(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【0016】
図1(A)は、本実施形態にかかる画像形成装置の構成図である。
【0017】
図1(A)の画像形成装置1は、例えば、プリンタである。画像形成装置1は、像担持体としての感光体ドラム10と、感光体ドラム10の表面を一様に帯電する帯電ローラ11と、感光体ドラム10上に静電潜像を形成する露光装置12と、静電潜像に応じたトナー像を形成する現像器13と、当該トナー像を記録媒体に転写し、当該記録媒体を搬送する転写部材としての転写ローラ14と、転写ローラ14に転写電流を供給する給電部材としての給電ローラ15、転写バイアス電源(即ちDC電源)16と、記録媒体上のトナー像を当該記録媒体に定着するための加熱ローラ17及び加圧ローラ18とを備えている。また、
図1(A)の記録媒体は、用紙Sである。
感光体ドラム10は矢印A方向に回転駆動され、トナー像が形成された用紙Sは矢印B方向に搬送される。トナー像は、負極性に帯電される。給電ローラ15はトナー像と逆極性の電圧(即ち正極性の電圧)が印加されている。
【0018】
図1(B)は、本実施形態にかかる画像形成装置の変形例の構成図である。
【0019】
図1(B)の画像形成装置2は、例えば、コピー機又は複合機である。画像形成装置2は、
図1(A)の画像形成装置1と同様に、感光体ドラム10と、帯電ローラ11と、露光装置12と、現像器13と、転写ローラ14と、給電ローラ15、転写バイアス電源16と、加熱ローラ17と、加圧ローラ18とを備えている。さらに、画像形成装置2は、搬送ローラ20及び中間転写ベルト21を備えている。
【0020】
画像形成装置2では、感光体ドラム10上のトナー像が記録媒体としての中間転写ベルト21に転写される。中間転写ベルト21は、2つの搬送ローラ20及び加熱ローラ17によって張架されている。中間転写ベルト21に転写されたトナー像は、加熱ローラ17及び加圧ローラ18によって用紙Sに定着される。
【0021】
感光体ドラム10は矢印A方向に回転駆動され、トナー像が形成された用紙Sは矢印B方向に搬送される。また、中間転写ベルト21は転写ローラ14、搬送ローラ20及び加熱ローラ17によって矢印C方向に移動する。
【0022】
図2(A)は、感光体ドラム、記録媒体(用紙S又は中間転写ベルト)、転写ローラ及び給電ローラの配置関係を示す図である。
図2(B)は、
図2(A)の変形例を示す図である。
図3(A)は、転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接幅と、転写ローラ14a及び給電ローラ15aの当接幅との関係を示す図である。
図3(B)は、転写ローラ14b及び感光体ドラム10の当接幅と、転写ローラ14b及び給電ローラ15bの当接幅との関係を示す図である。
【0023】
図2(A)及び
図2(B)では、転写ローラ14及び給電ローラ15の形状が異なる。従って、
図2(A)では、転写ローラ14及び給電ローラ15を転写ローラ14a及び給電ローラ15aとして示し、
図2(B)では、転写ローラ14及び給電ローラ15を転写ローラ14b及び給電ローラ15bとして示している。
【0024】
転写ローラ14a及び14b並びに給電ローラ15a及び15bは、不図示の駆動装置によって、感光体ドラム10側に押し付けられて、感光体ドラム10上のトナー像が記録媒体(用紙S又は中間転写ベルト21)に転写される。
【0025】
転写ローラ14a及び14bは、絶縁体の芯軸141と、半導電性の発泡ゴム142とで構成されている。絶縁体の芯軸141は、例えば樹脂等で構成されており、芯軸141の体積固有抵抗値は1×10
10Ω・cm以上である。好ましくは、電流がほぼ流れないようにするために、芯軸141の体積固有抵抗値は2×10
12Ω・cm以上である。半導電性の発泡ゴム142は、具体的には、イオン導電材として4級アンモニウム塩を用いた7.2LogΩのイオン導電性の発砲ウレタンである。半導電性の発泡ゴム142が絶縁体の芯軸141の周りに被覆されている。
【0026】
転写ローラ14a及び14bは記録媒体を搬送する機能と感光体ドラム10上のトナー像を記録媒体に転写する機能を持つ。記録媒体が用紙Sである場合には、用紙Sにしわ等のダメージを与えないことが重要である。このため、転写ローラ14が記録媒体(用紙S)を介して感光体ドラム10に当接する場合に、転写ローラ14の長手軸方向の端部の当接幅が転写ローラ14の長手軸方向の中央部の当接幅より大きくする必要がある。従って、
図2(A)に示すように、転写ローラ14aは、長手軸方向の端部の直径が長手軸方向の中央部の直径よりも大きいフレア形状に形成されている。これにより、用紙Sには用紙Sを両外側に引っ張る力F1が作用し、紙しわの発生が抑制される。
【0027】
一方、良好にトナー像の転写を行うためには、用紙Sには均一密度な電荷を供給することが重要である。用紙Sには均一密度な電荷が供給されない場合には、転写むらが発生するためである。
【0028】
ところで、転写ローラ14aの芯軸141が金属等の導電性の芯軸である場合、給電ローラ15aから転写電流が印加されると、芯軸141は等電位になる。給電ローラ15aと芯軸141との間の抵抗が均一でも不均一でも、芯軸141は等電位になる。等電位である芯軸141からの転写に使用される電荷密度は、転写ローラ14aと感光体ドラム10の当接幅の関係に依存し、転写ローラ14の長手軸方向の端部の電荷密度が転写ローラ14の長手軸方向の中央部の電荷密度よりも大きくなり、転写ローラ14の長手軸方向の電荷密度は不均一となる。
【0029】
従って、本実施の形態では、転写ローラ14a及び14bの芯軸141を絶縁体で構成する。これにより、給電ローラ15aから転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接部までの抵抗を最適化することが可能となる。つまり、給電ローラ15a及び転写ローラ14aの当接部における電荷密度が転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接部(すなわち、転写ローラ14a及び感光体ドラム10が記録媒体を挟む挟持部)に直接反映されることになる。
【0030】
図2(A)の転写ローラ14aが使用される場合、
図3(A)に示すように、転写ローラ14aの長手軸方向の端部の当接幅が転写ローラ14aの長手軸方向の中央部の当接幅より大きくなる。このため、転写ローラ14aの長手軸方向の端部の電荷密度が転写ローラ14aの長手軸方向の中央部の電荷密度よりも大きくなる。
【0031】
用紙Sに均一密度な電荷を供給するために、
図2(A)に示すように、給電ローラ15aは、長手軸方向の中央部の直径が長手軸方向の端部の直径よりも大きいクラウン形状に形成されている。これにより、給電ローラ15aが転写ローラ14aに当接する場合に、
図3(A)に示すように、給電ローラ15a又は転写ローラ14aの長手軸方向の中央部の当接幅が給電ローラ15a又は転写ローラ14aの長手軸方向の端部の当接幅より大きくなる。従って、転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接幅と、給電ローラ15a及び転写ローラ14aの当接幅とは補完関係になる。
【0032】
上述したように、給電ローラ15a及び転写ローラ14aの当接部における電荷密度は、転写ローラ14aの長手軸方向の中央部で大きくなり、転写ローラ14aの長手軸方向の端部で小さくなるが、転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接幅は、転写ローラ14aの長手軸方向の中央部で小さくなり、転写ローラ14aの長手軸方向の端部で大きくなる。このため、転写ローラ14a及び感光体ドラム10の当接部における電荷密度は、転写ローラ14aの長手軸方向で均一になる。よって、用紙Sに均一密度な電荷が供給される。このように、
図2(A)の転写ローラ14a及び給電ローラ15aでは、紙しわの抑制及び均一な転写の効果を得られる。
【0033】
記録媒体が中間転写ベルト21である場合には、記録媒体が用紙Sである場合と同様に、中間転写ベルト21に均一密度な電荷が供給される。尚、
図2(A)の場合、転写ローラ14aをフレア形状に形成することにより、紙しわの発生を抑制しているが、記録媒体が中間転写ベルト21である場合には、中間転写ベルト21が一定の強度を有するので、しわの発生を考慮する必要はない。
【0034】
図2(B)に示す転写ローラ14b及び給電ローラ15bの形状は、
図2(A)に示す転写ローラ14a及び給電ローラ15aの形状と逆の関係になる。つまり、転写ローラ14bは、長手軸方向の中央部の直径が長手軸方向の端部の直径よりも大きいクラウン形状に形成されている。給電ローラ15bは、長手軸方向の端部の直径が長手軸方向の中央部の直径よりも大きいフレア形状に形成されている。
【0035】
この場合、転写ローラ14bと感光体ドラム10の当接幅は、
図3(B)に示すように、転写ローラ14bの長手軸方向の端部で小さくなり、転写ローラ14bの長手軸方向の中央部で大きくなる。一方、転写ローラ14bと給電ローラ15bの当接幅は、
図3(B)に示すように、転写ローラ14bの長手軸方向の端部で大きくなり、転写ローラ14bの長手軸方向の中央部で小さくなる。従って、転写ローラ14b及び感光体ドラム10の当接幅と、給電ローラ15b及び転写ローラ14bの当接幅とは補完関係になる。
【0036】
よって、給電ローラ15b及び転写ローラ14bの当接部における電荷密度は、転写ローラ14bの長手軸方向の端部で大きくなり、転写ローラ14bの長手軸方向の中央部で小さくなるが、転写ローラ14bと感光体ドラム10の当接幅は、転写ローラ14bの長手軸方向の端部で小さくなり、転写ローラ14bの長手軸方向の中央部で大きくなる。このため、転写ローラ14b及び感光体ドラム10の当接部における電荷密度は、転写ローラ14bの長手軸方向で均一になる。よって、記録媒体に均一密度な電荷が供給される。
【0037】
尚、
図2(B)の転写ローラ14bが使用される場合、用紙Sに用紙Sの中央に向けた力F2が作用するため、紙しわが発生しやすくなる。このため、記録媒体が用紙Sである場合には、
図2(A)の転写ローラ14a及び給電ローラ15aを採用するのが好ましい。記録媒体が中間転写ベルト21である場合には、中間転写ベルト21が一定の強度を有するので、しわの発生を考慮する必要はない。このため、記録媒体が中間転写ベルト21である場合には、
図2(A)の転写ローラ14a及び給電ローラ15aと
図2(B)の転写ローラ14b及び給電ローラ15bとのいずれか一方を採用すればよい。
【0038】
図4は、転写ローラ14a又は14bの回転と電流の流れ(即ち電荷の移動)との関係を示す図である。
【0039】
初期状態では、点Aは、感光体ドラム10と転写ローラ14a又は14bとの当接部を示し、点Bは、給電ローラ15a又は15bと転写ローラ14a又は14bとの当接部を示す。
図4において、矢印は電流の流れを示す。
図4の左図では、点Bで、転写ローラ14a又は14bの表面から転写ローラ14a又は14bの内側に電流が流れ、点Aで、転写ローラ14a又は14bの内側から転写ローラ14a又は14bの表面に電流が流れている。転写ローラ14a又は14bが時計回りに90度回転すると、転写ローラ14a又は14bは
図4の中央図のような状態になる。
【0040】
転写ローラ14a又は14bが180度回転した
図4の右図では、点Aで、転写ローラ14a又は14bの表面から転写ローラ14a又は14bの内側に電流が流れ、点Bで、転写ローラ14a又は14bの内側から転写ローラ14a又は14bの表面に電流が流れている。
【0041】
従来のように、イオン導電性を有する転写ローラ14a又は14bの軸芯に電圧をかけた場合には、イオンの偏在と思われる転写ローラ14a又は14bの抵抗の上昇が発生し、転写ローラ14a又は14bの長期間の使用が困難になる。
【0042】
本実施の形態では、給電ローラ15a又は15bを設けているので、絶縁体の芯軸141を用いても電流の方向が転写ローラ14a又は14bの回転によって自動的に切り替わる。このため、転写ローラ14a又は14b内でイオンの偏在が起こらず、転写ローラ14a又は14bの抵抗上昇が抑えられるため、転写ローラ14a又は14bの長期間の使用が可能になっている。
【0043】
図5(A)は、転写ローラ及び給電ローラの変形例を示す図である。
図5(B)は、変形例にかかる転写ローラ及び給電ローラが感光体ドラム側に押し付けられる状態を示す図である。
【0044】
図5(A)では、転写ローラ14cは、円筒形の転写ローラであり、樹脂等の絶縁体の芯軸141と、半導電性の発泡ゴム142とで構成されている。給電ローラ15cは円筒形の給電ローラである。つまり、転写ローラ14c及び給電ローラ15cは、円筒形であり、フレア形状又はクラウン形状ではない。
【0045】
図5(B)に示すように、転写ローラ14c及び給電ローラ15cが感光体ドラム10側に押し付けられると、芯軸141の両端に荷重がかかるため、転写ローラ14cがたわむ。このとき、転写ローラ14cと感光体ドラム10の当接幅は、転写ローラ14cの長手軸方向の端部で大きくなり、転写ローラ14cの長手軸方向の中央部で小さくなる。つまり、転写ローラ14cと感光体ドラム10の当接幅は、
図3(A)の転写ローラ14aと感光体ドラム10の当接幅と同様の関係になる。
【0046】
一方、給電ローラ15cと転写ローラ14cの当接幅は、転写ローラ14cの長手軸方向の端部で小さくなり、転写ローラ14cの長手軸方向の中央部で大きくなる。つまり、給電ローラ15cと転写ローラ14cの当接幅は、
図3(A)の給電ローラ15aと転写ローラ14aの当接幅と同様の関係になる。従って、円筒形の転写ローラ14c及び円筒形の給電ローラ15cを使用した場合にも、記録媒体に均一密度な電荷が供給される。
【0047】
本出願人は、転写ローラ14a及び給電ローラ15a、転写ローラ14b及び給電ローラ15b、並びに転写ローラ14c及び給電ローラ15cの各々を使用した場合に、紙しわ、転写むら、及び転写ローラの通電抵抗の上昇が発生するかを実験により確認した。その実験結果を
図6に示す。尚、
図6の比較例では、円筒形の転写ローラ及び円筒形の給電ローラを使用した。この円筒形の転写ローラの芯軸はステンレスで作成し、当該芯軸に転写電圧を印加した。
【0048】
図6に示すように、転写ローラ14b及び給電ローラ15b、並びに比較例では、紙しわが発生したが、転写ローラ14a及び給電ローラ15a並びに転写ローラ14c及び給電ローラ15cでは紙しわは発生しなかった。
【0049】
また、比較例では、転写むらが発生したが、転写ローラ14a及び給電ローラ15a、転写ローラ14b及び給電ローラ15b、並びに転写ローラ14c及び給電ローラ15cでは、いずれも転写むらが発生しなかった。
【0050】
さらに、比較例では、転写ローラの通電抵抗の上昇が発生したが、転写ローラ14a及び給電ローラ15a、転写ローラ14b及び給電ローラ15b、並びに転写ローラ14c及び給電ローラ15cでは、いずれも転写ローラの通電抵抗の上昇が発生しなかった。
【0051】
以上説明したように、本実施の形態によれば、画像形成装置1(又は2)は、表面にトナー像を形成する感光体ドラム10と、絶縁体の芯軸141及び当該芯軸に巻装されるイオン導電材(即ち半導電性の発泡ゴム142)を有し、トナー像を記録媒体上に転写する転写ローラ14a(又は14b)と、転写ローラ14a(又は14b)と当接すると共に、感光体ドラム10及び転写ローラ14a(又は14b)が記録媒体を挟む挟持部に転写電流を供給する給電ローラ15a(又は15b)とを備え、給電ローラ15a(又は15b)及び転写ローラ14a(又は14b)の一方が、長手軸方向の端部の直径が長手軸方向の中央部の直径よりも大きいフレア形状であり、給電ローラ15a(又は15b)及び転写ローラ14a(又は14b)の他方が、長手軸方向の中央部の直径が長手軸方向の端部の直径よりも大きいクラウン形状である。
【0052】
よって、感光体ドラム10及び転写ローラ14a(又は14b)が記録媒体を挟む挟持部における電荷密度は、転写ローラ14a(又は14b)の長手軸方向で均一になる。従って、記録媒体に印加される転写電流の均一化が図られる。
【0053】
また、画像形成装置1(又は2)は、表面にトナー像を形成する感光体ドラム10と、絶縁体の芯軸141及び当該芯軸に巻装されるイオン導電材(即ち半導電性の発泡ゴム142)を有し、トナー像を記録媒体上に転写する転写ローラ14cと、転写ローラ14cと当接すると共に、感光体ドラム10及び転写ローラ14cが記録媒体を挟む挟持部に転写電流を供給する給電ローラ15cとを備え、転写ローラ14cが記録媒体を介して感光体ドラム10に当接する場合に、転写ローラ14cの長手軸方向の端部における転写ローラ14cと感光体ドラム10の当接幅は、転写ローラ14cの長手軸方向の中央部における転写ローラ14cと感光体ドラム10の当接幅よりも大きく、転写ローラ14cの長手軸方向の端部における転写ローラ14cと給電ローラ15cの当接幅は、転写ローラ14cの長手軸方向の中央部における転写ローラ14cと給電ローラ15cの当接幅よりも小さい。
【0054】
よって、感光体ドラム10及び転写ローラ14cが記録媒体を挟む挟持部における電荷密度は、転写ローラ14cの長手軸方向で均一になる。従って、記録媒体に印加される転写電流の均一化が図られる。
【0055】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。