帯電されると考えられていた。 ［０００９］ところが、本出願人による感光ドラム１の
周速度Ｖを大きくして転写ローラ５の高速適用検討にお
いて、上記の帯電機構が転写性能を確保する上では必ず
しも当てはまらないことが明らかとなった。つまり、感
光ドラムの周速度ｖ＝２５　［ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ］に
おいて転写ローラ５の抵抗値は１．３Ｘ１０９［Ω］を
中心として、最小２．９Ｘ１０８　［Ω］、最大５．７
Ｘ１０９［Ω］の範囲のものが良好な転写性能を示した
が、この周速度■を４０ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ　〜２００
ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃにして上記従来の転写ローラ５を用
いて転写を行なったところ転写不良を生じることが判明
した。即ち、従来例と同様に芯金に約３ＫＶを印加した
場合、周速度Ｖが大きくなると感光ドラム上の顕像トナ
ーの転写材への転写効率が低下し、転写材上の最終画像
は濃度の低い劣化画像となった。この事実から推測する
と、転写過程においては、第４図に示された帯電機構と
ともに、第５図に示したように転写ニップＮ内での電荷
付与が行なわれていると考えられる。第４図の帯電は、
パッシェン則に従うもので周速度■にはよらぬが、第５
図の帯電は時間に比例して行なわれニップＮを通過する
時間により帯電量が決まる。つまり高速化すると転写材
の帯電時間が減少するので、第５図の帯電機構による帯
電量が減り、転写性能が低下するのである。 ［００１０１そこで、従来の転写ローラ５（抵抗値１゜
３Ｘ１０９Ω）を用いて、より高速で転写を行なうには
、芯金への印加電圧を上げて、第４図及び第５図のいず
れの帯電機構においても、適当量の電荷を転写材に付与
することが考えられるが、高速化にともない、より高電
圧が必要となり、特に従来の抵抗値の上限（５，７Ｘ１
０９［Ω］）側では５〜７ＫＶもの印加電圧を要し、転
写ローラの弾性層が局部的にブレークダウンして、画像
不良を生じることがわかった。又、ローラの芯金へのバ
イアス電圧を大きくするには、その高圧電源も大容量と
なり、装置をコンパクトにする上での障害となり、コス
ト的にも高いものになるという不具合が生じる。第６図
は、従来の転写ローラ５　（抵抗値２．９Ｘ１０８〜５
．７Ｘ１０９Ω）をプロセススピードＶが大きい高速領
域（Ｖ≧４０）で用いる場合に、転写材への電荷付与量
を等しくするのに必要な芯金への印加電圧を示すもので
あるが、斜線部では、上述のローラの弾性層でのブレー
クダウンによる画像不良が発生した。 ［００１１１

【発明の目的］本発明は、上記の問題点に鑑み成された
ものであり、その目的は、画像不良を防止して良好な転
写性能を実現した画像形成装置を提供するものである。 ［００１２］また、本発明の他の目的は、転写時に転写
位置における転写材の存在する部分、存在しない部分に
よって生じる画像ムラを防止した画像形成装置を提供す
るものである。 ［００１３］更に、本発明の他の目的は、像担持体に接
触する転写手段を設けた場合、プロセススピードが大き
い場合でも良好な転写を行える画像形成装置を提供する
ものである。 ［００１４１本発明の更なる目的は低コストでコンパク
トな画像形成装置を提供するものである。 ［００１５］ 【発明の構成】上記目的を達成するために、本発明によ
れば、移動可能な像担持体と、この像担持体に接触する
接触手段と、を有し、上記像担持体に形成された像を上
記像担持体と上記転写手段の間に転写材を通過させて転
写材に転写させる画像形成装置において、ｖ　［ｍｍ／
５ｅｃｌ：像担持体のプロセススピード　（ただしＶ≧
４０）、Ｒ［Ω］　：像担持体と転写手段との間に３Ｋ
Ｖの電圧を印加したときの転写手段の抵抗、１　　［ｍ
ｍ］　　：転写位置に転写材が存在しないとき像担持体
の母線方向において、像担持体と転写手段とが接触する
長さ、とすると以下の関係式 ％式％ を満たすことを特徴とするものである。 ［００１６］

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 ［００１７］図１、図２に本発明の画像形成装置の一実
施例の側面図を示す。 ［００１８］感光ドラム１は直径３０ｍｍの接地された
アルミシリンダー上に負の帯電極性を有する有機半導電
体を塗付したもので矢印Ａ方向に回動可能に支持される
。感光ドラム１は、１次帯電器２により一様に負に帯電
され、暗部表面電位−７００■を得る。その後、画像情
報に基づいて光源３により露光された感光ドラム１部分
は電位が減衰して明部電位−１５０Ｖとなり、潜像が形
成される。 ［００１９］現像器４のスリーブ４ａ上には、トナーが
薄層コートされており、トナーは１成分磁性トナーで体
積平均粒径６μｍで約−１０μＣ／ｇｒの電荷量をもち
、１次帯電と同極性の電荷を有しているので、スリーブ
４ａと感光ドラムの最近接位置において、トナーは感光
ドラム１の明部に付着し、いわゆる反転現像により潜像
は顕像化される。 ［００２０１現像器４よりも感光ドラム１移動方向の下
流側には、転写ローラがドラム１に圧接して設けられて
いる。顕像化された感光ドラム１のトナー像は、ドラム
１とローラ５のニップ部に転写材を通過させ、図１に示
すように電源Ｐによりトナーと逆極性の正の直流電圧を
印加された転写ローラ５により、転写材１２に転写され
る。なお、転写電圧は、転写ローラ５の芯金５ｂと感光
ドラム１のアルミシリンダとの間に印加される。転写材
１２は、給紙トレイ１４上にスタック１５として収容さ
れており、給紙ローラ１３により一枚ずつ取り出され、
レジストローラ１０．１１により感光ドラム１上の顕像
と同期して、送り出され転写ガイド８．９を経て、感光
ドラム１と転写ローラ５の形成する転写部に挿通される
。トナー像を転写された転写材１２は、定着器７により
トナーを永久定着され最終画像となる。感光ドラム１上
に転写されずに残ったトナーはクリーニング装置６によ
り回収され、感光ドラム１は次の画像形成に供される。 ［００２１］転写ローラ５は外径が２０．０ｍｍ、芯金
５ｂは直径８．０ｍｍであり弾性層５ａは自由状態（圧
力が加わらない状態）で６．０ｍｍの厚みを有している
。転写ローラは硬度３０°　（アスカ−〇）であり、総
圧１．４ｋｇの力で感光ドラム１に押圧されており、転
写ローラ５と感光ドラム１の形成するニップＮは感光ド
ラムの移動方向において３ｍｍの幅で感光ドラムの母線
方向Ｂ、即ち転写ローラの軸方向の接触長１は２２０ｍ
ｍである。本発明者による、数多くの実験の結果、図７
は感光ドラムのプロセススピードと転写ローラの抵抗の
関係を示すグラフである。転写材１２として６０ｇｒ／
ｍ２〜１３５　ｇ　ｒ／ｍ２の坪量のものを用いて芯金
５ｂへの印加電圧をブレークダウンの生じない範囲に抑
えて、かつ十分な転写性能を実現し、又転写電流が過剰
すぎて生じる転写材１２の有無による画像ムラも生じな
い抵抗値Ｒは、図７に示す斜線領域であることが判った
。なお、本実施例の画像形成装置においては、少なくと
も感光ドラム１の母線方向において、■より小さい転写
材が使用可能である。即ち、この転写材が転写位置にあ
るとき、感光ドラム１と転写ローラ５とが直接接触する
部分が存在する。図７の実験結果に示すように、従来と
比べて転写ローラ５に対し、より高速の転写を行なう場
合には、感光ドラム１の周速ｖ　［ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ
’］に対してＶが大きくなれば、抵抗Ｒ［Ω］を小さく
することが必要であることがわかった。そしてその最適
な相関関係は、図７の実線に示すように ｌｏｇｔｏ　（Ｒ）　＝　　０．　０１４ｖ＋９．４４
・・−（ａ）であった。 （００２２］抵抗Ｒ自体は製造上のバラつきを有するが
、実験により、上限（これより、大きな値になると転写
不良となる）及び下限（これより、小さな値になると転
写材１２の有無による画像ムラ（紙跡）を生ずる）を実
験より求めると、図７の点線に示されるようにｌｏｇｔ
ｏ　（Ｒ）＝　　９．１６Ｘ１０−３Ｘｖ＋９．３４±
０．６５・・・（ｂ） となった。 ［００２３］上記式（ｂ）は、１　＝　２２０　［ｍｍ
］における実験によるものなので一般に１　　［ｍｍｌ
の長さの転写ローラ５においては ｌｏｇｔｏ　　（Ｒ）＋１０ｇ＋ｏ　（１）＝　　９．
１６Ｘ１０−３Ｘｖ＋９．３４±０．６５＋ｌｏｇ＋ｏ
２２０、’、１０ｇ＋ｏ　　（Ｒ−１）＝−９，１６Ｘ
１０−３Ｘｖ＋１１．６８±０．６５・・・（１） であれば良い。 ［００２４］即ち、図７の斜線部である９、１６ＸＩＬ
３Ｘｖ＋１１．６８−０．６５≦Ｉ。 ｇｌｏ　（Ｒ−１）≦−９．１６Ｘ１０−３Ｘｖ＋１１
．６８＋０．　６５ の関係式を満たせば良好な転写特性が得られる。 ［００２５］なお、ｖ＝５０　［ｍｍ／ｓ　ｅ　ｃ］の
場合、本実施例においては弾性層５ａをＥＰＤＭ中にカ
ーボンと酸化亜鉛を分散させたスポンジ層とし、カーボ
ンと酸化亜鉛の配合を調整して体積抵抗値８．３Ｘ１０
９Ω・ｃｍ［３ＫＶ印加時］とし、抵抗Ｒ＝７．６Ｘ１
０８［Ω］を得た。このとき上限はＲ＝３．４Ｘ１０９
［Ω］、下限はＲ＝１．７Ｘ１０８［Ω］である。この
ように、感光ドラムの周速Ｖに応じて、転写ローラ５の
抵抗Ｒを調整する方法としては、弾性層５ａの体積抵抗
値の異なるものを用いる。以下は、そのようにして作成
した弾性層５ａの体積抵抗と感光ドラム周速Ｖの関係を
示す一例である。 ［００２６］ ［００２７］尚、弾性層５ａの材質は同じものを用いて
、その肉厚により所望の抵抗Ｒを得る方法もある。例え
ば、ｖ＝５０ｍｍ／ｓｅｃの場合肉厚６ｍｍで、Ｒ＝７
．６Ｘ１０８　［Ω］を得たが、同材質にて、肉厚を３
ｍｍとすればＲ＝３．８Ｘ１０８　［Ω］となりＶ＝７
０［ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃ　］に応じた転写ローラ５を得
ることができる。もちろん、弾性層５ａの肉厚を変える
方法は、肉厚が大きくなりすぎることは転写ローラ５の
外径も大きくすることになり装置の寸法制約上好ましく
なく、肉厚が小さくなりすぎると弾性が失われるため、
必要に応じて弾性層５ａの材質調整と合せて、転写ロー
ラ５を構成するのが良い。 ［００２８］前記第１実施例では、弾性層５ａを１つの
層で構成した転写ローラ５を示したが、本実施例は２つ
の層により弾性層５ａを構成する例を示す。 （００２９］図８、図９は、図２の画像形成装置に適用
可能な転写ローラの第２実施例を示し、前出と同符号は
同部材を示す。１６は２層構成の転写ローラ、１６ａは
ＰＶｄＦ　（ポリフッ化ビニリデン）やＰＥＴ　（ポリ
エチレンテレフタレート）等より成る中抵抗フィルム、
１６ｂは導電性弾性層で、カーボン等を混入することに
より体積抵抗を１０４Ω・ｃｍ程度としたクロロプレン
ゴム等が用いられる。１６Ｃは芯金である。 ［００３０１本実施例では転写ローラ５の抵抗Ｒは中抵
抗フィルム１６ａにより決定されるので、感光ドラム１
の周速■に応じて、中抵抗フィルム１６Ｃの体積抵抗を
変えるが、その厚さを変えることで、転写ローラ５の抵
抗値を調整することが出来る。例えば、体積抵抗値が５
．０ＸＩＯＩＩΩ・ｃｍのＰＶｄＦＶｄ用ムを使用する
場合、ｖ＝５０ｍｍ／ｓｅｃに対しては１００μｍ、ｖ
＝９０ｍｍ／ｓｅｃに対しては４３μｍ等とすれば良い
。２層構成の弾性層５ａの場合、転写ローラ５の硬度と
抵抗がそれぞれの層に機能分離して分担されており、材
料選択の幅が広がり、硬度と抵抗を分けて設計出来る利
点がある。 ［００３１１また、以上の実施例においては、転写手段
として転写ローラを示したが、転写ベルトでも良いのは
もちろんである。以上の実施例において感光ドラム１の
周速Ｖに応じて転写ローラ５の抵抗Ｒを、式（１）のよ
うに設定することで、転写材１２の有無による画像ムラ
や転写不良、又芯金５ｂへの高電圧印加による中抵抗弾
性層５ａのブレークダウンによる画像不良も生じない良
好な転写装置が実現でき、比較的低い印加電圧での高速
転写が行なえるため装置的にもコンパクトサイズの高圧
電源で済み、コストも安く出来る利点がある。 ［００３２］

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画像（
転写不良）や転写時に転写位置における転写材の有無に
よって生じる画像ムラを防止して良好な画像を形成する
画像形成装置を提供することができた。 ［００３３］また、従来に比べてプロセススピードを大
きくした場合でも良好な転写を行え、低コストでコンパ
クトな画像形成装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置に適用可能な転写手段の
第１実施例の斜視図である。

【図２】本発明の画像形成装置の一実施例を示す側面図
である。

【図３】転写ローラの抵抗測定を示す斜視図である。

【図４】転写ローラによる帯電機構を説明する側面図で
ある。

【図５】転写ローラによる帯電機構を説明する側面図で
ある。

【図６】像担持体の周速度Ｖと転写ローラへの印加電圧
の関係を示すグラフである。

【図７】像担持体の周速度Ｖと転写ローラの抵抗Ｒとの
関係を示すグラフである。

【図８】本発明の画像形成装置に適用可能な転写手段の
第２実施例を示す斜視図である。

【図９】図８の転写手段の側面図である。

【符号の説明】

１・・・感光ドラム ５・・・転写ローラ ５ａ・・・弾性層 ５ｂ・・・芯金 １２・・・転写材 Ｐ・・・電源

【図４】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動可能な像担持体と、この像担持体に接
   触する転写手段とを有し、上記像担持体に形成された像
   を上記像担持体と上記転写手段の間に転写材を通過させ
   て転写材に転写させる画像形成装置において、ｖ［ｍｍ
   ／ｓｅｃ］：像担持体のプロセススピード（ただしｖ≧
   ４０）、Ｒ［Ω］：像担持体と転写手段との間に３ＫＶ
   の電圧を印加したときの転写手段の抵抗、ｌ［ｍｍ］：
   転写位置に転写材が存在しないとき、像担持体の母線方
   向において、像担持体と転写手段とが接触する長さ、と
   すると以下の関係式 −９．１６×１０＾−＾３×ｖ＋１１．６８−０．６５
   ≦ｌｏｇ＿１＿０（Ｒ・１）≦−９．１６×１０＾−＾
   ３×ｖ＋１１．６８＋０．６５ を満たすことを特徴とする画像形成装置。