JP2006259670A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タンデム構成のクリーナレスプロセスにおいて、逆転写の発生を抑制し、長期間に渡って混色の発生を防止する。
【解決手段】残像トナーを回収して再利用する機能を有するタンデム型のカラー画像形成装置において、キャリアの粒径分布が、φ４０μｍ以上５個数％以下、かつφ３０μｍ以上２０個数％以下で表されるか、２層以上の積層され、像担持体に低硬度の層が配置された中間転写体を用いるか、または第１ないし第３の転写画像のトナー層の厚さＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３を３０μｍ未満とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真法、静電印刷法、磁気記録法等における静電荷像、磁気潜像を現像するための画像形成装置にかかり、特に熱ローラ定着等の加熱定着方式を用いた画像形成装置に関する。

感光体表面にブレード等のクリーナをもたないクリーナレスプロセスは、装置の小型化や省トナーに有利な技術であり、これまでにさまざまな発明が開示されてきた。例えば反転現像における現像同時クリーニング技術がある（例えば、特許文献１参照）。特に、近年の画像形成装置のフルカラー化においても本技術は有効で、４連タンデム方式にも採用され始めており、タンデム構成のクリーナレスプロセスに関する例がある（例えば、特許文献２，特許文献３参照）。

クリーナレスプロセスのメリットとしては、感光体クリーナが不要なため構成が簡単になること、感光体がクリーナによって削られないために、感光体の長寿命化が可能になること、及び転写残トナーを現像器にて回収して再使用するため、トナー消費効率が向上すること等があげられるが、タンデムのカラー構成で考えると、前段の色ステーションから後段の色ステーションへの逆転写が発生し、印字する画像によっては混色が発生し、やがて色合いが変化してしまうという問題がある。

この逆転写は、例えば第１の転写ステーションにてイエロートナーを、紙や中間転写体等の被転写体上に転写した後、その被転写体が後段の、例えばシアン色の転写ステーションを通過する際に発生する。このときシアントナーも転写される条件であれば、被転写体上のイエロートナーの上にシアントナーが転写されるが、被転写体上に既にイエロートナーが転写されている部分に、シアントナーは転写しない条件が組み合わさった場合に、被転写体上のイエロートナーの一部がシアンステーションの感光体に付着してしまう。そして、この逆転写したイエロートナーはシアンステーションの感光体にはクリーナがないために、シアンステーションの現像器に回収され、それが繰り返されると、徐々にシアン現像器中の現像剤の色合いが変化していき、いわゆる混色が発生する。

すなわち混色を発生させないためには、逆転写を発生させないことが重要であり、この逆転写については感光体の離型性を向上させたり、また接触面積が少なくなる球形のトナーを採用したりして、感光体とトナーとの付着力を小さくすることで改善できることが知られている。また、逆転写は放電現象による影響が大きく、転写バイアスが高いと発生量が増加し、転写バイアスを低くすると発生量が減少する。通常のプロセスにおいては、逆転写がほとんど発生しないレベルまで転写バイアスを低くすると、転写電界が不足して転写残りトナーが増大してしまうが、例えば上記したような離型性のよい感光体や、球形トナー等を組み合わせることによって、逆転写がほとんど発生しないくらいの低バイアスでも実用上問題のない程度の転写効率が得られるようになってきている。

また、逆転写現象は、放電による影響が大きいことから、転写部の構成を工夫することによっても低減する方法が提案されている。逆転写を発生させる放電は、感光体の非画像部と前段ステーションのトナーを担持した被転写体とが近接する部分と離れていく微妙な空隙において発生するため、上記方法では両者の接触ニップの入り口側と出口側において、両者が近接、もしくは離間していく状態での電界を、放電が発生しない程度まで低くする。このようにすることで、逆転写は著しく低減することが可能になるが、その状態においても、転写ニップ中で両者が接触した状態では、両者の密着性が安定しないと、放電が発生し、逆転写が発生してしまう。また、このような構成にて転写ニップを広げると、安定して密着できていれば効果があるものの、わずかなブレや異物により密着性が不安定になると、過剰に逆転写や画像乱れが発生しやすくなる。

ここで、密着性を不安定にする要因には、次のようなものが考えられる。

例えば、２成分現像を使用する場合、現像剤はトナーとキャリアから構成される。ここで、トナーの粒径は、３〜１２μｍ程度であり、これに対してキャリアの粒径は２０〜８０μｍ程度のものが使用される。

通常の状態ではキャリアは現像器内でトナーを帯電するとともに搬送し、現像ローラ上でトナーを担持した状態で磁力により穂立ちを形成した後に現像器内に戻り循環する。正常な状態では現像器内に留まり、感光体上に付着することはないが、例えばキャリアにも寿命があり、劣化してくると保磁力が弱まって、一部感光体に付着することがある。ここで、キャリアはトナーに比べて大粒径なために、転写ニップ内において被転写体と感光体との間に挟まって、それにより感光体と被転写体との密着性が不安定になり、空隙ができ、それによって異常な放電が発生する。すなわち、それに伴って逆転写量が増大するわけである。また、クリーナレスプロセスの場合は、キャリアが感光体に付着すると、通常のクリーナ等によって容易に回収されないために、その影響が通常のクリーナありのプロセスと比較して深刻である。すなわち、キャリアが繰り返し感光体上にとどまり、転写部で悪影響を及ぼし続けることもあり、逆転写による混色のみならず、転写ムラ等の画像不良も顕著に発生することにもなる。

また、密着性は、トナーを現像した部分と現像しない部分との段差によっても影響を受ける。

例えば、各色がベタ印字状態で１５μｍの厚さに設定した場合、イエロートナーが被転写体に現像された状態で、後段のマゼンタステーションのマゼンタ画像の画像部と非画像部で、１５μｍの空隙が発生する。さらに後段のシアンステーションでもマゼンタステーションと同様なパターンになっていると、シアンステーションにおけるイエロー画像を担持した被転写体と、シアンステーションの非画像部との段差は、最高で３０μｍにも及ぶことになる。そのように、トナーの有無による段差も、ベルトと感光体との密着性が不安定になり、空隙ができ、それによって異常な放電が発生し、逆転写量の増大につながってしまう。
米国特許第４７２７３９５号 特許第３３４２２１７号公報 特開平７−６４３６６号公報

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、キャリアやトナーの段差によっても異常な放電が発生しないような構成や条件にすることにより、タンデム構成のクリーナレスプロセスにおいて、逆転写の発生を抑制し、長期間に渡って混色の発生を防止することを目的とする。

本発明は、第１に、像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含有する現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成する現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構を備えた複数の画像形成ステーションと、該トナー像を被転写材上に転写するためのトナー像転写部とを含むカラー画像を形成し得る画像形成装置であって、
４０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が前記キャリアの全個数の５％以下であり、かつ３０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、前記キャリアの全個数の２０％以下である画像形成装置を提供する。

また、本発明は、第２に、像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成するための現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構を備えた複数の画像形成ステーションと、
該トナー像を中間転写体上に転写するためのトナー像転写部と、
該複数の画像ステーションの後段に設けられたカラー画像転写部とを有する画像形成装置であって、
前記中間転写体は、少なくとも２層以上の積層構成を有し、前記像担持体に接触する最表面層の硬度が他の少なくとも１層よりも低い画像形成装置を提供する。

さらに、本発明は、第３に、像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成するための現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構を備えた第１ないし第３の画像形成ステーションと、
該トナー像を被転写材上に転写するためのトナー像転写部とを有する画像形成装置であって、
該第１の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ１μｍ、該第２の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ２μｍ、該第３の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ３μｍとするとき、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜３０μｍで表される関係を有する画像形成装置を提供する。

本発明によれば、タンデム構成のクリーナレスプロセスにおいて、逆転写の発生を抑制し、長期間に渡って混色の発生を防止することができる。

本発明の画像形成装置は、第１ないし第３の観点に大別される。

第１ないし第３の観点にかかる発明は、像担持体、像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含有する現像剤を収容し、像担持体上にトナー像を形成する現像装置、及びトナー像転写後に像担持体上に残存したトナーを現像装置にて回収する機構を備えた複数の画像形成ステーションと、トナー像を被転写材上に転写するためのトナー像転写部とを含む構成を有し、カラー画像を形成し得る画像形成装置に関する。

第１の観点に係る画像形成装置は、上記構成に加えて、上記キャリアのうち、４０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、キャリアの全個数の５％以下であり、かつ３０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、キャリアの全個数の２０％以下であるという特徴を有する。

また、第２の観点に係る画像形成装置は、上記共通の構成に加えて、上記被転写材が中間転写体であり、中間転写体は、少なくとも２層以上の積層構成を有し、像担持体に接触する最表面層の硬度が他の少なくとも１層よりも低く、中間転写体上に形成されたカラー画像を最終的に記録部材に転写するためのカラー画像転写部がさらに設けられているという特徴を有する。

さらに、第３の観点に係る画像形成装置は、上記共通の構成に加えて、上記複数の画像形成ステーションが、第１ないし第３の画像形成ステーションを含み、第１の画像形成ステーションにて形成され、被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ１μｍ、第２の画像形成ステーションにて形成され、被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ２μｍ、第３の画像形成ステーションにて形成され、被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ３μｍとするとき、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜３０μｍで表される関係を有するという特徴を持つ。

本発明によれば、第１ないし第３の観点に係る画像形成装置の少なくとも１つを使用することにより、キャリアやトナーの段差によっても異常な放電が発生せず、転写むらを防止し得、さらにタンデム構成のクリーナレスプロセスにおいて、逆転写の発生を抑制し、長期間に渡って混色の発生を防止するという効果が得られる。

上記複数の画像形成ステーションは、２以上の画像形成ステーションを含み得る。各画像形成ステーションの現像装置には、色の異なる現像剤を収容し得る。例えばカラー画像形成に例えばイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラック色の４色の現像剤を使用する場合には、第１ないし第４の画像形成ステーションが順に配列され得る。

また、第２の観点に係る画像形成装置において、最表面層の厚さをＴ５μｍとしたとき、４０＋Ｔ５／２μｍ以上の粒径を有するキャリアのキャリア全体に対する個数割合が５％以下であり、かつ３０＋Ｔ５／２μｍ以上の粒径を有するキャリアのキャリア全体に対する個数割合が１０％以下であることが好ましい。この範囲であると、キャリアやトナーの段差による異常な放電の発生を効果的に予防し得る。

第３の観点に係る画像形成装置において、黒色トナーを備えた第４の画像形成ステーションをさらに含み、かつ第１の画像形成ステーションと第２の画像形成ステーションのベタ画像の合計トナー層厚が２０μｍ以下であることが好ましい。この範囲であると、キャリアやトナーの段差による異常な放電の発生を効果的に予防し得る。

また、第１ないし第３の観点に係る画像形成装置の各特徴は、必要に応じて組み合わせることが可能である。これにより、上記効果がより良好となる。

以下、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。

図１に、本発明の画像形成装置の一例を表す模式図を示す。

図示するように、この画像形成装置は、クリーナレスプロセスを用いたいわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置である。

この装置には、複数の画像形成ステーション１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，及び１００Ｋが、例えば中間転写ベルト１０等の上に順に配置されている。これらの画像形成ステーション１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，及び１００Ｋには、各々、イエロー現像剤、マゼンタ現像剤、シアン現像剤、及びブラック現像剤が収容されている。ここで、各ステーションにおいて、同じ参照番号は、同様の部材を表すものとする。また、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、各々、その部材が、各々、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック色画像形成に用いられるものであることを表すものとする。

まず、第１の画像形成ステーション１００Ｙにおいて、像担持体１Ｙは、例えばドラム状の導電性基体と、その上に設けられた有機系もしくはアモルファスシリコン系等の感光層とを有し、かつマイナス極性に帯電する有機感光体である。

この像担持体１Ｙは、帯電部において、周知の帯電器２Ｙ例えばローラ帯電器、コロナ帯電器、及びスコロトロン帯電器等によって、例えば−５００Ｖに均一帯電される。

その後、露光部において、画像変調されたレーザビームやＬＥＤ等による露光３Ｙを受けて、表面に静電潜像が形成される。この際、露光された感光体表面の電位は例えば−８０Ｖ程度になる。

しかる後に、現像部において、現像装置４Ｙによって静電潜像の可視像化が行われる。現像装置４Ｙは、負極性に帯電する非磁性トナーと磁性キャリアを混合させた２成分現像方式で、マグネットを備えた現像ローラ上にキャリアによる穂を形成させ、現像ローラに−２００Ｖ〜−４００Ｖ程度のバイアス電圧を印加することで、露光された像担持体表面にはトナーが付着してトナー像が形成され、露光されない表面にはトナーが付着しない。

さらに、転写部において、像担持体１Ｙ上のトナー像は、例えば中間転写ベルト１０等の被転写材に転写されて、第１の転写画像が得られる。この際の電界供給は中間転写ベルト１０背面に接触された例えば転写ローラ、転写ブレード、転写ブラシ等の転写部材５Ｙによって行なわれる。電源７Ｙから転写部材５Ｙに印加する電圧はプラス３００Ｖ〜２ｋＶ程度である。

転写後に、像担持体１Ｙ上に残った残留トナー等は、必要な場合は、図示しない撹乱部材により、転写残り像のメモリを除去される。さらに、像担持体１Ｙは適宜除電処理された後、再度、帯電工程が繰り返される。この際、帯電器２Ｙを通過した転写残りトナーは、像担持体１Ｙの帯電電位と同極性例えばマイナス極性に帯電している。転写残りトナーが現像装置４Ｙに到達した際には、画像部では、像担持体１Ｙ上の転写残りトナーに重ねて新たなトナーが現像され、一方、非画像部では、転写残りトナーが現像ローラ８Ｙ側に、電界により回収される機構いわゆる現像同時クリーニング機構となっている。これにより、像担持体１Ｙ上にブレード等のクリーニング装置がなくても、第１の画像形成ステーション６Ｙの電子写真プロセスが連続して行なわれる。また、回収したトナーは、現像装置４Ｙ内で未使用のトナーと共に再利用され得る。

続いて、第２の画像形成ステーション１００Ｍでは、上記第１の画像形成ステーション１００Ｙと同様にして、帯電、露光による静電潜像の形成、及び現像を行ってトナー像を形成した後、第１の転写画像が形成された中間転写ベルト１０上に、同様にして転写を行い、第２の転写画像を形成する。転写後に、像担持体１Ｍ上に残った残留トナーもまた、現像同時クリーニング機構により、現像または回収される。

同様に、第３の画像形成ステーション１００Ｃ、及び第４の画像形成ステーション１００Ｋにおいても、同様の帯電、露光による静電潜像の形成、及び現像を行ってトナー像を形成した後、第１の転写画像及び第２の転写画像が形成された中間転写ベルト１０上に第３の転写画像を形成し、その後、第１の転写画像、第２の転写画像、及び第３の転写画像が形成された中間転写ベルト１０上に及び第４の転写画像を形成し、カラー画像を得ることができる。転写後に、各像担持体上に残った残留トナーもまた、現像同時クリーニング機構により、現像または回収される。

なお、この画像形成装置は、最終的に中間転写ベルト１０上に得られ複数色のトナーによるカラー画像を、例えば紙などの記録部材９上に転写するためのカラー画像転写部１１をさらに有する。これにより紙等に転写されたカラー画像、その後、図示しない定着器を通過して出力画像となる。

本発明では、上述のカラー画像形成工程において、中間転写ベルト１０上にすでに転写された転写画像例えば第１の転写画像が、後段の像担持体例えば第２の像担持体に逆転写する現象が発生することを防止する。

ここで、逆転写する現象が発生するメカニズムを第２の画像形成ステーション１００Ｍを例として説明する。

例えば中間転写ベルト１０に既に転写されている第１の転写画像は、マイナス極性であり、第２の転写画像が転写される際でも、転写部材５Ｍにはプラス３００Ｖ〜３ｋＶ程度が印加されるため、第１の転写画像は、基本的には中間転写ベルト１０上から移動しないはずである。しかし、第２の転写画像の転写時に放電現象が発生すると、第１の転写画像の一部のトナーが逆帯電してプラス極性になり、第２の像担持体１Ｍ側に付着する。このようにして第２の像担持体１Ｍ上に付着した第１の転写画像のトナーは、第２の帯電器２Ｍにてマイナス極性に戻され、第２の現像装置内に混入し、条件によっては混色現象を引き起こす。

上記説明では、第２の画像形成ステーション１００Ｍについて述べたが、このような現象が第３の画像形成ステーション１００Ｃ、及び第４の画像形成ステーション１００Ｋにおいても同様に発生し得る。

なお、上記装置では、トナー像転写後に像担持体上に残存したトナーを現像装置にて回収する機構として現像同時クリーニング機構を使用しているけれども、その他、例えば残存トナーをクリーニングブレード等で一旦回収した後、専用の搬送路を用いて各現像装置へ戻すトナーリサイクル機構等を用いることができる。

以下、実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。

単層の中間転写ベルトを用いた画像形成の例
上記図１と同様の構成を有する画像形成装置を用い、使用する現像剤のキャリアの個数分布、中間転写ベルトの構成、トナー像の厚さ、及び転写部におけるニップ幅を種々変更して、逆転写による色むらの発生等を調べた。

この実験用の画像形成装置では、それぞれの感光体径をφ３０ｍｍとし、ポリイミド製のマイクロ硬度 ９５°の中間転写ベルト、転写部材はφ１６ｍｍ、ＪＩＳ−Ａ硬さ３０°程度の半導電性ローラを使用した。なお、マイクロ硬度は、高分子計器社 MICRO DUROMETER METER MJ1にて測定した。

キャリアとして、シリコーン樹脂でコートしたフェライトからなる磁性粉を使用した。

まず、約２８μｍの平均粒径を有する上記キャリアを準備し、その個数粒径分布を測定した。

図２に、上記キャリアの個数粒径分布の測定結果を表すグラフ図を示す。

その結果、図示するように、２５〜３０μｍの粒径を有するキャリアが全体の約４０％、また、２０〜２５μｍの粒径を有するキャリアが、３０〜３５μｍの粒径を有するキャリアが、２０％ずつあり、３５〜４０μｍの粒径を有するキャリアが６％、４０μｍ以上の粒径を有するキャリアが６％程度、そして２０μｍ未満の粒径を有するキャリアが約８％存在し、平均粒径２８μｍを中心にして、ほぼ左右対象な分布を示していた。これをサンプル１とする。

このような個数粒径分布を有するキャリアとトナー混合した二成分現像剤を使用して、画像形成実験を行なった。

なお、使用したイエロー現像剤、マゼンタ現像剤、シアン現像剤、及びブラック現像剤の組成は以下の通りである。

イエロー現像剤
イエロートナー組成
着色剤 ファーストイエローＧ ５ 重量部
バインダー ポリエステル樹脂 ８４ 重量部
帯電制御剤 １ 重量部
ワックス剤 ライスワックス １０ 重量部
イエロートナー１００重量部に対するキャリアの混合量
７．５ 重量部
マゼンタ現像剤
マゼンタトナー組成
着色剤 イルガジンレッド ５ 重量部
バインダー ポリエステル樹脂 ８４ 重量部
帯電制御剤 １ 重量部
ワックス剤 ライスワックス １０ 重量部
マゼンタトナー１００重量部に対するキャリアの混合量
７．５ 重量部
シアン現像剤
シアントナー組成
着色剤 銅フタロシアニン顔料 ５ 重量部
バインダー ポリエステル樹脂 ８４ 重量部
帯電制御剤 １ 重量部
ワックス剤 ライスワックス １０ 重量部
シアントナー１００重量部に対するキャリアの混合量
７．５ 重量部
ブラック現像剤
ブラックトナー組成
着色剤 カーボンブラック ５ 重量部
バインダー ポリエステル樹脂 ８４ 重量部
帯電制御剤 １ 重量部
ワックス剤 ライスワックス １０ 重量部
ブラックトナー１００重量部に対するキャリアの混合量
７．５ 重量部
画像形成実験結果は、初期的には特に問題はなく、逆転写は少ない状態であった。キャリアは、初期状態では、あまり感光体側には付着しなかった。

しかし、長期間に渡り画像形成を繰り返すと、徐々に物性が劣化して、まれに、感光体側に付着することがある。そこで、Ａ４サイズの紙に１０％程度の印字率にて、約１万枚のテストパターン画像の形成を行なった後、転写残り及び逆転写の発生の様子を調べた。

転写残り及び逆転写試験
得られたテストパターン画像の画像ムラをハーフトーン画像、及び感光体に残った転写残りトナーをメンディングテープで採取し、白紙に貼り、各々マクベス濃度計にて測定及び目視評価することにより、転写残り及び逆転写の発生を調べた。その結果について、部分的な濃度ムラがほとんど見られない場合を○、部分的に見られる場合を×と各々評価した。また、逆転写については転写残りトナーではなく、後段ステーションの感光体上をテーピングして評価した。

その結果、特にキャリア位置に対応した部分の逆転写が局所的に発生し、微妙なハーフトーンでは、それに対応した画像上にムラが発生した。

続いて、上記キャリアを構成するキャリアについて、平均粒径より大きい粒径を有するキャリア粒子を下記表１のような個数粒度分布になるように、例えば分級機等を用いて除去した後、同様の試験を実施した。

その結果を下記表１に示す。

まず、サンプル１では６％あった４０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子の数を１％未満まで除去したサンプル２を作成し、同様の試験を行なった。その結果、分級前の試料１と大差は見られず、逆転写は、１万枚画像形成後にやはり局所的に発生し、画像上にそれに対応したムラが発生した。

続いて、４０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子だけではなく、３５〜４０μｍの粒径を有するキャリア粒子の数を６％から１％未満にまで除去し、サンプル３を作成した。得られたサンプル３についてサンプル１と同様の試験を行った。その結果、やはり、サンプル１及びサンプル２の結果と大差は見られなかった。

さらに、３０〜３５μｍの粒径を有するキャリア粒子の数を２１％から１７％に削減し、３５μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子の数を１％まで削減し、サンプル４を作成した。得られたサンプルについてサンプル１と同様の試験を行った。その結果、逆転写の発生はほとんど見られず、ムラのない画像が得られた。

また３０〜３５μｍの粒径を有するキャリア粒子の数、及び３５〜４０μｍの粒径を有するキャリア粒子の数を、それぞれ１％未満に削減したサンプル５では、逆転写が悪化した。ここで、３０〜３５μｍの粒径を有するキャリア粒子の数、及び３５〜４０μｍの粒径を有するキャリア粒子の数を、それぞれ１％未満に削減し、かつ４０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子の数の割合を５％にしたサンプル６を作成した。得られたサンプルについてサンプル１と同様の試験を行った。その結果、逆転写はほとんど見られず、ほぼムラのない良好な画像が得られた。

続いて、上記表のように、キャリア粒子全体の平均粒径より大きいキャリア粒子の数を少し増やしたサンプル７，８，９，及び１０をそれぞれ作成した。得られたサンプルについてサンプル１と同様の試験を行った。その結果、３０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子の数が約２０％以下で、かつ４０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子の数が５％以下であれば、逆転写が発生せず、ムラのない良好な画像が得られることがわかった。

局所的な逆転写とそれに対応した画像ムラは、感光体と被転写体との密着性が不安定になることから、上述のサンプルでは、これを防ぐに、キャリアを小径化して、大粒径部分の割合を減らしているが、他にも、次のような方法がある。

例えば被転写体となる中間転写体の表面に弾性体を配置することにより、キャリア等の異物が転写ニップ中に存在しても、周辺部の密着性に影響を与えないようにすることができる。中間転写体の硬度が高いと、転写ニップにおいて、感光体と中間転写体との間にキャリアが挟まると空隙ができて、密着性が不安定になり、これが局所的な逆転写を発生し、画像ムラを発生する傾向がある。

このとき、特に、中間転写体として、ゴムベルト等の弾性ベルトを使用すると、色ズレが発生しやすい。

そこで、第２の観点に係る画像形成装置によれば、中間転写ベルトを二以上の層の積層構成とし、感光体と接触する表面に低い硬度を有する層を配置し、密着性を安定させ、一方、表面以外の層では、感光体と接触する表面の硬度よりも高い硬度を有する層を使用することにより、色ずれに悪影響を及ぼす中間転写ベルトの伸びを軽減させることができる。

ここで、中間転写体の表面層の条件であるが、キャリアによる空隙の発生を軽減するためには、低硬度の表面層の厚みが一定以上あることが好ましい。

二層構造の中間転写ベルトを用いた画像形成の例
感光体と接触する表面にフッ素ゴム製の材料のＪＩＳ−Ａ硬さ 約５０°厚さ１０μｍの導電性ゴム層、及びその反対表面にその層より高い硬度を有するポリイミド製のマイクロ硬度 ９５°の層を積層した二層構造の中間転写ベルトを被転写材として使用すること以外は同様にして、上記サンプル１ないし１０を各々適用して画像を形成し、同様の試験を行なった。

その結果、どのサンプルでもまったく逆転写による画像ムラが発生しなかった。

さらに、サンプル１ないし１０に対して、キャリア粒子の粒径を全体的に約５μｍづつ大きくしたサンプル１１ないし２０を作成した。得られたサンプルについて、同様の試験を行った。その結果を下記表２に示す。

上記表２に示すように、逆転写はほとんど見られず、ほぼムラのない良好な画像が得られた。

このように、感光体側に１０μｍの厚みのゴム層を設けた中間転写ベルトを用いて画像形成を行うと、３５μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子が２０％以下で、かつ４５μｍ以上の粒径が粒子が５％以下の条件において逆転写が発生せず、良好な結果が得られた。

さらに、上記サンプル１ないし１０に対しておよそキャリア粒径を１０μｍ程度大きくしたサンプル２１ないし３０を作成した。これらのサンプルを、ゴム層の厚さを２０μｍに変更した画像形成装置を用いて画像形成し、同様の試験を行った。その結果を下記表３に示す。

表３にしめすように、４０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子が２０％以下で、５０μｍ以上の粒径を有するキャリア粒子が５％以下の条件にて良好な結果が得られた。このことから、表面にゴム層を設けた場合は、弾性層の厚みのおよそ１／２分だけ弾性層がない場合に比べて、局所的な逆転写が発生しないキャリア粒径の閾値が大きくなっていることがわかった。

この結果から、表面に弾性層を有する場合では、
３０（μｍ）＋弾性層の厚み（μｍ）×１／２ 以上のキャリア粒子の個数平均が１０％以下で、かつ４０（μｍ）＋弾性層の厚み（μｍ）×１／２ 以上のキャリア粒子の個数平均が５％以下であることが好ましいことがわかった。

中間転写体の表面層は弾性体とはいっても、厚み分全域に渡って表面層がつぶれることはない。さらに、キャリアが挟まった際に、つぶれて変形する度合いは、もちろん表面層の硬度や、転写圧力、キャリア粒径によって微妙にかわる。しかしながら、キャリア粒径は小さく、一度に多量に存在することはなく、このため、集中的に荷重がかかり、実用的な範囲内の転写圧力では、ほぼ安定した効果が得られると思われる。

転写部材を変形した画像形成装置の例
クリーナレスプロセスでは、転写効率が高いことが必要であるけれども、転写電界を強くすると、放電が発生しやすくなるため、転写部には放電が発生しにくく、確実に転写電界がかかる構成が適している。

このような構成例として、中間転写ベルトと感光体との接触ニップ幅を、感光体と電圧が印加された転写部材とのニップ幅よりも広くすることがあげられる。

図３ないし図５に、図１に示す画像形成装置の転写部材を変形した画像形成装置の例を表す模式図を各々示す。

図３は、電源７Ｙが接続された転写部材５Ｙの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１３Ｙ，１５Ｙが接続された２本の転写ローラ１２Ｙ，１４Ｙを、電源７Ｍが接続された転写部材５Ｍの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１３Ｍ，１５Ｍが接続された２本の転写ローラ１２Ｍ，１４Ｍを、電源７Ｃが接続された転写部材５Ｃの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１３Ｃ，１５Ｃが接続された２本の転写ローラ１２Ｃ，１４Ｃを、電源７Ｋが接続された転写部材５Ｋの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１３Ｋ，１５Ｋが接続された２本の転写ローラ１２Ｋ，１４Ｋを設けること以外は、図１と同様の構成を有する画像形成装置を示す。

この装置では、各像担持体と中間転写ベルト１０との間の接触ニップ幅が、各像担持体と電圧が印加された転写ローラとのニップ幅よりも広くなっており、また複数の転写ローラが設けられている。

例えば１２Ｙの転写ローラには、放電の発生しないバイアス（例えばＧＮＤ〜＋３００ｖ）を印加し、１４Ｙのローラにおいて、十分な転写電界がかかるバイアス（＋３００〜２ｋｖ）を印加することができる。これによって、転写部入り口側の放電が抑制され、かつ密着領域にて徐々に転写電界がかかるため転写性能が改善される。

また、図４は、電源７Ｙが接続された転写部材５Ｙの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｙ，１９Ｙ，２１Ｙが接続された３本の転写ローラ１８Ｙ，１９Ｙ，２２Ｙを、電源７Ｍが接続された転写部材５Ｍの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｍ，１９Ｍ，２１Ｍが接続された３本の転写ローラ１８Ｍ，１９Ｍ，２２Ｍを、電源７Ｃが接続された転写部材５Ｃの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｃ，１９Ｃ，２１Ｃが接続された３本の転写ローラ１８Ｃ，１９Ｃ，２２Ｃを、電源７Ｋが接続された転写部材５Ｋの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｋ，１９Ｋ，２１Ｋが接続された３本の転写ローラ１８Ｋ，１９Ｋ，２２Ｋを設けること以外は、図１と同様の構成を有する画像形成装置を示す。

この装置でもまた、各像担持体と中間転写ベルト１０との間の接触ニップ幅が、各像担持体と電圧が印加された転写ローラとのニップ幅よりも広くなっており、また複数の転写ローラが設けられている。

例えば転写ローラ１６Ｙ及び転写ローラ２０Ｙには、放電の発生しないバイアスを印加し、転写に必要な電界は転写ローラ１８Ｙにて印加することができる。これによって、転写部入り口及び出口側の放電が抑制され、かつ密着領域にて十分に転写電界がかかるため転写性能が改善される。

さらに、図５は、電源７Ｍが接続された転写部材５Ｍの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｍ，１９Ｍ，２１Ｍが接続された３本の転写ローラ１８Ｍ，１９Ｍ，２２Ｍを、電源７Ｃが接続された転写部材５Ｃの代わりに、転写ニップ前後に各々電源１７Ｃ，１９Ｃ，２１Ｃが接続された３本の転写ローラ１８Ｃ，１９Ｃ，２２Ｃを設けること以外は、図１と同様の構成を有する画像形成装置を示す。

この装置でもまた、各像担持体と中間転写ベルト１０との間の接触ニップ幅が、各像担持体と電圧が印加された転写ローラとのニップ幅よりも広くなっており、また複数の転写ローラが設けられている。また、第１の画像形成ステーションと第３の画像形成ステーションに対向して設けられる転写部の構成は図２と同様であり、第２の画像形成ステーションと第３の画像形成ステーションに対向して設けられる転写部の構成は図４と同様である。

この装置ではまた、各像担持体と中間転写ベルト１０との間の接触ニップ幅が、各像担持体と電圧が印加された転写ローラとのニップ幅よりも広くなっており、また複数の転写ローラが設けられている。

３本の転写ローラを用いる転写部の方が、単独の転写ローラを用いる転写部よりも、転写効率が良好であり、逆転写を発生しにくい。しかしながら、３本の転写ローラを用いる転写部の方が装置を複雑化し、かつコスト高となる。このようなことから、第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションに、複数の転写ローラを設けることができる。例えば図５に示す画像形成装置では、混色が発生しやすい第２の画像形成ステーションと第３の画像形成ステーションに３本の転写ローラを適用し、混色が発生しない第１の画像形成ステーション及び混色しても目立たない第４の画像形成ステーションには、低コストな単独の転写ローラを用いることができる。また、さらに過剰な放電は、主に感光体と中間転写体とが接触する入り口で発生しやすいことから、感光体に中間転写体を巻き付けて、密着領域を広くした上で、ニップ上流の電界を小さく設定すること等が考えられる。

上述の図３ないし図５に示す画像形成装置を用いて、サンプル１ないし１０と同様のサンプルを用いて画像形成を行った。その結果、画像ムラの発生の評価は表１と同様であったが、画像ムラが発生したときのレベルは、
これらの転写部材の変形例では、キャリアが挟まったときに空隙が発生しやすく、局所的な逆転写の増加とそれによる画像ムラの発生が問題となるけれども、本発明の画像形成装置に適用すると、このような問題も発生することなく、良好な画像形成が可能となる。

トナー層厚を変化させた画像形成の例
密着不良の原因は、キャリア付着によるものだけでなく、例えば中間転写体上で、トナー像の存在しているところと、していないところの段差だけでも発生する可能性がある。また、像担持体と被転写材の間のキャリアの介在に比べて、トナー像による段差は常時発生し得る。

そこで、それぞれの画像形成ステーションにおけるベタトナー層厚を変化させて、画像形成を行い、局所的な異常放電による画像ムラを観察した。

表４に、各画像形成ステーションにおけるトナー層の厚さと、各画像形成ステーションにおける異常放電による画像ムラの発生の様子を示す。

なお、表中、○は、局所的な濃度ムラが全く見られないもの、△はわずかなムラが見られるもの、及び×は濃度ムラが顕著なものを各々示す。

例えば条件１の場合、第１の画像形成ステーションにおいて、イエロートナーを中間転写体上に転写したときのトナー層厚は１５μｍである。第２の画像形成ステーションにてマゼンタトナーを同様に１５μｍ重ねるとトナー層厚は３０μｍになる。この時点では画像ムラは発生していなかった。さらに、第３の画像形成ステーションにてシアントナーを１５μｍ重ねると、総計４５μｍとなる。ここで、画像ムラが少し発生した。さらに、第４の画像形成ステーションでは、トナー層厚は６０μｍになる。この段差による空隙で異常放電が発生し、逆転写による画像ムラが起きた。

このように、上記表４から、トナーの有無による段差については、キャリア粒子の粒径と同様に、約３０μｍ以上になると、局所的な異常放電が発生して画像上にムラが発生しやすいことがわかった。すなわち、色重ねによる段差を３０μｍ以下にすることにより、異常放電を防止することができる。例えば４色の画像形成ステーションがあった場合は、第３色までの合計トナー層厚が３０μｍ以下になるように設定することができる。

また、トナー層厚と混色の様子について、以下のように調べた。

テストパターンでは、第１の画像形成ステーションのイエロー色の第１の転写画像の印字率を、３０ｄｐｉ相当の孤立したドット状で、全体の４５％とした。また、さらに第２の画像形成ステーションの現像装置にもイエロートナーを入れて、第１の転写画像に重なるようにして４５％の印字率にて第２の転写画像を重ねた。そして、第３の画像形成ステーションでは、シアントナーを使用して、印字率を５％とし、イエロー色の第１の転写画像には重ならないようにして第３の転写画像を印字した。このようなテストパターンを１０００枚印画した。初期のシアン画像と１０００枚印画後のシアン画像の色差変動を、日本平板機材株式会社製Ｘ−Ｒｉｔｅ ５００を用いて測定した。同様に、第１の転写画像のトナー厚と第２の転写画像のトナー厚とを同じ割合で変化させ、同様にして色差変動を測定した。

図６に、第１及び第２の転写画像の合計のトナー層厚と、色差変動との関係を表すグラフ図を示す。

図示するように、第１及び第２の転写画像合計の厚さが２０μｍを超えると、急激に色差が悪化することがわかった。一般的に、シアンにイエローが混ざった場合に、異常と感じる色差はΔＥ＝６〜８ を超えた場合とされている。このことから考えても、第１の画像形成ステーションと第２の画像形成ステーションとの転写画像の厚さの合計が２０μｍ以下であることが好ましい。また、第４ステーションは、もっともトナー層厚が厚い状態での転写になるものの、たいていの場合、第４ステーションは黒色であり、混色による影響はほとんどわからない。すなわち、第４ステーションが黒色の場合では、第１、第２ステーションにおける合計トナー層厚が重要であり、もしここで、第４ステーションに黒以外のステーションを採用した場合には、第１＋第２＋第３ステーションの合計トナー層厚が２０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の画像形成装置の一例を表す模式図 キャリアの個数粒径分布の測定結果を表すグラフ図 本発明の画像形成装置の変形例を表す模式図 本発明の画像形成装置の変形例を表す模式図 本発明の画像形成装置の変形例を表す模式図 転写画像のトナー層厚と、色差変動との関係を表すグラフ図

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ…像担持体、４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…現像装置、５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ…転写部材、８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ…現像ローラ、９…記録部材、１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ…中間転写ベルト、１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｋ…画像形成ステーション

Claims (21)

1. 像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含有する現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成する現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構とを備えた複数の画像形成ステーションと、該トナー像を被転写材上に転写するためのトナー像転写部とを含むカラー画像を形成し得る画像形成装置であって、
   ４０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が前記キャリアの全個数の５％以下であり、かつ３０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、前記キャリアの全個数の２０％以下である画像形成装置。
2. 第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションにおいて、前記被転写体と前記像担持体との接触ニップ幅が、前記被転写体と電圧が印加された転写部材とのニップ幅よりも広い請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー像転写部は、前記複数の画像ステーションに対応して各々設けられ、前記第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションには、複数の転写部材が設けられる請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記被転写材は、中間転写体であり、該中間転写体上に形成された該カラー画像を最終的に記録部材に転写するためのカラー画像転写部がさらに設けられた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写体は、少なくとも２層以上の積層構成を有し、前記像担持体に接触する最表面層の硬度が他の少なくとも１層よりも低い請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の画像形成ステーションは、第１ないし第３の画像形成ステーションを含み、該第１の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ１μｍ、該第２の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ２μｍ、該第３の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ３μｍとするとき、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜３０μｍで表される関係を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 黒色トナーを備えた第４の画像形成ステーションをさらに含み、かつ第１の画像形成ステーションと第２の画像形成ステーションのベタ画像の合計トナー層厚が２０μｍ以下である請求項６に記載の画像形成装置。
8. 像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成するための現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構を備えた複数の画像形成ステーションと、該トナー像を中間転写体上に転写するためのトナー像転写部と、該複数の画像ステーションの後段に設けられたカラー画像転写部とを有する画像形成装置であって、
   前記中間転写体は、少なくとも２層以上の積層構成を有し、前記像担持体に接触する最表面層の硬度が他の少なくとも１層よりも低い画像形成装置。
9. 前記最表面層の厚さをＴ５μｍとしたとき、４０＋Ｔ５／２μｍ以上の粒径を有するキャリアのキャリア全体に対する個数割合が５％以下であり、かつ３０＋Ｔ５／２μｍ以上の粒径を有するキャリアのキャリア全体に対する個数割合が１０％以下である請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記キャリアは、４０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が前記キャリアの全個数の５％以下であり、かつ３０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、前記キャリアの全個数の２０％以下である請求項８に記載の画像形成装置。
11. 第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションにおいて、前記被転写体と前記像担持体との接触ニップ幅が、前記被転写体と電圧が印加された転写部材とのニップ幅よりも広い請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記トナー像転写部は、前記複数の画像ステーションに対応して各々設けられ、前記第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションには、複数の転写部材が設けられる請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記複数の画像形成ステーションは、第１ないし第３の画像形成ステーションを含み、該第１の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ１μｍ、該第２の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ２μｍ、該第３の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ３μｍとするとき、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜３０μｍで表される関係を有する請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 黒色トナーを備えた第４の画像形成ステーションをさらに含み、かつ第１の画像形成ステーションと第２の画像形成ステーションのベタ画像の合計トナー層厚が２０μｍ以下である請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 像担持体、該像担持体上に設けられ、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容し、該像担持体上にトナー像を形成するための現像装置、及びトナー像転写後に該像担持体上に残存したトナーを該現像装置にて回収する機構を備えた第１ないし第３の画像形成ステーションと、該トナー像を被転写材上に転写するためのトナー像転写部とを有する画像形成装置であって、
    該第１の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ１μｍ、該第２の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ２μｍ、該第３の画像形成ステーションにて形成され、該被転写体上に転写されたトナーの厚みをＴ３μｍとするとき、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜３０μｍで表される関係を有する画像形成装置。
16. 黒色トナーを備えた第４の画像形成ステーションをさらに含み、かつ第１画像形成ステーションと第２画像形成ステーションのベタ画像の合計トナー層厚が２０μｍ以下である請求項１５に記載の画像形成装置。
17. 第１の画像ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションにおいて、前記被転写体と前記像担持体との接触ニップ幅は、前記被転写体と電圧が印加された転写部材とのニップ幅よりも広い請求項１５または１６に記載の画像形成装置。
18. 前記トナー像転写部は、前記複数の画像ステーションに対応して各々設けられ、前記第１の画像形成ステーションよりも後段の画像ステーションのうち少なくとも１つの画像形成ステーションには、複数の転写部材が設けられる請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
19. 前記キャリアは、４０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が前記キャリアの全個数の５％以下であり、かつ３０μｍ以上の粒径を有するキャリアの個数割合が、前記キャリアの全個数の２０％以下である請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
20. 前記被転写材は中間転写体であり、該中間転写体上に形成された該カラー画像を最終的に記録部材に転写するためのカラー画像転写部がさらに設けられた請求項１５ないし１９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
21. 前記中間転写体は、少なくとも２層以上の積層構成を有し、前記像担持体に接触する最表面層の硬度が他の少なくとも１層よりも低い請求項２０に記載の画像形成装置。

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