JP2007241164A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写チリなどの異常画像を防止し、高画質かつ高効率が可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】表面にトナー像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触し像担持体とニップを形成する転写体と、前記ニップ領域内で転写体を介して像担持体に対向し、転写体裏面に接する転写部材を備え、前記転写部材にトナーと逆極性のバイアスを印加することで像担持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写する転写工程を有する画像形成装置において、像担持体３上のトナー帯電量Ａと転写体１２上に転写されたトナー帯電量Ｂの関係がＡ＞Ｂを満たすようにトナー帯電量を低下させるトナー帯電量調整手段３３を有する画像形成装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を像担持体から転写体に静電的に転写する静電転写工程を有する画像形成装置において、転写チリなどの転写工程における異常画像を防止できる画像形成装置に関するものである。

電子写真法を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも１つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置において、転写プロセスとしては像担持体と転写体の間に転写バイアスを印加することによりトナー像を転写する静電転写が一般的である。転写バイアスを印加することにより電界を形成し、帯電したトナーに像担持体から転写体向きの静電気力が働き、トナー間およびトナーと像担持体間の非静電的な付着力とのバランスにより転写先方向の力が大きくなるとトナー像は移動する。
このため転写チリ、転写率の低下などの転写に関する不良を防止するためにはトナーの帯電量を適正に制御することが重要である。特にカラー画像形成装置の場合は複数色のトナー像を順次重ねて画像を形成するので、１色目のトナー像は下流の色の転写バイアスを印加された部分を複数回通過することになり、トナーの帯電量が上がってしまい、転写チリの原因となっている。
また２色目以降のトナー像については先に形成されたトナー像の上に重ねるために転写しにくくなって、同じ転写バイアスでは転写率が低下してしまう。このとき転写バイアスを高くしていくと静電気力は強くなり２色目以降のトナー像も移動しやすくなるが、転写バイアスを上げていくと転写部分の電界強度が高くなり放電が発生する。この放電もまたトナー帯電量の変化、転写チリの原因になっている。

上記の問題点に対する改善策として特許文献１ではトナー帯電量が変化することを考慮して、各色の現像器中のトナー帯電量が作像順毎にＱ１＜Ｑ２＜Ｑ３＜・・・＜Ｑｍと高くなるような現像器の構成が提案されている。初期の帯電量に差をつけることで、各色が重ねられるときにトナー帯電量が揃うように調整している。
特許文献２においては装置条件、トナー特性、トナー帯電量変化を適正範囲に維持することで問題の解決を提案している。帯電量に関しては転写体上のトナー帯電量（ｂ）と像担持体上のトナー帯電量（ａ）の比が１＜（ｂ／ａ）＜１．５の範囲が適正としている。
他の改善策として帯電手段を用いて積極的にトナー帯電量を調整する方法も提案されている。特許文献３では中間転写体上に転写済みのトナー像に対し、現像されるトナーと同極性として且つ低い帯電量とするトナー像帯電手段を設けている。帯電手段により逆極性トナーを変換し、次の１次転写時での混色を防止するとともに、トナー帯電量を下げることで転写率の低下を防止している。
また特許文献４では転写前帯電手段により感光体上のトナー像の帯電量を調整する方法が提案されている。各色の帯電手段の出力設定で像担持体上のトナー帯電量を制御することで、転写効率の向上を図っている。
トナー帯電量の調整とは別の方法であるが特許文献５には転写部材の下流に導電性部材を配置し、トナー帯電量が高くなる状況の時には導電性部材にトナーと同極性のバイアスを印加して、転写部位下流側の空間の電界を調整することで転写チリを防止する方法が提案されている。

特開２００４−６２１４０号公報 特許３５０７３１３号公報 特開２００２−２７８２１４号公報 特許３５１９９３３号公報 特開２００３−５７９６３号公報

しかしながら、これらの従来の方法では前記の転写に関する不良を防止するには不十分で、特にニップ出口直後から次の工程に向かう空間で発生する転写チリに関しては十分な解決にはなっていなかった。
そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、転写チリなどの異常画像を防止し、高画質かつ高効率が可能な画像形成装置を提供することである。

前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明においては以上の問題の要因となるトナー帯電量に注目し、転写部位のニップ領域内にトナー帯電量調整手段を設けることで改善を図っている。
本発明は、表面にトナー像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触し像担持体とニップを形成する転写体と、前記ニップ領域内で転写体を介して像担持体に対向し、転写体裏面に接する転写部材を備え、前記転写部材にトナーと逆極性のバイアスを印加することで像担持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写する転写工程を有する画像形成装置において、像担持体上のトナー帯電量Ａと転写体上に転写されたトナー帯電量Ｂの関係が
Ａ＞Ｂ
を満たすようにトナー帯電量を低下させるトナー帯電量調整手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記トナー帯電量調整手段が、ニップ領域内の転写部材下流で転写体裏面に接触し、トナーと同極性のバイアスを印加するバイアス印加部材であることを特徴とする。
本発明は、前記転写体が転写ベルトであり、前記転写ベルトの体積抵抗の電界依存性が大きく、体積抵抗は電界が強くなると小さくなる電界依存性を有することを特徴とする。
本発明は、前記転写体の体積抵抗の電界依存性が
|ΔｌｏｇＲv|／１ｋＶ＞３
であることを特徴とする。
本発明は、前記転写体の表面抵抗の電界依存性が
|ΔｌｏｇＲs|／１ｋＶ＜１
であることを特徴とする。
本発明は、前記トナー帯電量調整手段であるバイアス印加部材に印加するバイアスをトナー像の付着量に応じて制御することを特徴とする。
本発明は、使用するトナーの体積抵抗が１０^１０〜１０^１５Ω・ｃｍであることを特徴とする。

本発明は、前記解決するための手段によって、転写チリなどの異常画像を防止し、高画質かつ高効率が可能な画像形成装置を提供することが可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

（実施例）
本発明を適応した画像形成装置の一例としてカラー複写機の構成、動作を図１により説明する。カラー複写機は、装置本体中央部に位置する画像形成部１と、前記画像形成部１の右方に位置する給紙部１４と、画像形成部１の上方に位置する図示しない画像読取部を有している。
画像形成部１には、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト１２が配置されており、前記中間転写ベルト１２の上面には、画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、画像を形成する４種のトナー（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｂ：黒）による像を担持可能な像担持体としての４個の感光体３が中間転写ベルト１２の転写面に沿って並置されている。
各感光体３はそれぞれ同じ方向（反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置５、光書き込み手段としての書き込み装置２、現像装置４、１次転写装置７、及びクリーニング装置６が配置されている。各現像装置４には、それぞれのトナーが収容されている。
中間転写ベルト１２は、駆動ローラ９と２次転写対向ローラ１０に掛け回されて感光体３との対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。駆動ローラ９と対向する位置には、中間転写ベルト１２の表面をクリーニングするクリーニング装置８が設けられている。

感光体３の表面が帯電装置５により一様に帯電され、画像読取部からの画像情報に基づいて感光体３上に静電潜像が形成される。前記静電潜像はトナーを収容した現像装置４によりトナー像として可視像化され、前記トナー像は所定のバイアスが印加される１次転写装置７により中間転写ベルト１２上に１次転写される。各色のトナーは感光体３で同様の画像形成がなされ、それぞれのトナー像が中間転写ベルト１２上に順次転写されて重ね合わせられる。
転写を終えた感光体３上に残留しているトナーはクリーニング装置６により除去される。また、転写後、図示しない除電ランプにより感光体３の電位は初期化され、次の作像工程に備えられる。
上記各感光体３を備えた作像部は、単一色若しくは複数色の画像形成モードに応じて選択使用されるようになっており、選択された画像形成モードに対応した作像部が上述した作像工程を実施するようになっている。

給紙部１４は、記録媒体としての用紙等の記録材２１を積載収容する給紙トレイ１５と、前記給紙トレイ１５内の記録材を最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロ１６と、給紙された記録材を搬送する搬送ローラ対１７と、記録材２１が一旦停止され、斜めずれを修正された後、中間転写ベルト１２上の画像の先端と搬送方向の所定位置とが一致するタイミングでニップに向けて送り出されるレジストローラ対１９を有している。
感光体３から中間転写ベルト１２上に１次転写されたトナー像は、図示しないバイアス印加手段により２次転写ローラ２０に印加されるバイアスにより搬送される記録材に対して静電的に２次転写される。
画像を転写された記録材２１は搬送ガイド２２を通りニップを形成したローラ対で構成され、設定温度に制御された定着装置に搬送され、記録材上のトナー像は加熱され、溶融して記録材に定着する。

（実施例１）
図２に本発明の転写部の断面図を示す。感光体３に中間転写ベルト１２が巻きついて転写ニップ３０を形成している。中間転写ベルト１２の裏面には転写部材、トナー帯電量調整手段として導電性ゴムブレード３３が接している。転写ニップほぼ中央には転写部材である転写ブレード３４が配置され、トナー像と逆極性のバイアス（本説明ではマイナス帯電トナーに対しプラスバイアス）を印加して、トナー像を感光体３から中間転写ベルト１２に転写している。トナー帯電量調整ブレード３３は転写ブレード３４の下流で転写ニップ出口３２近傍に配置され、マイナスバイアスが印加されている。トナー帯電量調整ブレード３３は少なくとも上流側の端部が感光体３と中間転写ベルト１２が形成するニップ領域内に配置されている。これにより、転写後のトナー帯電量を低くすることができ、トナー間の静電反発力が弱くなり、転写チリを防止することができる。また、ニップ領域内でトナー帯電量を調整するので、ニップ直後の空間での転写チリを防止できる。

図３はトナー帯電量調整ブレード３３の印加バイアスを振ったときの画質の変化を示すグラフである。縦軸のドット面積標準偏差は画像の粒状性を表す値で、ドット画像の各ドット面積の偏差であり、数値が小さいほど各ドットの大きさが均一で高画質である。トナーがドット周辺に散るとドットのばらつきが大きくなり、ドット面積標準偏差は大きくなるので、転写チリとの相関も高く、数値が小さいほど転写チリは少ないと言える。グラフを見るとトナー帯電量調整ブレード３３への印加電圧が−２００〜−７００Ｖの範囲でドット面積標準偏差が小さく、つまり画質が向上している。

図４は転写後の中間転写ベルト１２上のトナー帯電量を示すグラフである。トナー帯電量調整ブレード３３への印加電圧が−２００〜−７００Ｖの範囲でトナー帯電量が像担持体上よりも低くなっている。グラフの形状は図３のドット面積標準偏差と同様の形状をしており、転写後のトナー帯電量が低くなることによりトナー間の静電反発力が低減し、その結果転写チリが減少しているのを表している。

本発明では、中間転写ベルト１２はカーボン分散タイプのポリイミド製で、ベルトの抵抗特性、強度の面から選択している。中間転写ベルト１２の好ましい材料特性について具体的に以下で説明する。
中間転写ベルト１２の抵抗の電界依存性を表すグラフが図５、６である。ここで、ＰＶＤＦはポリフッ化ビニリデン、ＥＴＦＥはエチレン−テトラフルオロエチレン樹脂、ＰＣはポリカーボネート、ＰＵＲはポリウレタン、ＰＩはポリイミド、ＰＡＩはポリアミドイミドを示す。グラフの傾きが電界依存性の大きさを表している。電界依存性を示すグラフの傾き|ΔｌｏｇＲv|／１ｋＶ＞３であることが望ましい。図５を見ると体積抵抗はＥＴＦＥ、ＰＣ、ＰＩ、ＰＡＩの電界依存性が大きいことが分かる。つまりバイアスを印加している転写ベルト厚さ方向には抵抗が小さく、転写ブレードに印加したバイアスが効率よく、転写電界として利用できる。これに対し、搬送方向の電界は強くなく、抵抗は大きくなっているので、ニップ上流および下流領域までバイアス印加の影響を及ぼすことはない。
これにより、ベルト厚み方向の抵抗が小さくなるので効率よく電界を形成でき、ベルト搬送方向には抵抗が高く、バイアスの影響をニップ上下流に及ぼさない。

表面抵抗についてはＥＴＦＥ、ＰＣのように電界依存性が大きいと転写ブレード３４付近で表面抵抗が小さくなるため転写ブレード３４とトナー帯電量調整ブレード３３間に大電流が流れてしまう恐れがあるため、表面抵抗については電界依存性が小さいほうがよく、図６の１ｋｖあたりのグラフ傾きが１より小さい。すなわち、|ΔｌｏｇＲs|／１ｋＶ＜１であることが望ましい。これにより、転写部材とトナー帯電量調整手段の電極間の表面抵抗は電界依存性が規定されているので、電流の流れ込みを小さくできる。

ベルトはカーボン分散などにより導電性になっており、成分や製造法により抵抗値もその電界依存性も変わり、樹脂特有の物性ではない。評価した結果ではＰＩとＰＡＩが適しているが、それ以外の材質が不適というわけではなく、製造法などの改良により使用できる特性が得られる可能性もある。
中間転写ベルト１２の厚さに関しては薄いほうが効率よく転写バイアスを印加することが可能であるが、薄すぎるとベルトの搬送性、耐久性が悪くなる。ベルトの弾性率が高いほうが薄くすることが可能で、弾性率３０００Ｍｐａ以上であれば厚さ６０μｍでも使用可能である。本実施例ではＰＩの厚さ６０μｍのベルトを使用している。

（実施例２）
図７に本発明の他の例を示す。転写部材、トナー帯電量調整手段として導電性ゴムブレードではなく金属板４３を用いたもので、それ以外の構成は実施例１と同じである。金属板４３の弾性を利用して中間転写ベルト１２に接触させていて、ほとんど磨耗や変形しないのでゴムブレードより耐久性が高くなっている。摺動性をよくするために中間転写ベルト１２との接触面にコーティングまたはテープ貼り付けなどの処理を施してもよい。

（実施例３）
図８に本発明の他の例を示す。転写部材、トナー帯電量調整手段としてローラ５３を用いたものである。ローラ５３を用いると転写部材とトナー帯電量調整手段の間隔はあまり狭くできなくなるが、摺動による磨耗や中間転写ベルト１２搬送性の問題がなくなるので、感光体３のサイズが比較的大きい高速機には適している。

（実施例４）
図９に本発明の他の例を示す。実施例１と同じ導電性ゴムブレードを用いているがブレード３３を傾け、低荷重でブレードの角を接触させている。低荷重にすることで中間転写ベルト１２の搬送性はよくなるが、感光体３と中間転写ベルト１２の接触安定性は悪くなるので、ニップ形成の手段としてブレード３３と別にニップ形成ローラ３７、３８を設けることで均一なニップを形成している。

本発明は、トナー帯電量調整手段であるバイアス印加部材に印加するバイアスをトナー像の付着量に応じて制御することを特徴とする。これにより、トナーの付着量に応じてバイアスを印加することで、転写チリの少ない範囲を維持できる。
また、使用するトナーの体積抵抗が１０^１０〜１０^１５Ω・ｃｍであることを特徴とする。これにより、トナーの体積抵抗が前記範囲であれば、トナー帯電量調整手段で調整した帯電量が安定する。

以上の実施例の画像形成装置を用いて画像を作成したところ、チリの少ない、高画質な画像を得ることができた。本発明は転写バイアスを印加する転写部材の下流側で、かつ像担持体と転写体が接触するニップ領域内にトナーと同極性のバイアスを印加することでトナー帯電量を低下させるトナー帯電量調整手段を設けることにより、転写チリなどの画質低下を防止している。ニップ領域内でトナー帯電量を下げることが重要で、実施例に記載した電極の形状、組み合わせに限定されるものではない。

本発明における画像形成装置の断面図を示す図である。 本発明の第1実施例における画像形成装置の転写部断面図を示す図である。 ドット面積標準偏差とトナー帯電量調整手段への印加電圧の関係を示す図である。 転写体上トナー帯電量とトナー帯電量調整手段への印加電圧の関係を示す図である。 転写ベルトの体積抵抗の電界依存性を示す図である。 転写ベルトの表面抵抗の電界依存性を示す図である。 本発明の実施例における画像形成装置の転写部断面図を示す図である。 本発明の実施例における画像形成装置の転写部断面図を示す図である。 本発明の実施例における画像形成装置の転写部断面図を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成部
２ 書き込み装置
３ 感光体
４ 現像装置
５ 帯電装置
６ クリーニング装置
７ １次転写装置
８ 中間転写ベルトクリーニング装置
９ 駆動ローラ
１０ ２次転写対向ローラ
１１ 支持ローラ
１２ 中間転写ベルト
１３ トナー
１４ 給紙部
１５ 給紙トレイ
１６ 給紙コロ
１７ 搬送ローラ
１８ 搬送ガイド
１９ レジストローラ
２０ ２次転写ローラ
２１ 記録材
２２ 搬送ガイド
２３ ヒーター
２４ 定着ローラ
２５ 加圧ローラ
３０ ベルトと感光体の接触している転写ニップ
３１ 転写ニップ入口
３２ 転写ニップ出口
３３ トナー帯電量調整手段
３４ 転写部材
３５ トナー層
３６ 転写ローラ
３７ ニップ形成ローラ
３８ ニップ形成ローラ
４３ 金属板
５３ ローラ

Claims (7)

1. 表面にトナー像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触し像担持体とニップを形成する転写体と、前記ニップ領域内で転写体を介して像担持体に対向し、転写体裏面に接する転写部材を備え、
   前記転写部材にトナーと逆極性のバイアスを印加することで像担持体上のトナー像を転写体上に静電的に転写する転写工程を有する画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、像担持体上のトナー帯電量Ａと転写体上に転写されたトナー帯電量Ｂの関係が
   Ａ＞Ｂ
   を満たすようにトナー帯電量を低下させるトナー帯電量調整手段を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、前記トナー帯電量調整手段が、ニップ領域内の転写部材下流で転写体裏面に接触し、トナーと同極性のバイアスを印加するバイアス印加部材である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、前記転写体が転写ベルトであり、
   前記転写ベルトの体積抵抗の電界依存性が大きく、
   体積抵抗は電界が強くなると小さくなる電界依存性を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、前記転写体の体積抵抗の電界依存性が
   |ΔｌｏｇＲv|／１ｋＶ＞３
   である
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、前記転写体の表面抵抗の電界依存性が
   |ΔｌｏｇＲs|／１ｋＶ＜１
   である
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、前記トナー帯電量調整手段であるバイアス印加部材に印加するバイアスをトナー像の付着量に応じて制御する
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、使用するトナーの体積抵抗が１０^１０〜１０^１５Ω・ｃｍである
   ことを特徴とする画像形成装置。

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