JP2003131496A

JP2003131496A - 転写装置

Info

Publication number: JP2003131496A
Application number: JP2001329315A
Authority: JP
Inventors: Hisao Okada; 久雄岡田; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Teruaki Mitsuya; 輝章三矢
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】転写後の像担持体上における残留トナー量を減
らし、トナーを有効利用することが可能な転写装置を提
供するとともに、像担持体から回収されたトナーを再利
用する場合にも画質を大きく低下させない転写装置を得
る。【解決手段】像担持体(1)上に保持されたトナーを記録
材(7)に転写させる転写装置(5)において、転写器(51)に
供給する電流値(It)を、転写効率(Y)が最大となるとき
の電流値よりも大きい値に規定した転写装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上に保持
されたトナーを記録材に転写させる転写装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】レーザプリンタや複写機などに代表され
る画像形成装置に用いられるトナーには、スチレンアク
リルやポリエステルなどの樹脂中に、着色剤（黒トナー
の場合は主にカーボンブラックが、カラートナーの場合
は顔料や染料が用いられる。）やトナーの帯電量を調整
するための帯電制御剤が混合されている。

【０００３】このようなトナーを製造する場合、樹脂、
着色剤および帯電制御剤を溶融混練し、ジェットミルな
どの粉砕機で微粉に粉砕し、分級機によって所望の粒径
（例えば１０μｍ前後の粒径）が主となるように、極端
な小粒径（例えば４μｍ以下）や大粒径（例えば２０μ
ｍ以上）を除く。その後、シリカなどの微粉を外添し
て、現像剤として使用できるトナーが得られる。

【０００４】一方、画像形成装置では、感光体を帯電
し、次に、帯電した感光体に画像データに応じた走査露
光を行い、感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像
を現像することで可視トナー像として感光体上に現れ
る。その後、トナー像は感光体から紙などの記録材へ転
写され、続く熱定着によってトナー像は記録材上に定着
される。

【０００５】感光体上のトナーを記録材へ転写する際、
感光体上の全てのトナーを記録材に転写させることは難
しく、一部のトナーは記録材に転写されずに感光体上に
残留する。一般に、記録材に転写されたトナー重量と、
転写前の感光体上におけるトナー重量との比率は、転写
効率と呼ばれ、転写効率が低いほど感光体上に残留する
トナーは多くなる。

【０００６】従って、このような転写効率の低い状態で
の画像形成プロセスが続けられると、次のプロセスで形
成されるトナー像と重なり、画質を損ねてしまうので、
転写後には感光体表面を清掃し、残留トナーを除去す
る。この清掃によって感光体上から除去されたトナー
は、そのまま使われずに廃棄される場合と、再び現像機
に戻されて再利用される場合とがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、清掃工程に
よって感光体表面から除去されたトナーは、一度、現像
で使用され、さらに感光体表面から除去される際に機械
的なストレスを受けているため、新品の状態に比べて劣
化している。例えば、シリカなどの微粉は、新品のトナ
ーに比べてトナー表面から消失していることが走査型電
子顕微鏡の観察像から確認されている。

【０００８】トナーに外添するシリカは、トナーの流動
性（粉としての流れ易さ、塊のできにくさ）を向上させ
るために必要なものであり、それが少ないトナーでは流
動性が悪く、印刷画質も悪い。

【０００９】従って、清掃で除去されたトナーを再利用
しようとする場合には、低流動性のトナー量が現像剤に
多く含まれるようになるので、全て新規な未使用のトナ
ーを用いて現像する場合に比べて画質は低下してしま
う。

【００１０】また、清掃で除去したトナーを廃棄する場
合は、その分のトナーは画像形成に寄与しなかったわけ
であり、無駄が生じ、画像形成に要するコストを上げる
ことになる。また、廃棄物を生じさせるため、その処理
コストも必要となり、環境に対しても好ましくない。

【００１１】従って、本発明の目的は、像担持体上に残
留するトナーの量を減らし、トナーを有効に利用するこ
とが可能な転写装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、像担持体上か
ら回収されたトナーを現像工程において再利用する場合
にも画質を大きく低下させない転写装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、像担持体
上に保持されたトナーを記録材に転写させる転写装置に
おいて、転写器に供給する電流値を、転写効率が最大と
なるときの電流値よりも大きい値に規定することにより
達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。はじめに、画像形成装置における画像形
成プロセスを図１を用いて説明する。

【００１５】図１において、１は像担持体の一形態とし
て例示される感光体である。時計方向に回転する感光体
１は帯電器２によってその表面が均一に帯電され、露光
装置３は画像データに応じて光が明滅し、感光体１上で
は光が照射された部分が導電化して表面の電荷が消失す
る。

【００１６】現像機４には、トナーとキャリアからなる
２成分現像剤が保持されており、内部に磁石を備えた現
像ローラ４１の回転に伴い、現像剤は感光体１と対向す
る領域へ搬送される。現像ローラ４１には、図示しない
がバイアス電圧が印加されており、感光体と同じ帯電極
性のトナーは、感光体および現像ローラ間の電界作用に
より感光体表面の電荷が消失した部位に付着する。現像
によって感光体１上に形成されたトナー像は、転写装置
５によって記録材７に転写される。

【００１７】記録材７に転写されたトナー像は、図示し
ない定着装置での加熱によって溶融され、記録材７上に
定着される。その後、感光体１表面に残留したトナーは
清掃機６で除去され、以後、同様の画像形成プロセスが
繰り返し行なわれる。

【００１８】なお、清掃機６とトナーホッパ４２との間
には、図示しない搬送経路が構成されており、清掃機６
によって回収されたトナーは、トナーホッパ４２に送り
込まれて再び現像に使用される。

【００１９】ここで、図１の画像形成装置では、転写装
置５として、コロナ帯電型の転写器５１を循環体（無端
状ベルト）５２の内側に設け、ベルト５２上に記録材７
を載せながら搬送し、転写器５１の放電極性をトナーと
逆極性とすることによって感光体１上のトナーを記録材
７側へ移動させる転写電界を生じさせて転写するベルト
転写装置を採用している。

【００２０】転写効率は、記録材に転写した単位面積当
りのトナー重量を、転写前の感光体上の単位面積当りの
トナー重量で割り、百分率で表した値である。

【００２１】図２は、図１に示した画像形成装置におい
て、電源５３から転写器５１に供給する電流Ｉｔ（以
下、これを転写電流と呼ぶ。）と、転写効率Ｙとの関係
を示している。図２において、２本の曲線はそれぞれ記
録材が異なり、曲線１３は厚さ約８０μｍの用紙、曲線
１４は厚さ約１８０μｍの用紙を用いてそれぞれ転写電
流に対する転写効率の特性を示したものである。

【００２２】転写電流Ｉｔは、薄紙を用いた時の最大転
写効率を１とした相対値である。転写効率の転写電流特
性は、いずれも、転写電流に対して一旦、最大値を取る
と、その後は転写電流の増加に伴い減少する特性であ
る。転写電流が小さくても大きくても転写効率は低い場
合があるが、最大転写効率となる電流に比べて小さいか
大きいかで画像品質に次のような違いがある。

【００２３】転写電流値が最大転写効率時より小さい場
合は、画像に比較的広い範囲の部分的な転写不良が発生
し、数ミリメートルの範囲で黒地が白く抜けたり、線画
が途切れたりする。また、この場合には転写電流の変動
に対して転写効率の変動も大きく、特に転写電流が減少
した場合の転写効率の低下も大きくなる。

【００２４】転写電流値が最大転写効率時より大きい場
合は、広い範囲の白抜けや途切れのような転写不良は発
生しないが、狭い範囲（０.１ｍｍ前後）で転写不良が
発生したり、転写画像が飛び散る傾向がある。特に転写
電流値が増加してくると、線画のトナーが乱れてしま
い、肉眼では線の画像濃度が低下し、線幅は太くなった
ように見えてくる。

【００２５】上記のような理由から転写電流は最大転写
効率での値に設定することが画像の品質面から好まし
い。しかし、図２に示したように、使用する記録材の厚
さによって、最大転写効率が得られる転写電流値は異な
る。また、現実には記録材の厚さ以外に、トナーの帯電
量、記録材の水分量、環境条件（特に湿度）によって変
化するため、最大転写効率点に設定することが困難であ
る。

【００２６】そのため、これらの外部要因の変動の影響
を比較的受けにくく、転写電流の変動に対して転写効率
の低下も少ない、最大転写効率時より大きめの転写電流
値に設定している。また、転写効率が極端に低下するこ
とがないように、記録材が厚い場合に合わせて転写条件
が設定される。従って、薄紙の場合には、その転写効率
は最大より低くなり、感光体上に残留するトナー量が多
くなる。

【００２７】実際の画像形成装置の使用では、厚紙より
も薄紙の方が使用量が多いため、残留トナー量が多いこ
とは、そのトナーを再利用する画像形成装置では印刷品
質が低下し、再利用しない画像形成装置は１ページ当り
の印刷コストは高くなってしまうのである。

【００２８】本発明者は、図２に示す転写電流と転写効
率の関係を調べる事で、転写効率が最大になる転写電流
以下では、感光体上に残留したトナーの帯電極性は転写
前の帯電極性と同じであったが、転写効率が最大になる
転写電流以上では、感光体上に残留したトナーの帯電極
性が本来の極性とは逆になっていることを発見した。

【００２９】転写電流が最大転写効率より低い範囲で
は、転写電流の増加は転写電界を強める方向であるの
で、転写電流の増加に伴い転写効率も増加する。転写効
率が一旦最大になった後、それ以上の転写電流では転写
効率が低下する理由は、トナーが逆極性に帯電してしま
うので、転写電界で記録材側に移動させることができな
くなってしまうためと考えられる。そこで、図２のよう
に転写効率は転写電流に対して一旦最大値になった後、
それ以上の転写電流で転写効率が低下すると考えた。

【００３０】従って、転写電流が大きい場合にトナーが
逆極性に帯電してしまうことを防止できれば、転写電流
の大きい範囲での転写効率を高く維持し、厚紙で転写条
件を設定した場合でも、薄紙での転写効率も高く維持で
き、転写後に感光体上に残留するトナーの量を減らすこ
とができ、印刷品質の低下を防止し、しかも印刷コスト
を低減することが可能になる。

【００３１】転写電流が大きい場合にトナーが逆極性に
帯電する原因は、転写時に作用する高電界でトナーの絶
縁が破壊されて逆極性の電荷が注入されてしまうためで
ある。電荷の注入を阻止するためには、トナーの抵抗を
高くすればよい。数種類の負帯電トナーを試作し、その
抵抗と転写効率特性との関係を調べた。

【００３２】＜トナーＡ＞低酸価ポリエステル樹脂、着
色剤としてカーボンブラック、金属錯体帯電制御剤、離
型剤としてワックスを用いた。

【００３３】＜トナーＢ＞スチレンアクリル樹脂、着色
剤としてカーボンブラック、金属錯体帯電制御剤、離型
剤としてワックスを用いた。

【００３４】＜トナーＣ＞トナーＢに対して、ワックス
量を多くした。

【００３５】それぞれのトナーは素材を混合し、混練し
た後、粉砕し、平均粒径９.５μｍに分級した。

【００３６】図３に薄紙の場合の転写効率の転写電流に
対する特性を示す。図３において、曲線１１はトナー
Ａ、曲線１２はトナーＢ、曲線１３はトナーＣに基づく
ものである。次にトナーの抵抗測定装置について図４を
用いて説明する。

【００３７】図４は、粉体状態でのトナーの抵抗率を測
定する測定装置の概略説明図である。抵抗測定治具８４
は、その中央部に円盤状の電極８１が設けられており、
電流計８３を介して接地されている。電極８１の周囲に
は電気的に絶縁してガード電極８２が設けられ、接地さ
れている。電極８１とガード電極８２の上にトナー３０
を充填する。このトナーの表面に向けて、高圧電源２１
からコロナ放電ワイヤ２２に高電圧を印加するとシール
ド２３との間でコロナ放電が発生し、発生したコロナの
一部がトナー３０に照射され、トナー３０を流れた電流
が電流計８３で測定される。

【００３８】電源２１の電圧を４０００Ｖ程度にすると
コロナ放電ワイヤ２２からの放電が開始し、トナーを電
流が流れ始める。電源２１の電圧が７０００Ｖを超える
と、トナーによっては部分的に放電が見られるようにな
る。なお、コロナ放電ワイヤ２２に印加する電圧の極性
は、転写時のトナー周囲の電荷が感光体の帯電電荷であ
り、本実施例では負帯電の有機感光体を用いているた
め、負のコロナが発生するように負電圧とした場合に転
写効率との相関が得られた。

【００３９】正電圧とすると、転写効率と抵抗の関係に
は全く相関がない結果となった。これは、転写時のトナ
ーそのものとトナー周囲の電荷が負であり、そのような
状況下での正への帯電が転写効率の低下に関係している
ものと推察される。

【００４０】抵抗率Ｒの計算は、トナー３０の厚みが２
ｍｍであり、トナー３０表面とコロナ放電ワイヤ２２と
の距離が７ｍｍであるので、トナー３０に印加される電
圧をコロナ放電ワイヤ２２に印加する電圧の２／９とし
て、電流計８３に流れた電流で割って抵抗値とし、それ
に電極８１の面積を掛け、トナー３０の厚みで割って抵
抗率とした。その結果、トナーの抵抗率は、トナーＡが
５.７×１０^１４Ω・ｃｍ、トナーＢが４.６×１０^１４
Ω・ｃｍ、トナーＣが３.０×１０^１４Ω・ｃｍであっ
た。

【００４１】この結果から、転写電流の増加に対して、
転写効率が低下しないトナーは高抵抗であることがわか
った。次にこのトナーの抵抗について、組成を変更して
さらに検討を行った。

【００４２】＜トナーＡ１＞中酸価ポリエステル樹脂、
着色剤としてカーボンブラック、金属錯体帯電制御剤、
離型剤としてワックスを用いた。

【００４３】＜トナーＢ１＞トナーＢに対して、カーボ
ンブラックをトナーＢの６０％とした。

【００４４】＜トナーＢ２＞トナーＢに対して、カーボ
ンブラックをトナーＢの７０％とした。

【００４５】＜トナーＢ３＞トナーＢ２に対して、負帯
電性が弱い帯電制御剤に変更した。

【００４６】上述の場合と同様にトナーの抵抗率を測定
したところ、トナーＡ１は４.５×１０^１４Ω・ｃｍ、
トナーＢ１は５.０×１０^１４Ω・ｃｍ、トナーＢ２は
４.７×１０^１４Ω・ｃｍ、トナーＢ３は２.７×１０
^１４Ω・ｃｍであった。

【００４７】カーボンブラックについては、炭素が導電
性材料であるので、それを減らすことで抵抗を高くする
ことができる。ポリエステル樹脂については、酸価（分
子中で電子を取り込み易い部位の量）によって抵抗を変
えることができる。また、帯電制御剤でも抵抗を変える
ことができる。以上に示すように、トナー抵抗は樹脂や
カーボンブラック、帯電制御剤の組み合わせによって制
御可能である。

【００４８】転写効率の転写電流特性は、トナーＡ１と
トナーＢ２は図３の曲線１２とほぼ同じ特性が得られ
た。トナーＢ３は曲線１３に近い特性になった。トナー
Ｂ１は曲線１１と曲線１２の中間の特性であった。

【００４９】図２において、転写電流として厚紙に対応
するためには、薄紙の場合の転写効率が最大になる転写
電流のおよそ２〜３倍とすれば、転写効率が９０％以上
得られる。この転写効率として９０％という値は、残留
トナーの再利用やコストの面から許容できる値として、
従来からの経験で確認されている値である。

【００５０】図３からは、薄紙での転写効率を９０％得
るためには、トナーＡの曲線１１とトナーＢの曲線１２
の間で、ややトナーＢ寄りの抵抗率でよいと考えられる
ので、トナーの抵抗率は約５×１０^１４Ω・ｃｍ以上で
あればよいことがわかる。

【００５１】以上の結果から、抵抗率が約５×１０^１４
Ω・ｃｍ以上のトナーを用いることによって、転写効率
を高く維持することができる。その効果として、転写さ
れずに残ったトナーは少なくなるので、それを現像で再
利用する場合には、現像剤中での再利用されるトナーの
量的割合が相対的に少なくなるので画質の低下は少なく
なる。

【００５２】また、このようなトナーを使用することに
よって、転写電流を最大転写効率が得られる値よりも大
きく設定することが可能となる。これは、上述したよう
に、厚さの異なる記録材でも転写電流の設定を同じにす
ることが可能になり、記録材毎の調整が不要となり、装
置構成上、有利である。

【００５３】なお、本実施例では転写装置としてベルト
転写方式の転写装置に基づき説明してきたが、循環体を
持たずに転写器を感光体に直接対向させたコロナ転写装
置であっても構わない。また、コロナ放電器を用いるも
のに限らず、ローラ転写装置であっても同等の効果が得
られる。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、像
担持体上に残留するトナーの量を減らし、トナーを有効
に利用することが可能な転写装置を実現できる。

【００５５】また、像担持体上から回収されたトナーを
現像工程において再利用する場合にも画質劣化の小さい
転写装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す
概略構成図である。

【図２】転写効率と転写電流との関係を示す説明図であ
る。

【図３】転写効率と転写電流との関係を示す説明図であ
る。

【図４】粉体トナーの抵抗測定装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１像担持体（感光体）２帯電器３露光装置４現像機５転写装置６清掃機７記録材（用紙）４１現像ローラ５１転写器５２循環体（無端状ベルト）５３電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H005 AA00 EA01 2H200 FA18 GA04 GA23 GA44 GA45 GA60 HA12 JA02 JA28 JA29 NA02 PB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体上に保持されたトナーを記録材に
転写させる転写装置において、転写器に供給する電流値
を、転写効率が最大となるときの電流値よりも大きい値
に規定したことを特徴とする転写装置。
【請求項２】請求項１において、前記トナーの粉体での
電気抵抗率が、５×１０^１４Ω・ｃｍ以上であることを
特徴とする転写装置。
【請求項３】像担持体と、前記像担持体に対向して設け
られた循環体と、前記循環体の内側に設けられ、前記循
環体を介して前記像担持体側へ所定極性の電荷を供給す
る転写器とを備え、前記像担持体と前記循環体との間を
搬送される記録材に、前記像担持体上に保持されたトナ
ーを転写させる転写装置において、前記転写器に供給す
る電流値を、転写効率が最大となるときの電流値よりも
大きい値に規定したことを特徴とする転写装置。
【請求項４】像担持体と、前記像担持体に対向して設け
られた循環体と、前記循環体の内側に設けられ、前記循
環体を介して前記像担持体側へ所定極性の電荷を供給す
る転写器とを備え、前記像担持体と前記循環体との間を
搬送される記録材に、前記像担持体上に保持されたトナ
ーを転写させる転写装置において、前記トナーとして粉
体での電気抵抗率が５×１０^１４Ω・ｃｍ以上のトナー
を用いるとともに、前記転写器に供給する電流値を、転
写効率が最大となるときの電流値よりも大きい値に規定
したことを特徴とする転写装置。